三菱PS12017 - A智能功率模块：特性、参数与应用解析
电子说
描述
三菱PS12017 - A智能功率模块：特性、参数与应用解析
在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的功率模块对于实现高效、可靠的电路设计至关重要。今天我们就来深入探讨一下三菱半导体的PS12017 - A应用特定智能功率模块（ASIPM），看看它有哪些独特的特性和优势。
文件下载：PS12017-A.pdf
1. 集成功能与特点
1.1 逆变桥结构
PS12017 - A采用最新的第三代IGBT和二极管技术构建了三相IGBT逆变桥，这种先进的技术使得模块在性能上有了显著提升。同时，它还配备了用于电机再生能量动态制动的电路，能够更好地处理电机在制动过程中产生的能量。
1.2 输出电流能力
该模块的逆变器输出电流能力表现出色，在100%负载时，PS12017 - A的输出电流有效值（rms）为7.2A；在150%过载情况下，能在1分钟内维持10.8A（rms）的输出电流。这里需要注意的是，逆变器输出电流假设为正弦波，其峰值电流值为 (lop = 10 ×sqrt{2})。
1.3 驱动、保护与系统控制功能
- P侧IGBT：具备驱动电路、高速光耦合器、短路保护（SC）、自举电路供电方案（单驱动电源）和欠压保护（UV）等功能，确保P侧IGBT的稳定运行。
- N侧IGBT：包含驱动电路、短路保护（SC）、控制电源欠压和过压保护（OV/UV）、系统过温保护（OT）、故障输出信号电路（Fo）以及电流限制警告信号输出（CL），全方位保护N侧IGBT。
- 制动电路IGBT：配备驱动电路，保障制动电路的正常工作。
- 警告和故障信号：通过FO1、FO2、FO3和CL等信号输出，能够及时反馈各种故障信息，如FO1用于下桥臂IGBT的短路保护和输入互锁，防止虚假的桥臂直通；FO2用于N侧控制电源异常锁定；FO3用于系统过温保护；CL用于逆变器电流过载警告。
- 系统反馈控制：能够提供模拟信号反馈，精确再现实际逆变器输出相电流（3φ），方便工程师进行系统反馈控制。
- 输入接口：与5V CMOS/TTL兼容，采用施密特触发器输入，并具备桥臂直通互锁保护功能，提高了模块的抗干扰能力和安全性。
2. 应用领域
PS12017 - A适用于无噪音的3.0kW/AC400V级三相逆变器以及其他电机控制应用。在这些应用中，该模块能够充分发挥其高性能和可靠性的优势，为电机控制提供稳定的功率输出。
3. 最大额定值
3.1 逆变器部分（包括制动部分）
| 符号 | 项目 | 条件 | 额定值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| VCC | 电源电压 | P - N之间施加 | 900 | V |
| VCC(surge) | 电源电压（浪涌） | P - N之间施加，浪涌值 | 1000 | V |
| VP 或 VN | 每个输出IGBT集电极 - 发射极静态电压 | P - U、V、W、Br或U、V、W、Br - N之间施加 | 1200 | V |
| VP(S) 或 VN(S) | 每个输出IGBT集电极 - 发射极浪涌电压 | P - U、V、W、Br或U、V、W、Br - N之间施加 | 1200 | V |
| ± Ic( ± Icp) | 每个输出IGBT集电极电流 | TC = 25 °C | ± 25 ( ± 50) | A |
| Ic(Icp) | 制动IGBT集电极电流 | 10 (20) | A | |
| IF (IFP) | 制动二极管阳极电流 | 注：“( )”表示IC峰值 | 10 (20) | A |
3.2 控制部分
| 符号 | 项目 | 条件 | 额定值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| VDH , VDB | 电源电压 | VDH - GND、CBU+ - CBU–、CBV+ - CBV–、CBW+ - CBW–之间施加 | 20 | V |
| VDL | 电源电压 | VDL - GND之间施加 | 7 | V |
| VCIN | 输入信号电压 | UP · VP · WP · UN · VN · WN · Br - GND之间施加 | –0.5 ~ VDL +0.5 | V |
| VFO | 故障输出电源电压 | FO1 · FO2 · FO3 - GND之间施加 | –0.5 ~ 7 | V |
| IFO | 故障输出电流 | FO1 · FO2 · FO3的灌电流 | 15 | mA |
| VCL | 电流限制警告输出电压 | CL - GND之间施加 | –0.5 ~ 7 | V |
| ICL | CL输出电流 | CL的灌电流 | 15 | mA |
| ICO | 模拟电流信号输出电流 | CU · CV · CW的灌电流 | ± 1 | mA |
3.3 整个系统
| 符号 | 项目 | 条件 | 额定值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| Tj | 结温 | （注2） | –20 ~ +125 | °C |
| Tstg | 储存温度 | — | –40 ~ +125 | °C |
| TC | 模块外壳工作温度 | （图3） | –20 ~ +100 | °C |
| VISO | 隔离电压 | 60 Hz正弦交流，所有端子与基板之间，持续1分钟 | 2500 | Vrms |
| — | 安装扭矩 | 安装螺丝：M4.0 | 0.98 ~ 1.47 | N·m |
注2：该项目定义了ASIPM功率元件（IGBT/二极管）的最大结温，以确保安全运行。不过，这些功率元件能够承受高达150°C的瞬时结温。若要利用这一额外的温度裕量，需要详细研究具体的应用条件，并在使用前提供必要的信息。
4. 热阻
| 符号 | 项目 | 条件 | 额定值 | 单位 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Min. | Typ. | Max. | ||||
