STGIPN3H60A：高性能3相逆变器桥IGBT智能功率模块解析

在电子设计领域，对于电机驱动等应用，一款性能优良、设计合理的智能功率模块（IPM）至关重要。今天我们就来详细探讨一下意法半导体（ST）推出的STGIPN3H60A这款IPM。

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一、产品概述

STGIPN3H60A是一款采用NDIP - 26L封装的SLLIMM - nano IPM，额定电流3A，耐压600V，适用于3相逆变器桥IGBT应用。其应用场景广泛，涵盖了3相感应电机（ACIM），如洗碗机、风扇；永磁同步电机（PMSM）/无刷直流电机（BLDC）控制，像冰箱和冰柜等。

这款模块的设计简单且坚固，能够实现紧凑、高性能的交流电机驱动。它由六个带续流二极管的IGBT和三个用于栅极驱动的半桥高压集成电路（HVIC）组成，具有低电磁干扰（EMI）特性，开关速度经过优化。同时，其封装针对内置电机应用或装配空间有限的低功率应用进行了热性能和紧凑性的优化。此外，该IPM还包含一个完全未使用的运算放大器和一个比较器，可用于设计快速高效的保护电路。

二、产品特性

1. 电气性能

• 3相IGBT逆变器桥：集成了控制IC用于栅极驱动和续流二极管，额定电流3A，耐压600V，能满足多种电机驱动需求。
• 低电磁干扰优化：通过优化开关速度，有效降低了电磁干扰，减少了对周围电子设备的影响。
• VCE(sat)负温度系数：这种特性使得模块在温度变化时能保持较好的性能稳定性。
• 多种输入比较器：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，提高了输入信号的抗干扰能力。
• 欠压锁定：当电源电压低于设定阈值时，模块会自动锁定，保护电路免受损坏。
• 内部自举二极管：简化了电路设计，降低了外部元件的使用数量。
• 互锁功能：防止上下桥臂同时导通，避免短路故障，提高了系统的可靠性。
• 优化引脚布局：便于电路板的布局设计，减少了布线难度和寄生参数的影响。

2. 电气参数

绝对最大额定值

部分	参数	符号	值	单位
逆变器部分	每个IGBT集电极 - 发射极电压	VCES	600	V
	每个IGBT连续集电极电流（TC = 25°C）	±IC	3	A
	每个IGBT脉冲集电极电流（小于1ms）	±ICP	18	A
	每个IGBT总功耗（TC = 25°C）	PTOT	8	W
控制部分	输出电压	VOUT	Vboot - 18 ~ Vboot + 0.3	V
	低电压电源	VCC	-0.3 ~ 18	V
	自举电压	Vboot	-0.3 ~ 618	V
	逻辑输入电压	VIN	-0.3 ~ 15	V
	允许输出转换速率	ΔVOUT/dT	50	V/ns
整个系统	隔离耐压	VISO	1000	Vrms（AC电压，t = 60s）
	功率芯片工作结温范围	TJ	-40 ~ 150	°C
	工作壳温范围	TC	-40 ~ 125	°C

热数据

符号	参数	值	单位
RthJC	单个IGBT结 - 壳热阻	12.8	°C/W
RthJC	单个二极管结 - 壳热阻	15.5	°C/W
RthJA	每个模块结 - 环境热阻	22	°C/W

三、引脚配置与功能

1. 引脚描述

引脚符号	描述
1 GND	接地
2 NC	未连接
3 VCC W	W相低电压电源
4 HIN W	W相高侧逻辑输入
5 LIN W	W相低侧逻辑输入
6 - 8 NC	未连接
9 VCC V	V相低电压电源
10 HIN V	V相高侧逻辑输入
11 LIN V	V相低侧逻辑输入
12 NC	未连接
13 VCC U	U相低电压电源
14 HIN U	U相高侧逻辑输入
15 NC	未连接
16 LIN U	U相低侧逻辑输入
17 VBOOT U	U相自举电压
18 P	正直流输入
19 U	U相输出
20 NU	U相负直流输入
21 VBOOT V	V相自举电压
22 V	V相输出
23 NV	V相负直流输入
24 VBOOT W	W相自举电压
25 W	W相输出
26 NW	W相负直流输入

2. 引脚布局

从引脚布局来看，其设计充分考虑了实际应用中的布线需求，优化的引脚布局使得电路板的设计更加方便。不过在实际布线时，我们还是需要注意一些细节，比如输入信号的布线要尽可能短，以防止信号振荡。

