STGIB15CH60TS-LZ：高性能3相逆变器IPM的深度剖析

在电子工程领域，功率模块的性能和可靠性对于众多应用至关重要。STGIB15CH60TS-LZ作为SLLIMM系列的一员，是一款20A、600V的3相逆变器智能功率模块（IPM），为电机驱动等应用提供了强大而可靠的解决方案。下面，我们将深入探讨这款模块的特性、参数及应用要点。

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产品概述

基本信息

STGIB15CH60TS-LZ采用SDIP2B-26L type L1封装，以管装形式包装。其订单代码为STGIB15CH60TS-LZ，标记为GIB15CH60TS-LZ。

主要特性

该模块集成了2个用于栅极驱动的控制IC和续流二极管，构成20A、600V的3相IGBT逆变桥。具备3.3V、5V TTL/CMOS输入，带有迟滞功能，内部集成自举二极管。同时，拥有欠压锁定、智能关机、短路保护、关机输入/故障输出、独立开集电极输出、内置温度传感器、故障保护比较器等功能。采用短路耐受的TFS IGBT和快速软恢复二极管，配备85kΩ NTC（UL 1434、CA 4认可），全隔离封装，隔离等级达1600Vrms/min，获得UL 1557认证（文件编号E81734），并嵌入TVS增强ESD保护。

应用领域

广泛应用于电机驱动的3相逆变器，如洗衣机、烘干机、水泵、空调和缝纫机等设备。

内部结构与引脚说明

内部原理图

其内部原理图展示了各组件的连接方式，为理解模块的工作原理提供了基础。

引脚描述

引脚	符号	描述
1	NC	-
2	VBOOTu	U相自举电压
3	VBOOTv	V相自举电压
4	VBOOTw	W相自举电压
5	HINu	U相高端逻辑输入
6	HINv	V相高端逻辑输入
7	HINw	W相高端逻辑输入
8	VCCH	高端低压电源
9	GND	接地
10	LINu	U相低端逻辑输入
11	LINv	V相低端逻辑输入
12	LINw	W相低端逻辑输入
13	VCCL	低端低压电源
14	SD /OD	关机逻辑输入（低电平有效）/ 开漏（比较器输出）
15	CIN	比较器输入
16	GND	接地
17	TSO	温度传感器输出
18	NW	W相负直流输入
19	NV	V相负直流输入
20	NU	U相负直流输入
21	W	W相输出
22	V	V相输出
23	U	U相输出
24	P	正直流输入
25	T2	NTC热敏电阻端子2
26	T1	NTC热敏电阻端子1

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，集电极 - 发射极电压V CES 为600V，连续集电极电流在T C = 25°C时为20A，T C = 80°C时为15A，峰值集电极电流I CP 为40A，总功率损耗P TOT 为81W，短路耐受时间t scw 为5μs。
• 控制部分：电源电压V CC 范围为 - 0.3V至20V，自举电压V BOOT 范围为 - 0.3V至619V，输出电压V OUT 范围为V BOOT - 21V至V BOOT + 0.3V，比较器输入电压V CIN 范围为 - 0.3V至20V，逻辑输入电压V IN 范围为 - 0.3V至15V，开漏电压V SD /OD 范围为 - 0.3V至7V，开漏灌电流I SD /OD 最大为10mA，温度传感器输出电压V TSO 范围为 - 0.3V至5.5V，温度传感器输出电流I TSO 最大为7mA。
• 总系统：隔离耐受电压V ISO 为1600Vrms，功率芯片工作结温范围T J 为 - 40°C至175°C，模块工作外壳温度范围T C 为 - 40°C至125°C。

热数据

单个IGBT的结 - 壳热阻R thJC 为1.85°C/W，单个二极管的结 - 壳热阻为2.8°C/W。

电气特性

• 逆变器部分静态特性：集电极截止电流I CES 最大为100μA，集电极 - 发射极饱和电压V CE(sat) 在不同电流下有不同值，二极管正向电压V F 也随电流变化。
• 逆变器部分感性负载开关时间和能量：给出了不同电流下的开通时间t on 、交叉导通时间t c(on) 、关断时间t off 、交叉关断时间t c(off) 、反向恢复时间t rr 以及开通、关断和反向恢复开关能量E on 、E off 、E rr 。

控制/保护部分

• 高低侧驱动：规定了高低侧驱动的逻辑电平电压、输入偏置电流、欠压迟滞、欠压开启和关闭阈值、静态电流以及导通电阻等参数。
• 温度传感器输出：温度传感器输出电压在T J = 25°C时为0.974V至1.345V，具备一定的灌电流和拉电流能力。
• 感测比较器：包括输入偏置电流、内部参考电压、开漏低电平输出电压、比较器延迟时间和下降斜率等参数。

故障管理与智能关机功能

故障管理

模块具有过流（OC）和电源电压欠压（UVLO）两种故障类型。过流事件在≤24μs时，SD开漏使能时间为24μs；欠压锁定事件在≤70μs时，SD开漏使能时间为70μs。

智能关机功能

模块集成了用于故障检测的比较器，其输入可连接外部分流电阻实现过流检测。比较器触发时，模块进入关机状态，输出均置为低电平。与常见的故障检测系统不同，该模块的智能关机架构可在故障发生时立即关闭输出栅极驱动器，减少故障检测与输出关闭之间的传播延迟。

温度监测解决方案

TSO输出

模块集成了温度传感器，TSO引脚输出与芯片温度成比例的电压。若不使用该功能，引脚可悬空。

NTC热敏电阻

NTC热敏电阻在25°C时电阻为85kΩ，125°C时为2.6kΩ，B常数为4092K，工作温度范围为 - 40°C至125°C。

应用电路与设计指南

应用电路示例

提供了一个应用电路示例，但应用设计师可根据设备规格使用不同的方案。

设计指南

• 输入信号HIN、LIN为高电平有效逻辑，每个输入引脚内置100kΩ下拉电阻，建议使用时间常数约为100ns的RC滤波器，且布线应尽量短。
• 使用旁路电容C vcc 和去耦电容C 2 可减少电源的瞬态需求和高频开关噪声。
• 使用时间常数为1μs的RC滤波器（R SF 、C SF ）可防止保护电路故障。
• SD引脚应上拉至电源，滤波器应根据故障后重启时间进行选型。
• 使用1nF至10nF的去耦电容C TSO 可提高TSO热传感器的抗噪能力，若使用NTC热敏电阻，可使用10nF至100nF的去耦电容C OT 。
• 使用去耦电容C 3 可过滤高频干扰，自举负极应直接连接到U、V、W端子。
• 使用齐纳二极管可防止VCC引脚过压。
• 使用去耦电容C 4 可防止浪涌破坏，C 4 应优先靠近IPM放置。
• 模块内部集成特定类型的HVIC，可直接与MCU端子耦合，无需光耦。
• 应使用低电感分流电阻进行相电流检测。
• N引脚、分流电阻和PWR_GND的布线应尽量短，SGN_GND与PWR_GND应在靠近分流电阻端子处单点连接，以减少电源地波动的影响。

总结

STGIB15CH60TS-LZ以其丰富的功能、良好的电气性能和完善的保护机制，为电机驱动等应用提供了可靠的解决方案。在设计过程中，遵循上述设计指南，能够充分发挥模块的性能，确保系统的稳定性和可靠性。你在实际应用中是否遇到过类似模块的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。