| Rth(jc ) Q | 结到外壳热阻 | 逆变器IGBT (1/6) | — | — | 1.6 | °C/W |
| Rth(jc)F | 逆变器续流二极管 (1/6) | — | — | 3.0 | °C/W | |
| Rth(jc ) QB | 制动IGBT | — | — | 2.9 | °C/W | |
| Rth(jc)FB | 制动续流二极管 | — | — | 5.5 | °C/W | |
| Rth(c - f) | 接触热阻 | 外壳到散热片，涂抹导热膏（1个模块） | — | — | 0.031 | °C/W |
5. 电气特性
5.1 静态特性
| 符号 | 项目 | 条件 | 额定值 | 单位 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Min. | Typ. | Max. | ||||
| VCE(sat) | 集电极 - 发射极饱和电压 | VDL = 5V, VDH = VDB = 15V，输入 = ON，Tj = 25 °C，Ic = 25A | — | — | 3.6 | V |
| VEC | 续流二极管正向电压 | Tj = 25 °C，Ic = –25A，输入 = OFF | — | — | 3.5 | V |
| VCE(sat)Br | 制动IGBT集电极 - 发射极饱和电压 | VDL = 5V, VDH = 15V，输入 = ON，Tj = 25 °C，Ic = 10A | — | — | 3.6 | V |
| VFBr | 制动二极管正向电压 | Tj = 25 °C，IF = 10A，输入 = OFF | — | — | 3.5 | V |
5.2 开关特性
| 符号 | 项目 | 条件 | 额定值 | 单位 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Min. | Typ. | Max. | ||||
| ton | 开关时间 | 1/2桥臂电感负载，输入 = ON，VCC = 600V，Ic = 25A，Tj = 125 °C，VDL = 5V，VDH = 15V，VDB = 15V | 0.40 | 1.4 | 2.5 | µs |
| tc(on) | 0.60 | 1.5 | µs | |||
| toff | 2.2 | 4.0 | µs | |||
| tc(off) | 0.9 | 1.6 | µs | |||
| trr | 续流二极管反向恢复时间 | — | 0.2 | — | µs |
5.3 其他特性
- 短路耐受能力：在VCC ≤ 800V，输入 = ON（单次触发），Tj = 125 °C启动，13.5V ≤ VDH = VDB ≤ 16.5V，VDL = 5V的条件下，模块不会损坏，并通过保护操作输出FO信号。
- 开关安全工作区：在VCC ≤ 800V，Tj ≤ 125 °C，Ic < IOL (CL) 操作水平，输入 = ON，13.5V ≤ VDH = VDB ≤ 16.5V，VDL = 5V的条件下，模块不会损坏，不会触发保护操作，也不会输出FO信号。
6. 推荐条件
| 符号 | 项目 | 条件 | 额定值 | 单位 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Min. | Typ. | Max. | ||||
| VCC | 电源电压 | P - N之间施加 | — | 600 | 800 | V |
| VDH , VDB | 控制电源电压 | VDH - GND、CBU+ - CBU–、CBV+ - CBV–、CBW+ - CBW–之间施加 | 13.5 | 15.0 | 16.5 | V |
| VDL | 控制电源电压 | VDL - GND之间施加 | 4.8 | 5.0 | 5.2 | V |
| ∆VDH , ∆VDB , ∆VDL | 电源电压纹波 | –1 | — | +1 | V/µs | |
| VCIN(on) | 输入ON电压 | — | — | 0.3 | V | |
| VCIN(off) | 输入OFF电压 | 4.8 | — | — | V | |
| fPWM | PWM输入频率 | 使用应用电路 | 2 | 10 | 15 | kHz |
| tdead | 桥臂直通阻断时间 | 使用应用电路 | 4.0 | — | — | µs |
7. 注意事项
7.1 输入脉冲宽度
允许的最小输入导通脉冲宽度仅适用于P侧电路；允许的最大输入导通脉冲宽度适用于P侧和N侧电路（不包括制动电路）。
7.2 电流限制警告
CL输出会在桥臂电流超过设定限制时输出警告信号，该电路会在下一个输入信号到来时自动复位，采用逐脉冲工作方式。
7.3 短路保护
短路保护在内部IGBT瞬间流过短路大电流时立即启动，主要用于保护ASIPM免受短路损坏。不建议将此功能用于系统负载电流调节或过载控制，因为这可能会因温度过高导致故障。建议使用模拟电流输出功能或过载警告功能（CL）进行电流调节或过载控制操作。当ASIPM的FO1引脚反馈短路故障时，原则上应关闭输入到ASIPM的PWM信号，直到结温恢复正常后再重新启动。
7.4 启动序列
正常启动时，Fo和CL输出信号会被上拉到VDL电压（OFF电平）；但在向N侧IGBT输入第一个ON脉冲的瞬间，FO1输出可能会降至低电平（ON），特别是当自举电容较大时。FO1的复位序列（连同自举充电序列）可参考相关图表。
7.5 推荐的I/O接口电路
- 自举充电方案：在所有N - IGBT输入引脚施加一系列短的ON脉冲进行充分充电（脉冲宽度约为20µs，脉冲数量根据自举电容大小在10 ~ 500之间）。
- FO1复位序列：按Br → Un/Vn/Wn → Up/Vp/Wp的顺序向相应输入引脚施加ON信号。
综上所述，三菱PS12017 - A智能功率模块凭借其丰富的集成功能、出色的性能参数和完善的保护机制，为电子工程师在电机控制等领域的设计提供了一个可靠的选择。在实际应用中，工程师们需要根据具体的设计需求和条件，合理选择和使用该模块，以充分发挥其优势。大家在使用过程中有没有遇到过类似模块的其他问题呢？欢迎在评论区分享交流。
全部0条评论
快来发表一下你的评论吧 !
