工業(yè)設備逆變器的絕佳CP：智能功率模塊

時間：2020-08-24 09:58:47

關鍵字：逆變器智能功率模塊工業(yè)設備

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智能功率模塊(Intelligent Power Module, IPM)是一種先進的功率開關器件，適應了當今功率器件的發(fā)展方向—模塊化、復合化和集成化(PIC)，在電力電子領域得到了越來越廣泛的應用。

本文將為您介紹IPM的特性，以及安森美半導體(ON Semiconductor)所推出的IPM產(chǎn)品。

高度集成的IPM是逆變器的好搭檔

智能功率模塊(IPM)一般使用高速、低功率的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)作為功率開關組件，內部集成電流傳感器、保護電路，及門級驅動電路的集成結構。

IPM以其高可靠性，使用方便贏得越來越大的市場，尤其適合于驅動電機的變頻器和各種逆變電源，是變頻調速、冶金機械、電力牽引、伺服驅動、變頻家電的一種非常理想的電力電子器件。

IPM把功率開關器件和驅動電路集成在一起，而且內部還集成邏輯、控制和過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路，并可將檢測信號送到CPU，

它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門極驅動電路以及快速保護電路構成，使用起來方便，不僅減小了系統(tǒng)的體積以及開發(fā)時間，也大大增強了系統(tǒng)的可靠性，即使發(fā)生負載事故或使用不當，也可以保證IPM自身不受損壞。

IPM其中的IGBT是GTR（大功率晶體管）和MOSFET（場效應晶體管）的復合，由MOSFET驅動GTR，因而IGBT具有兩者的優(yōu)點。

GTR具備高電流密度、低飽和電壓和耐高壓的優(yōu)點，以及MOSFET高輸入阻抗、高開關頻率和低驅動功率的優(yōu)點。

IPM與以往IGBT模塊及驅動電路的組件相比，

IPM內含驅動電路，設定了最佳的IGBT驅動條件，驅動電路與IGBT間的距離很短，輸出阻抗很低，因此，不需要加反向偏壓。

IPM內含過電流(OC)保護、欠電壓(UV)保護等功能，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運作。

安森美半導體在功率半導體領域居業(yè)界領導地位，推出了多款IPM產(chǎn)品，以下將為您介紹用于工業(yè)設備的部分重點產(chǎn)品。

屬于SPM31系列的NFAM1012L5B(1200 V、10 A)與NFAM2012L5B(1200 V、20 A)是支持完全集成的逆變器電源模塊，由獨立的高端柵極驅動器、低壓集成電路(LVIC)，以及六個IGBT和溫度傳感器(LVIC的TSU)組成，適用于驅動永磁同步(PMSM)電動機、無刷直流(BLDC)電動機和交流異步電動機。

IGBT在三相橋中進行配置，并為下管腳提供單獨的發(fā)射極連接，以在選擇控制算法時提供最大的靈活性。功率級具有欠壓鎖定保護(UVP)，內部升壓二極管用于高端柵極升壓驅動。

NFAM1012L5B/NFAM2012L5B具備主動邏輯接口，內置UVP，集成自舉二極管和電阻，并擁有單獨的低側IGBT發(fā)射極連接，用于每個相的單獨電流感測，具有溫度傳感器(LVIC的TSU輸出)，符合UL認證，并是無鉛器件。

此外，SPM31系列還有許多支持不同功率、特性近似的器件，

包括NFAM2065L4B(650 V、20 A)、NFAM3065L4B(650 V、30 A)與NFAM5065L4B(650 V、50 A)，

可供客戶依據(jù)不同規(guī)格需求來選擇。

屬于SPM49系列的NFAL5065L4B(650 V、50 A)與NFAL7565L4B(650 V、75 A)智能電源模塊，可為交流感應、BLDC和PMSM電機提供功能齊全的高性能逆變器輸出級。

這些模塊集成了內置IGBT的優(yōu)化柵極驅動器，以最大程度地降低EMI和損耗，同時還提供多種模塊上保護功能，包括欠壓鎖定、過流關斷、溫度檢測和故障報告。

內置的高速高壓集成電路(HVIC)僅需一個電源電壓，即可將輸入的邏輯電平柵極輸入轉換為高壓、大電流驅動信號，以正確驅動模塊的內部IGBT。

每個相都有獨立的IGBT負極端子，以支持最廣泛的控制算法。

SPM31 / SPM49系列包含用于柵極驅動和保護的控制集成電路，具備低損耗、短路電流耐受能力IGBT，使用具備極低熱阻的Al2O3 DBC（覆銅陶瓷）基板，內置自舉二極管／電阻，以及與低側IGBT分開的開路發(fā)射極引腳，用于三相電流感測，通過集成式感應IGBT進行可調的過流保護，絕緣額定值為2500 Vrms/1分鐘，符合UL認證與RoHS要求。

屬于DIP-S6系列的NFAQ0860L36T(600 V、8 A)與NFAQ1060L36T(600 V、10 A)是完全集成的逆變器功率級，由高壓驅動器，六個IGBT和一個熱敏電阻組成，適用于驅動PMSM電動機、BLDC電動機和交流異步電動機。

IGBT配置在一個三相橋中，每個橋臂的下橋臂有單獨的發(fā)射極連接，以在選擇控制算法時提供最大的靈活性。

功率級具有全方位的保護功能，包括交叉?zhèn)鲗ПＷo、外部停機和欠壓鎖定功能。

內部比較器和連接到過電流保護電路的基準電壓源，允許設計人員設置過電流保護水平。

NFAQ0860L36T/NFAQ1060L36T帶集成驅動器，采用DBC基板，

NFAQ0860L36T在8 A時的典型值為VCE(sat)= 2.4V、VF = 2.1V、ESW = 280 μJ，

NFAQ1060L36T在10 A時的典型值為VCE(sat)= 1.9V、VF = 2.4V、ESW = 400 μJ，

均采用緊湊的29.6毫米x 18.2毫米雙列直插式封裝，具備可調過流保護等級，集成自舉二極管和電阻器，以及用于基板溫度測量的熱敏電阻，內置欠壓保護、交叉?zhèn)鲗ПＷo、關機銷，通過ITRIP輸入可關閉所有IGBT，模塊底部至引腳端僅有3.4mm的短引線長度，并符合UL1557認證。

NFAQ0860L36T/NFAQ1060L36T采用的DBC基板具有良好的散熱性（低熱阻），使用最新技術來優(yōu)化損耗，并有良好的EMI，通過緊湊的封裝減小PCB尺寸，可調過電流保護水平，集成了多功能，具有緊湊設計、優(yōu)化成本的特性，通過嵌入式NTC熱敏電阻器，可以更精確地測量模塊溫度，模塊與PCB的組裝更加緊密，以減少振動應力。