深入解析PS21564-SP Intellimod™模块：智能功率模块的卓越之选

在电子工程领域，智能功率模块（IPM）对于驱动小型三相电机起着至关重要的作用。今天我们要深入探讨的是Powerex公司的PS21564 - SP Intellimod™模块，一款集多种优势于一身的双列直插式智能功率模块。

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模块概述

PS21564 - SP是一款额定电流15安培、耐压600伏特的Mini DIP - SP智能功率模块。它将功率器件、驱动电路和保护电路集成在一个超紧凑的双列直插式转移模封装中，特别适用于小型三相电机的驱动。其采用了第五代IGBT、DIP封装以及特定应用的高压集成电路（HVIC），这使得设计者能够有效减小逆变器的尺寸并缩短整体设计时间。Mini DIP - S类型还具有开放发射极引脚，方便获取相电流。

模块特性与应用

特性亮点

• 紧凑封装：体积小巧，节省空间，适用于对空间要求较高的设计。
• 单电源供电：简化了电源设计，降低了成本和复杂度。
• 集成HVIC：实现了高压电平转换，可直接与CPU连接，提高了系统的集成度和可靠性。

广泛应用

该模块可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，展现了其强大的通用性和适应性。

关键参数解析

绝对最大额定值

在不同的工作条件下，模块有相应的参数限制。例如，功率器件的结温范围为 - 20°C至125°C，模块外壳工作温度范围为 - 20°C至100°C，存储温度范围为 - 40°C至125°C。此外，M3安装螺丝的安装扭矩为8.5in - lb，模块典型重量为20克。自保护电源电压极限（短路保护能力）为400伏特，隔离电压（交流1分钟，60Hz正弦波，连接引脚到散热板）为2500伏特。

IGBT逆变器部分参数

• 集电极 - 发射极电压：V CES为600伏特。
• 集电极电流：在T = 25°C时，±I C为15安培；峰值集电极电流（T f = 25°C，<1ms）为±I CP 30安培。
• 电源电压：P - N之间的电源电压V CC为450伏特，浪涌电源电压V CC(surge)为500伏特。
• 集电极耗散功率：在T f = 25°C时，每个芯片的P C为22.2瓦。

控制部分参数

• 电源电压：V P1 - V NC、V N1 - V NC之间的电源电压V D为20伏特；V UFB - V UFS、V VFB - V VFS、V WFB - V WFS之间的电源电压V DB为20伏特。
• 输入电压：U P、V P、W P - V NC，U N、V N、W N - V NC之间的输入电压V IN范围为 - 0.5至V D + 0.5伏特。
• 故障输出电源电压：F O - V NC之间的V FO范围为 - 0.5至V D + 0.5伏特，故障输出电流（F O端子的灌电流）I FO为1mA。
• 电流传感输入电压：C IN - V NC之间的V SC范围为 - 0.5至V D + 0.5伏特。

电气和机械特性

IGBT逆变器部分

• 集电极 - 发射极截止电流：V CE = V CES，T j = 25°C时，I CES为1.00mA；V CE = V CES，T j = 125°C时，最大为10mA。
• 二极管正向电压：T j = 25°C， - I C = 15A，V IN = 0V时，V EC为1.50 - 2.00伏特。
• 集电极 - 发射极饱和电压：在不同的温度和条件下有相应的数值变化，如IC = 15A，T j = 25°C，V D = V DB = 15V，V IN = 5V时，V CE(sat)为1.45 - 1.95伏特。
• 开关时间：包括导通时间、反向恢复时间、关断时间等，如导通时间ton为0.60 - 1.80µs。

控制部分

• 控制电源电压：V D、V DB有相应的范围，如V D为13.5 - 16.5伏特，V DB为13.0 - 18.5伏特。
• 电路电流：在不同状态下有不同的数值，如V D = V DB = 15V，V IN = 5V时，总电流为5.00mA等。
• 故障输出电压：V FOH为4.9伏特，V FOL为0.95伏特。
• 输入电流：V IN = 5V时，I IN为1.0 - 2.00mA。
• 短路跳闸电平：T j = 25°C，V D = 15V时，V SC(ref)为0.43 - 0.53伏特。
• 电源电路欠压保护：有相应的跳闸和复位电平，如UVDBt跳闸电平为10.0 - 12.0伏特，UVDBr复位电平为10.5 - 12.5伏特。
• 故障输出脉冲宽度：C FO = 22nF时，t FO为1.0 - 1.8ms。
• 阈值电压：导通阈值电压V th(on)为2.1 - 2.6伏特，关断阈值电压V th(off)为0.8 - 2.1伏特。

热特性与使用建议

热特性

模块的热特性对于其稳定运行至关重要。IGBT部分（每1/6模块）的结到散热片的热阻R th(j - f)Q为4.5°C/瓦特，FWDi部分（每1/6模块）的热阻R th(j - f)D为6.5°C/瓦特。

使用建议

• 电源电压：P - N端子之间的电源电压V CC范围为0 - 400伏特，建议在0 - 300伏特使用。
• 控制电源电压：V D和V DB有相应的范围，如V D为13.5 - 16.5伏特，V DB为13.0 - 18.5伏特。
• 控制电源变化率：ΔV D、ΔV DB的变化率为 - 1至1V/µs。
• PWM输入频率：在T f ≤ 100°C，T j ≤ 125°C的条件下，f PWM最大为20kHz。
• 允许的均方根电流：根据不同的条件有不同的数值，如V CC = 300V，V D = 15V，f C = 5kHz，PF = 0.8，正弦波，T j ≤ 125°C，T f ≤ 100°C时，I O最大为7.4 Arms。
• 最小输入脉冲宽度：P WIN(on)最小为0.3µs，P WIN(off)在不同电流条件下有不同要求。
• V NC变化：V NC在 - 5.0至5.0伏特之间。
• 臂直通时间：t DEAD为1.5µs。
• 散热片平整度：在 - 50至100µm之间。

应用电路设计

在设计应用电路时，需要合理选择和使用各种元件。例如，D1选用1A、600V的超快恢复二极管作为自举电源二极管；C1选用10 - 100uF、50V的电解电容作为自举电源储能电容；C2选用0.22 - 2.0uF、50V的多层陶瓷电容作为本地去耦/高频噪声滤波器等。同时，要注意各元件的连接方式和参数选择，如布线长度、电容值与故障输出脉冲宽度的关系等。对于电子工程师来说，在实际设计中，你是否遇到过因为元件参数选择不当而导致电路性能不佳的情况呢？如何更好地平衡元件参数和电路性能，是我们在设计过程中需要不断思考和探索的问题。

PS21564 - SP Intellimod™模块以其丰富的特性、明确的参数和合理的应用电路设计，为小型三相电机驱动提供了一个可靠的解决方案。电子工程师在使用该模块时，需要充分了解其各项参数和特性，结合实际应用需求进行合理设计，以确保电路的稳定运行和性能优化。