工業(yè)設(shè)備逆變器的絕佳CP：智能功率模塊

時間：2020-08-24 09:58:47

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智能功率模塊(Intelligent Power Module, IPM)是一種先進(jìn)的功率開關(guān)器件，適應(yīng)了當(dāng)今功率器件的發(fā)展方向—模塊化、復(fù)合化和集成化(PIC)，在電力電子領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

本文將為您介紹IPM的特性，以及安森美半導(dǎo)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(guān)組件，內(nèi)部集成電流傳感器、保護(hù)電路，及門級驅(qū)動電路的集成結(jié)構(gòu)。

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(qū)動電機(jī)的變頻器和各種逆變電源，是變頻調(diào)速、冶金機(jī)械、電力牽引、伺服驅(qū)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(guān)器件和驅(qū)動電路集成在一起，而且內(nèi)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(qū)動電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)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(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng)，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(yīng)晶體管）的復(fù)合，由MOSFET驅(qū)動GTR，因而IGBT具有兩者的優(yōu)點(diǎn)。

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

IPM與以往IGBT模塊及驅(qū)動電路的組件相比，

IPM內(nèi)含驅(qū)動電路，設(shè)定了最佳的IGBT驅(qū)動條件，驅(qū)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(nèi)含過電流(OC)保護(hù)、欠電壓(UV)保護(hù)等功能，確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)作。

安森美半導(dǎo)體在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域居業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)地位，推出了多款I(lǐng)PM產(chǎn)品，以下將為您介紹用于工業(yè)設(shè)備的部分重點(diǎn)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(dú)立的高端柵極驅(qū)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(qū)動永磁同步(PMSM)電動機(jī)、無刷直流(BLDC)電動機(jī)和交流異步電動機(jī)。

IGBT在三相橋中進(jìn)行配置，并為下管腳提供單獨(dú)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(hù)(UVP)，內(nèi)部升壓二極管用于高端柵極升壓驅(qū)動。

NFAM1012L5B/NFAM2012L5B具備主動邏輯接口，內(nèi)置UVP，集成自舉二極管和電阻，并擁有單獨(dú)的低側(cè)IGBT發(fā)射極連接，用于每個相的單獨(dú)電流感測，具有溫度傳感器(LVIC的TSU輸出)，符合UL認(rèn)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(yīng)、BLDC和PMSM電機(jī)提供功能齊全的高性能逆變器輸出級。

這些模塊集成了內(nèi)置IGBT的優(yōu)化柵極驅(qū)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(hù)功能，包括欠壓鎖定、過流關(guān)斷、溫度檢測和故障報告。

內(nèi)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(zhuǎn)換為高壓、大電流驅(qū)動信號，以正確驅(qū)動模塊的內(nèi)部IGBT。

每個相都有獨(dú)立的IGBT負(fù)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(qū)動和保護(hù)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(nèi)置自舉二極管／電阻，以及與低側(cè)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(yīng)IGBT進(jìn)行可調(diào)的過流保護(hù)，絕緣額定值為2500 Vrms/1分鐘，符合UL認(rèn)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(qū)動器，六個IGBT和一個熱敏電阻組成，適用于驅(qū)動PMSM電動機(jī)、BLDC電動機(jī)和交流異步電動機(jī)。

IGBT配置在一個三相橋中，每個橋臂的下橋臂有單獨(dú)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(hù)功能，包括交叉?zhèn)鲗?dǎo)保護(hù)、外部停機(jī)和欠壓鎖定功能。

內(nèi)部比較器和連接到過電流保護(hù)電路的基準(zhǔn)電壓源，允許設(shè)計人員設(shè)置過電流保護(hù)水平。

NFAQ0860L36T/NFAQ1060L36T帶集成驅(qū)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(diào)過流保護(hù)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(nèi)置欠壓保護(hù)、交叉?zhèn)鲗?dǎo)保護(hù)、關(guān)機(jī)銷，通過ITRIP輸入可關(guān)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(rèn)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(shù)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(diào)過電流保護(hù)水平，集成了多功能，具有緊湊設(shè)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(yīng)力。