探索CIPOS™ Tiny IM393 - M6F：高性能集成功率模块的卓越之选

在电子工程师的日常工作中，为各类应用寻找合适的功率模块是一项至关重要的任务。今天，我们将深入探讨英飞凌的CIPOS™ Tiny IM393 - M6F，这是一款专为先进家电电机驱动应用设计的10A、600V集成功率混合IC，它以其独特的性能和特性，为高效节能风扇、水泵等应用提供了理想的解决方案。

文件下载：EVALM1CTF610N3TOBO1.pdf

产品概述

IM393 - M6F采用了英飞凌最新的低VCE(on)沟槽IGBT技术，结合行业领先的三相高压高速驱动器，集成于一个完全隔离的热增强封装中。这种设计不仅实现了极高的功率密度，还简化了设计流程。内置的高精度温度监测和过流保护功能，以及短路额定IGBT和集成欠压锁定功能，确保了模块的高可靠性和故障安全运行。同时，采用单直插式封装和全转移模结构，有效解决了与散热器的隔离问题。

潜在应用领域

IM393 - M6F的应用范围广泛，涵盖了众多家电和低功率电机驱动领域，如洗衣机、空调、冰箱、风扇、洗碗机等。这些应用场景对电机驱动的效率、可靠性和紧凑性都有较高的要求，而IM393 - M6F正好能够满足这些需求。你在实际项目中，是否也遇到过对电机驱动有类似要求的应用场景呢？

产品特性详解

集成功能

• 集成栅极驱动器和自举功能：集成的栅极驱动器和自举功能简化了电路设计，减少了外部元件的使用，提高了系统的可靠性。
• 温度监测：内置高精度温度监测功能，可实时监测模块温度，确保系统在安全温度范围内运行。
• 保护关闭引脚：提供保护关闭引脚，当出现过流、过温等异常情况时，可迅速关闭模块，保护系统安全。

先进技术

• 低VCE(on)沟槽IGBT技术：采用低VCE(on)沟槽IGBT技术，实现了导通损耗和开关损耗的最佳平衡，提高了系统效率。
• 欠压锁定功能：所有通道均具备欠压锁定功能，确保在电源电压不稳定时，模块能够正常工作。
• 匹配的传播延迟：所有通道的传播延迟匹配，保证了系统的同步性和稳定性。

电气特性

• 3.3V施密特触发输入逻辑：支持3.3V施密特触发输入逻辑，与低电压控制器兼容，降低了系统功耗。
• 交叉导通防止逻辑：集成交叉导通防止逻辑，避免同一逆变器相的高侧和低侧开关同时导通，提高了系统的安全性。
• 高隔离性能：具备2000VRMs的最小隔离电压和CTI > 600的比较跟踪指数，确保了系统的电气隔离和可靠性。

引脚配置与功能

引脚分配

IM393 - M6F共有26个引脚，其中部分引脚为空引脚。各引脚的具体功能如下：	Pin	Name	Description
1	P	正母线输入电压
3	VS(W) / W	W相高侧浮动电源偏移电压 / W相输出
4	VB(W)	W相高侧浮动电源电压
6	VS(V) / V	V相高侧浮动电源偏移电压 / V相输出
7	VB(V)	V相高侧浮动电源电压
9	VS(U) / U	U相高侧浮动电源偏移电压 / U相输出
10	VB(U)	U相高侧浮动电源电压
12	VDD	低侧控制电源
13	VTH	温度监测
14, 15	COM	低侧控制负电源
16	ITRIP	过流保护输入
17	RFE	RCIN / 故障 / 使能
18 - 20	HIN(U, V, W)	U、V、W相高侧栅极驱动器输入
21 - 23	LIN(U, V, W)	U、V、W相低侧栅极驱动器输入
24 - 26	N(U, V, W)	U、V、W相低侧发射极

引脚功能详解

• HIN(U, V, W)和LIN(U, V, W)：这些引脚为正逻辑，负责控制集成IGBT。内部提供约4kΩ的下拉电阻，用于在电源启动时预偏置输入，并配备ESD二极管进行引脚保护。输入施密特触发器和噪声滤波器可有效抑制短输入脉冲的噪声。
• VDD和COM：VDD为低侧控制电源，为输入逻辑和输出功率级提供电源。输入逻辑以COM为参考地。欠压电路确保在电源电压达到典型值VDDUV + = 10.4V时，设备能够正常启动；当VDD电源电压低于VDDUv - = 9.4V时，IC将关闭所有栅极驱动器的功率输出，防止外部功率开关在导通状态下出现过低的栅极电压，从而避免过度功耗。
• VB(U, V, W)和VS(U, V, W)：VB到VS为高侧电源电压，高侧电路可随外部高侧功率器件发射极电压相对于COM浮动。由于功耗较低，浮动驱动器级由集成自举电路供电。欠压检测的上升阈值典型值为VBSUV + = 10.41V，下降阈值为VBSUV = 9.4V。VS(U, V, W)对COM具有较高的负电压耐受性，确保了在恶劣条件下的稳定设计。
• N(U, V, W)：低侧发射极可用于各相电流测量。为避免不必要的电感电压降，建议将其与COM引脚的连接尽可能短。
• VTH：模块内集成了一个UL认证的NTC热敏电阻，其一端连接到COM，另一端连接到VTH。当通过电阻上拉到VDD或3.3V等电源电压时，VTH引脚可提供与热敏电阻温度对应的模拟电压信号。
• RFE：RFE引脚集成了RCIN（基于RC网络的可编程故障清除定时器）、故障输出和使能输入三种功能。正常工作时，RcIN将RFE引脚拉至3.3V，使能IPM的所有功能；微控制器可将该引脚拉低以禁用IPM功能。当出现VDD欠压或ITRIP引脚电压高于VIT,TH +时，RFE引脚将被拉低以报告故障。可编程故障清除定时器功能可在故障条件消失后的预设时间（TFLT - CLR）自动重新启用模块操作。

