STGIPQ5C60T-HL与STGIPQ5C60T-HZ：SLLIMM™ nano 2代IPM的卓越之选

在电子工程领域，功率模块的性能和可靠性对于各类应用至关重要。今天，我们来深入了解STMicroelectronics推出的STGIPQ5C60T-HL和STGIPQ5C60T-HZ这两款SLLIMM™ nano 2代智能功率模块（IPM），它们在三相逆变器应用中展现出了出色的性能。

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产品概述

STGIPQ5C60T-HL和STGIPQ5C60T-HZ是5A、600V的三相IGBT逆变器桥，集成了3个用于栅极驱动的控制IC和续流二极管。它们采用N2DIP-26L封装，其中STGIPQ5C60T-HL为type L封装，STGIPQ5C60T-HZ为type Z封装，均采用管装形式。

产品特性

• 多种电压输入兼容性：具备3.3V、5V、15V TTL/CMOS输入比较器，带有迟滞和下拉/上拉电阻，能适应不同的控制信号。
• 内部自举二极管：优化了电路设计，减少了外部元件的使用。
• 低电磁干扰：通过优化开关速度，降低了电磁干扰，提高了系统的稳定性。
• 短路耐受能力：采用短路耐受的TFS IGBTs，增强了模块在短路情况下的可靠性。
• 保护功能齐全：具备欠压锁定、关机功能、互锁功能、用于高级电流检测的运算放大器以及用于过流故障保护的比较器。
• 温度监测：集成NTC（UL 1434 CA 2和4），可实时监测温度。
• 高隔离等级：隔离额定值为1500Vrms/min，最高可达+2kV ESD保护（HBM (C = 100 pF) (R = 1.5 k Omega) ），并获得UL 1557认证。

应用领域

这两款模块适用于多种三相逆变器应用，如电机驱动、洗碗机、冰箱压缩机、加热系统、空调风扇、排水和循环泵等。

内部结构与引脚配置

内部原理图

模块的内部原理图展示了其复杂而高效的电路设计，包含了IGBT、续流二极管、栅极驱动IC等关键元件，为三相逆变器的稳定运行提供了保障。

引脚描述

Pin	Symbol	Description
1	GND	Ground
2	T/SD/ OD	NTC thermistor terminal/shutdown logic input (active low)/open-drain (comparator output)
3	V CC W	Low-voltage power supply W phase
4	HIN W	High-side logic input for W phase
5	LIN W	Low-side logic input for W phase
6	OP+	Op-amp non-inverting input
7	OP OUT	Op-amp output
8	OP-	Op-amp inverting input
9	V CC V	Low-voltage power supply V phase
10	HIN V	High-side logic input for V phase
11	LIN V	Low-side logic input for V phase
12	CIN	Comparator input
13	V CC U	Low-voltage power supply for V phase
14	HIN U	High-side logic input for V phase
15	T/SD/ OD	NTC thermistor terminal/shutdown logic input (active low)/open-drain (comparator output)
16	LIN U	Low-side logic input for U phase
17	V boot U	Bootstrap voltage for U phase
18	P	Positive DC input
19	U, OUT U	U phase output
20	N U	Negative DC input for U phase
21	V boot V	Bootstrap voltage for V phase
22	V, OUT V	V phase output
23	N V	Negative DC input for V phase
24	V boot W	Bootstrap voltage for W phase
25	W, OUT W	W phase output
26	N W	Negative DC input for W phase

了解这些引脚的功能对于正确使用模块至关重要，工程师们在设计电路时需要根据实际需求合理连接这些引脚。

电气参数与特性

绝对最大额定值

• 逆变器部分：每个IGBT的集电极 - 发射极电压（(V{CES})）为600V，连续集电极电流（(I{C})）为5A，峰值集电极电流（(I{CP})）为10A（小于1ms），总功率耗散（(P{TOT})）为13.6W（(T_{C} = 25 °C)）。
• 控制部分：低电压电源（(V{CC})）范围为 -0.3V至21V，自举电压（(V{boot})）范围为 -0.3V至620V，输出电压（(V{OUT})）范围为(V{boot} - 21)至(V_{boot} + 0.3)V等。
• 总系统：隔离耐受电压（(V{ISO})）为1500Vrms，功率芯片工作结温（(T{J})）范围为 -40°C至150°C，模块外壳工作温度（(T_{C})）范围为 -40°C至125°C。

