STGIPS10C60T-H：高性能智能功率模块介绍

在电子工程师的日常设计中，选择合适的功率模块对于系统的性能和可靠性至关重要。今天就来详细介绍一款意法半导体（ST）推出的高性能智能功率模块——STGIPS10C60T-H。

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产品概述

STGIPS10C60T-H属于SLLIMM™（Small Low-Loss Intelligent Molded Module）系列，是一款10A、600V的三相逆变器IPM（智能功率模块），集成了用于栅极驱动的控制IC和续流二极管。它采用了短电路耐用型IGBT技术，具有紧凑、高性能的特点，非常适合用于电机驱动和空调等三相逆变器应用。

产品特点

先进的IGBT技术与控制IC集成

该模块集成了短电路耐用型IGBT，能够有效应对短路情况，提高系统的可靠性。同时，控制IC具备3.3V、5V、15V的CMOS/TTL输入比较器，带有迟滞和下拉/上拉电阻，增强了信号处理的稳定性。

多种保护功能

• 欠压锁定（UVLO）：当电源电压低于设定阈值时，模块会自动进入保护状态，防止因电压不足导致的损坏。
• 内部自举二极管：简化了电路设计，减少了外部元件的使用。
• 互锁功能：避免上下桥臂同时导通，防止短路故障。
• 关断功能：可以通过SD引脚控制模块的关断，实现快速保护。

低热阻设计与高隔离性能

采用DBC（直接键合铜）技术，具有低的热阻，能够有效散热，提高模块的工作效率。同时，模块的隔离等级达到 (2500 ~V_{rms} / min)，保证了电气安全。

温度控制功能

内置4.7 kΩ的NTC（负温度系数）热敏电阻，可用于温度监测和控制，确保模块在安全的温度范围内工作。此外，该模块还获得了UL认证（UL1557文件E81734），符合相关安全标准。

引脚配置与功能

内部框图与引脚布局

STGIPS10C60T-H的内部框图展示了其各个功能模块的连接关系，而引脚布局图则清晰地标注了每个引脚的位置和功能。	引脚编号	符号	描述
1	OUTU	U相高端参考输出
2	VbootU	U相自举电压
3	LINU	U相低端逻辑输入
4	HINU	U相高端逻辑输入
5	VCC	低电压电源
6	OUTV	V相高端参考输出
7	Vboot V	V相自举电压
8	GND	接地
9	LINV	V相低端逻辑输入
10	HINV	V相高端逻辑输入
11	OUTW	W相高端参考输出
12	Vboot W	W相自举电压
13	LINW	W相低端逻辑输入
14	HINW	W相高端逻辑输入
15	SD	关断逻辑输入（低电平有效）
16	T1	NTC热敏电阻端子
17	NW	W相负直流输入
18	W	W相输出
19	P	正直流输入
20	NV	V相负直流输入
21	V	V相输出
22	P	正直流输入
23	NU	U相负直流输入
24	U	U相输出
25	P	正直流输入

电气参数

绝对最大额定值

• 逆变器部分：
  • 电源电压 (V{PN}) 为450V，浪涌电压 (V{PN(surge)}) 为500V。
  • 每个IGBT的集电极 - 发射极电压 (V_{CES}) 为600V。
  • 每个IGBT在 (T{C}=25°C) 时的连续集电极电流 (±I{C}) 为10A，脉冲集电极电流 (±I_{CP}) 为20A。
  • 每个IGBT在 (T{C}=25°C) 时的总功耗 (P{TOT}) 为33W。
  • 短路耐受时间 (t_{scw}) 为5µs。
• 控制部分：
  • 输出电压 (V{OUT}) 范围为 (V{boot} - 21) 到 (V_{boot} + 0.3) V。
  • 低电压电源 (V_{CC}) 范围为 -0.3到 +21V。
  • 自举电压 (V_{boot}) 范围为 -0.3到620V。
  • 逻辑输入电压 (V_{IN}) 范围为 -0.3到15V。
  • 开漏电压 (V_{SD}) 范围为 -0.3到15V。
  • 允许的输出压摆率 (dV_{OUT} /dt) 为50V/ns。
• 总系统：
  • 隔离耐受电压 (V_{ISO}) 为2500V。
  • 功率芯片的工作结温 (T_{j}) 范围为 -40到150°C。
  • 模块外壳的工作温度 (T_{C}) 范围为 -40到125°C。

热数据

单个IGBT的结 - 壳热阻 (R_{thJC}) 为3.8°C/W，单个二极管的结 - 壳热阻为5.5°C/W。

电气特性

在 (T{J}=25^{circ} C) 时，逆变器部分的集电极 - 发射极饱和电压 (V{CE(sat)}) 典型值为1.6V，最大为1.95V；集电极截止电流 (I{CES}) 最大为100µA；二极管正向电压 (V{F}) 最大为2.2V。此外，还给出了开关时间和能量等参数。

应用信息

典型应用电路

STGIPS10C60T-H的典型应用电路适用于三相逆变器，可用于电机驱动和空调等设备。在设计应用电路时，需要注意以下几点：

• 输入信号：HIN、LIN输入信号为高电平有效逻辑，每个输入内置375 kΩ（典型值）下拉电阻。若使用外部RC滤波器提高抗干扰能力，需注意输入信号电平的变化。
• 布线：为防止输入信号振荡，每个输入的布线应尽可能短。
• 与MCU的连接：模块内部集成了特定类型的HVIC，可直接与MCU端子耦合，无需光耦。
• 电容布局：每个电容应尽可能靠近IPM的引脚，电解总线电容应尽可能靠近模块总线端子，靠近模块引脚安装额外的高频陶瓷电容可进一步提高性能。
• 电流检测：应使用低电感分流电阻进行相电流检测。
• SD信号：SD信号应通过外部电阻上拉至5V / 3.3V。

推荐工作条件

符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(V_{PN})	电源电压	施加在P - Nu、Nv、Nw之间		300	400	V
(V_{CC})	控制电源电压	施加在 (V_{CC}) - GND之间	13.5	15	18	V
(V_{BS})	高端偏置电压	施加在 (V{BOOTi}) - OUT ({i}) 之间（i = U、V、W）	13		18	V
(t_{dead})	消隐时间	每个输入信号	1.5			µs
(f_{PWM})	PWM输入信号	-40°C < (T{c}) < 100°C， -40°C < (T{j}) < 125°C			20	kHz
(T_{C})	外壳工作温度				100	°C

封装信息

封装类型

STGIPS10C60T-H采用SDIP - 25L封装，这种封装具有良好的散热性能和机械稳定性。为满足环保要求，ST提供不同等级的ECOPACK®封装，具体规格和产品状态可在www.st.com查询。

包装信息

模块采用管装形式包装，方便运输和存储。在安装时，可参考专用技术说明TN0107。

STGIPS10C60T-H智能功率模块凭借其先进的技术、丰富的保护功能和良好的电气性能，为电机驱动和空调等三相逆变器应用提供了一个可靠的解决方案。电子工程师在设计相关电路时，可以根据实际需求合理选择和使用该模块。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。