四、应用电路设计与指南

1. 应用电路示例

文档中给出了应用电路示例，但应用设计师可以根据设备的规格自由使用不同的方案。在实际设计中，我们需要根据具体的应用场景和要求进行灵活调整。

2. 设计指南

• 输入信号处理：输入信号HIN、LIN为高电平有效逻辑，每个输入内置了一个500kΩ（典型值）的下拉电阻。为防止输入信号振荡，每个输入的布线应尽可能短，并建议在每个输入信号上使用RC滤波器（R1，C1），滤波器的时间常数约为100ns，且必须尽可能靠近IPM输入引脚放置。
• 电源滤波：推荐使用旁路电容Cvcc（铝或钽电容）来减少电源的瞬态电路需求。同时，建议使用去耦电容C2（100 - 220nF，低ESR陶瓷电容）来减少电源线上的高频开关噪声，C2必须尽可能靠近每个Vcc引脚并与旁路电容并联。
• 电流监测：建议使用RC滤波器（RSF，CSF）进行电流监测，以提高抗噪声能力，滤波器必须尽可能靠近微控制器或运算放大器放置。
• 高频干扰滤波：在每个Cboot上并联去耦电容C3（100 - 220nF，低ESR陶瓷电容），以过滤高频干扰。
• 过压保护：建议在Vcc引脚和GND之间以及每个Cboot上并联齐纳二极管DZ1，以防止过压。
• 浪涌保护：建议在电解电容Cvdc上并联去耦电容C4（100 - 220nF，低ESR陶瓷电容），以防止浪涌破坏，C4和Cvdc应尽可能靠近IPM放置，C4优先于Cvdc。
• 与MCU连接：通过在模块内集成特定类型的HVIC，无需光耦合器即可直接与MCU端子耦合。
• 电流传感：建议使用低电感分流电阻进行相电流传感。
• 布线要求：为避免故障，N引脚、分流电阻和PWR_GND之间的布线应尽可能短。建议仅在分流电阻端子附近的一点将SGN_GND连接到PWR_GND，以避免因电源地波动而导致的任何故障。

3. 推荐工作条件

符号	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
VPN	电源电压	施加在P - Nu、Nv、Nw之间		300	500	V
VCC	控制电源电压	施加在VCC - GND之间	12	15	17	V
VBS	高侧偏置电压	施加在VBOOTi - OUTi（i = U，V，W）之间	11.5		17	V
tdead	消隐时间以避免桥臂短路	每个输入信号	1.5			µs
fPWM	PWM输入信号	-40°C < TC < 100°C，-40°C < TJ < 125°C			25	kHz
TC	工作壳温				100	°C

五、封装信息

1. 封装类型

STGIPN3H60A采用NDIP - 26L类型C封装，这种封装在满足热性能和紧凑性要求的同时，也方便了实际的装配和焊接。

2. 机械数据

尺寸	最小值	典型值	最大值	单位
A			4.40	mm
A1	0.80	1.00	1.20	mm
A2	3.00	3.10	3.20	mm
A3	1.70	1.80	1.90	mm
A4	5.70	5.90	6.10	mm
b	0.53		0.72	mm
b1	0.52	0.60	0.68	mm
b2	0.83		1.02	mm
b3	0.82	0.90	0.98	mm
c	0.46		0.59	mm
c1	0.45	0.50	0.55	mm
D	29.05	29.15	29.25	mm
D1	0.50	0.77	1.00	mm
D2	0.35	0.53	0.70	mm
D3			29.55	mm
E	12.35	12.45	12.55	mm
e	1.70	1.80	1.90	mm
e1	2.40	2.50	2.60	mm
eB1	16.10	16.40	16.70	mm
eB2	21.18	21.48	21.78	mm
L	1.24	1.39	1.54	mm

3. 包装信息

采用管装包装，管子材料为挤出/透明PVC，厚度0.80 ± 0.1mm，表面电阻10E6 - 10E11/SQ。一般公差为±0.25mm（除非另有说明）。基本数量为17件，批量数量为476件。

六、总结

STGIPN3H60A智能功率模块凭借其高性能、低电磁干扰、优化的引脚布局和丰富的保护功能，为电机驱动等应用提供了一个可靠的解决方案。在设计过程中，我们需要严格按照其电气参数和设计指南进行操作，以确保系统的稳定性和可靠性。同时，对于其封装和包装信息的了解，也有助于我们在实际生产和装配过程中做出合理的选择。大家在使用这款模块时，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。