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工業(yè)設(shè)備逆變器的絕佳CP:智能功率模塊

發(fā)布時間:2020-09-09 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】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。
 
安森美半導(dǎo)體提供多種規(guī)格的IPM產(chǎn)品以滿足各種應(yīng)用的不同需求,IPM產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)風(fēng)機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)機(jī)、水泵等,
 
 
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