深度剖析Powerex PS21353 - GP智能功率模块

在电子工程师的设计工作中，选择合适的功率模块至关重要。今天我们就来详细剖析Powerex公司的PS21353 - GP智能功率模块，看看它的特点、性能以及应用场景。

文件下载：PS21353-GP.pdf

模块概述

PS21353 - GP属于Intellimod™系列的双列直插式智能功率模块，额定电流为10安培，耐压600伏。它集成了功率器件、驱动器和保护电路，采用超紧凑的双列直插式封装，适用于小型三相电机驱动。这种设计利用了第四代IGBT、DIP封装和特定的HVIC，有助于设计师减小逆变器尺寸并缩短整体设计时间。

模块尺寸

模块的尺寸参数在英制和公制单位下都有明确标注，具体如下：	Dimensions	Inches	Millimeters
R	0.41	10.5
S	0.05	1.2
T	0.05	1.25
U	0.10	2.5
V	0.30	7.62
W	0.16 Min.	4.0 Min.
X	1.20	30.48
Y	1.61	41.0
Z	1.65	42.0
AA	0.08 Dia.	2.0 Dia.
AB	0.13 Dia.	3.3 Dia.
AC	0.12	3.0
AD	0.06	1.4
AE	0.02	0.6

这些精确的尺寸信息对于模块的安装和布局设计非常关键，工程师在进行设计时需要严格参考。

模块特性与应用

特性

• 紧凑封装：小巧的外形设计，节省电路板空间，便于集成到各种设备中。
• 单电源供电：简化了电源设计，降低了系统复杂度。
• 集成HVIC：提高了模块的性能和可靠性。
• 可直接连接CPU：方便与控制系统进行通信，实现智能化控制。

应用

该模块广泛应用于多种家电和工业设备，如洗衣机、冰箱、空调、小型伺服电机以及小型电机控制等领域。在这些应用中，模块的高性能和可靠性能够满足设备的运行需求。

电气参数

绝对最大额定值

Characteristics	Symbol	PS21353 - GP	Units
Power Device Junction Temperature*	Tj	-20 to 150	°C
Storage Temperature	Tstg	-40 to 125	°C
Heatsink Temperature (See Tf Measure Point Illustration)	Tf	-20 to 100	°C
Mounting Torque, M3 Mounting Screws	—	8.5	in - lb
Module Weight (Typical)	—	20	Grams
Heatsink Flatness	—	-50 to 100	µm
Self - protection Supply Voltage Limit (Short Circuit Protection Capability)**	VCC(prot.)	400	Volts
Isolation Voltage, AC 1 minute, 60Hz Sinusoidal, Connection Pins to Heatsink Plate	VISO	2500	Volts

需要注意的是，功率芯片的最大结温为150°C，但为确保模块安全运行，平均结温应限制在125°C。

IGBT逆变器部分

特性	符号	数值	单位
集电极 - 发射极电压	VCES	600	伏
集电极电流（±，TC = 25°C）	IC	10	安培
峰值集电极电流（±，TC = 25°C，瞬时值（脉冲））	ICP	20	安培
电源电压（P - N 间施加）	VCC	450	伏
电源电压，浪涌（P - N 间施加）	VCC(surge)	500	伏
集电极耗散功率（TC = 25°C，每芯片）	PC	25	瓦

控制部分

特性	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压（VP1 - VNC，VN1 - VNC 间施加）	VD		13.5	15.0	16.5	伏
电源电压（VUFB - VUFS，VVFB - VVFS，VWF - VWFS 间施加）	VDB		13.5	15.0	16.5	伏
输入电压（UP，VP，WP - VNC，UN，VN，WN - VNC 间施加）	VCIN		-0.5 ~ 5.5			伏
故障输出电源电压（FO - VNC 间施加）	VFO		-0.5 ~ VD + 0.5			伏
故障输出电流（FO 端子吸收电流）	IFO				15	毫安
电流传感输入电压（CIN - VNC 间施加）	VSC		-0.5 ~ VD + 0.5			伏

热特性

特性	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
结到散热器（每个 IGBT）	Rth(j - f)Q				5.0	°C/瓦
结到散热器（每个 FWDi）	Rth(j - f)D				6.5	°C/瓦

了解热特性有助于工程师合理设计散热系统，确保模块在正常温度范围内工作。

推荐使用条件

特性	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压（P - N 端子间施加）	VCC		0	300	400	伏
控制电源电压（VP1 - VNC，VN1 - VNC 间施加）	VD		13.5	15.0	16.5	伏
控制电源电压（VUFB - VUFS，VVFB - VVFS，VWF - VWFS 间施加）	VDB		13.5	15.0	16.5	伏
控制电源 dv/dt	dVD/dt, dVDB/dt		-1		1	V/µs
输入导通电压（UP，VP，WP - VNC 间施加）	VCIN(on)				0 ~ 0.65	伏
输入截止电压（UN，VN，WN - VNC 间施加）	VCIN(off)				4.0 ~ 5.5	伏
PWM 输入频率	fPWM	Tj ≤ 125°C, Tf ≤ 100°C		15		千赫兹
臂直通阻断时间	tDEAD	每个输入信号	3			微秒

应用电路组件选择

在设计应用电路时，合理选择组件至关重要。以下是各组件的推荐参数及说明：	设计编号	典型值	描述
D1	1A, 600V	自举电源二极管 - 超快恢复
C1	1 - 100uF, 50V	自举电源储能电容 - 电解电容，长寿命，低阻抗，105°C
C2	0.22 - 2.0uF, 50V	局部去耦/高频噪声滤波器 - 多层陶瓷电容
C3	10 - 100uF, 50V	控制电源滤波电容 - 电解电容，长寿命，低阻抗，105°C
C4	22nF, 50V	故障锁定定时电容 - 多层陶瓷电容
C5	100 - 1000pF, 50V	输入信号噪声滤波电容 - 多层陶瓷电容
C6	200 - 2000uF, 450V	主直流母线滤波电容 - 电解电容，长寿命，高纹波电流，105°C
C7	0.1 - 0.22uF, 450V	浪涌电压抑制电容 - 聚酯/聚丙烯薄膜电容
CSF	1000pF, 50V	短路检测滤波电容 - 多层陶瓷电容
RSF	1.8kΩ	短路检测滤波电阻
RSHUNT	6 - 100mΩ	电流传感电阻 - 无感，温度稳定，高精度
R1	1 - 100Ω	自举电源浪涌限制电阻
R2	4.7kΩ	控制输入上拉电阻
R3	5.1kΩ	故障输出信号上拉电阻

在选择组件时，需要根据实际应用需求和电路设计要求进行调整。同时，要注意各组件的功率额定值和性能参数，以确保电路的稳定性和可靠性。

总之，Powerex PS21353 - GP智能功率模块以其紧凑的设计、高性能和丰富的保护功能，为电子工程师在小型电机驱动等应用中提供了一个优秀的选择。在实际设计中，工程师需要充分了解模块的各项参数和特性，合理选择组件，以实现最佳的设计效果。大家在使用这个模块的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。