热数据

单个IGBT的结 - 壳热阻（(R_{th(j - c)})）为9.2°C/W，单个二极管的结 - 壳热阻为15°C/W。在设计散热系统时，需要考虑这些热阻参数，以确保模块在正常工作温度范围内运行。

电气特性

• 逆变器部分：静态参数方面，集电极截止电流（(I{CES})）在特定条件下最大为250μA，集电极 - 发射极饱和电压（(V{CE(sat)})）典型值为2.15V，二极管正向电压（(V{F})）为2.1V。在感性负载开关时间和能量方面，开通时间（(t{c(on)})）典型值为280ns，关断时间（(t_{off})）典型值为950ns等。
• 控制部分：低电压电源的欠压迟滞（(V{CC_hys})）典型值为1.5V，欠压开启阈值（(V{CC_thON})）典型值为12V等；逻辑输入的低逻辑电平电压（(V{il})）最大为0.8V，高逻辑电平电压（(V{ih})）最小为2.25V等。

应用电路与设计指南

应用电路示例

提供的应用电路示例为工程师们提供了一个参考，不过在实际设计中，设计师可以根据设备的具体规格选择不同的方案。

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375kΩ（典型值）下拉电阻。为避免输入信号振荡，输入布线应尽量短，并建议在每个输入信号上使用时间常数约为100ns的RC滤波器。
• 电源滤波：使用旁路电容(C{vcc})（铝或钽电容）可减少电源的瞬态电路需求，同时在(V{cc})引脚附近并联一个100至220nF、低ESR和低ESL的去耦电容(C_{2})，以减少高频开关噪声。
• 保护电路：建议使用时间常数为1μs的RC滤波器（(R{SF}, C{SF})）来防止保护电路误动作，该滤波器应尽量靠近(C_{IN})引脚。
• SD引脚处理：SD为输入/输出引脚（用作输出时为开漏类型），内置热敏电阻NTC连接在SD引脚和GND之间。为确保电压始终高于高电平逻辑阈值，对于3.3V或5V的MCU电源，上拉电阻应分别设置为1kΩ或2.2kΩ，滤波器电容(C{SD})应不高于3.3nF，以保证SD激活时间(tau{TA} ≤ 500 ns)，且滤波器应尽量靠近SD引脚。
• 自举电路：在每个(C{boot})上并联一个100至220nF、低ESR和低ESL的陶瓷去耦电容(C{3})，以过滤高频干扰。(C{boot})和(C{3})应尽量靠近U、V、W和(V_{boot})引脚，自举负极应直接连接到U、V、W端子，并与主输出线分开。
• 过压保护：为避免(V{cc})引脚和(V{boot})引脚出现过压，可分别使用齐纳二极管（(Dz1)和(Dz2)）。
• 电流传感：使用低电感分流电阻进行相电流传感，N引脚、分流电阻和(PWR_GND)的布线应尽量短，SGN_GND仅在一点（靠近分流电阻端子）连接到PWR_GND，以减少电源地波动的影响。

封装信息

不同封装类型

• N2DIP-26L type L：提供了详细的封装外形图和机械数据，包括尺寸范围等信息，方便工程师进行PCB设计。
• N2DIP-26L type Z：同样有封装外形图和机械数据，与type L封装在部分尺寸上存在差异，工程师在选择时需要根据实际情况进行考虑。

包装形式

采用N2DIP-26L管装，文档中给出了管装的尺寸信息。

总结

STGIPQ5C60T-HL和STGIPQ5C60T-HZ这两款SLLIMM™ nano 2代IPM模块凭借其丰富的特性、良好的电气性能和完善的保护功能，为三相逆变器应用提供了可靠的解决方案。工程师们在设计过程中，需要充分了解其内部结构、引脚配置、电气参数和设计指南，以确保系统的稳定运行。同时，随着技术的不断发展，我们也期待STMicroelectronics能推出更多高性能的功率模块产品。大家在使用这两款模块的过程中，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。