电气参数

绝对最大额定值

类别	参数	符号	条件	值	单位
模块	工作结温	TJ	IGBT、二极管、HVIC	-40 ~ 150	°C
	工作壳温	TC		-40 ~ 125	°C
	储存温度	TSTG		-40 ~ 125	°C
	隔离测试电压	VISO	AC RMS，1分钟，60Hz	2000	V
逆变器	阻断电压	VCES	IGBT、二极管、HVIC	600	V
	直流母线电源电压（P - N）	VPN	施加于P和N之间	450	V
	直流母线电源电压（浪涌）（P - N）	VPN(surge)	施加于P和N之间	500	V
	输出电流	IO	TC = 25°C，TJ < 150°C	±10	A
	峰值输出电流	IO(peak)	TC = 25°C，TJ < 150°C，小于1ms	±15	A
	每个IGBT的功率损耗	Ptot		20	W
	短路耐受时间	TSC	TJ < 150°C，VDC = 360V，VGE = 15V	3	μs
控制	逻辑电源电压	VDD		-0.3 ~ 20	V
	输入电压	VIN	LIN、HIN、ITRIP、RFE	-0.3 ~ 20	V
	高侧浮动电源电压（VB参考VS）	VBS(U,V,W)		-0.3 ~ 20	V

热特性

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
单个IGBT热阻（结 - 壳）	RTH(J - C)	低侧V相IGBT（TC测量点见图6）	-	5.3	6.1	°C/W
单个二极管热阻（结 - 壳）	RTH(J - C)D	低侧V相二极管（TC测量点见图6）	-	6.6	7.7	°C/W

推荐工作条件

为确保设备正常工作，应在推荐条件下使用。所有电压均相对于COM绝对参考，VS偏移在所有电源偏置为15V差分的情况下进行测试。	参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
正直流母线输入电压	VDC		-	-	450	V
低侧控制电源电压	VDD		13.5	15	16.5	V
高侧浮动电源电压	VBS		12.5	15	17.5	V
输入电压	VIN	LIN、HIN、ITRIP、RFE	0	-	5	V
PWM载波频率	FPWM		-	20	-	kHz
COM和N之间的电压（包括浪涌）	VCOM		-5	-	5	V
HIN和LIN之间的外部死区时间	DT		1	-	-	μs
输入脉冲宽度	PW IN(ON)、PW IN(OFF)		1	-	-	μs

静态参数

逆变器

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
集电极 - 发射极饱和电压	VCE(ON)	IC = 5A	-	1.5	1.9	V
		IC = 5A，TJ = 150°C	-	1.7	-	V
集电极 - 发射极泄漏电流	ICES	VIN = 0V，VCE = 600V	-	10	80	μA
		VIN = 0V，VCE = 600V，TJ = 150°C	-	80	-	μA
二极管正向电压降	VF	IC = 5A	-	1.7	2.2	V
		IC = 5A，TJ = 150°C	-	1.6	-	V

控制

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
逻辑“1”输入电压	VIN,TH +	LIN、HIN、RFE	2.5	-	-	V
逻辑“0”输入电压	VIN,TH -	LIN、HIN、RFE	-	-	0.8	V
VDD / VBS电源欠压，正向阈值	VDD,UV + 、VBS,UV +		9.6	10.4	11.2	V
VDD / VBS电源欠压，负向阈值	VDD,UV - 、VBS,UV -		8.6	9.4	10.2	V
VDD / VBS电源欠压锁定迟滞	VDDUVH、VBSUVH		-	1	-	V
静态VBS电源电流	IQBS		-	-	150	μA
静态VDD电源电流	IQDD		-	-	3.2	mA
偏移电源泄漏电流	ILK	VS = 600V	-	-	50	μA
LIN、HIN的输入偏置电流	IIN +	VIN = 3.3V	-	825	1110	μA
RFE的输入偏置电流	IIN,RFE +	VREF = 3.3V	-	0	1	μA
ITRIP的输入偏置电流	ITRIP +	VITRIP = 3.3V	-	4	16	μA
ITRIP阈值电压	VITRIP		0.44	0.49	0.54	V
ITRIP输入迟滞	VITRIP,HYS		-	0.07	-	V
自举电阻	RBS		-	200	-	Ω
RFE低导通电阻	RRFE		-	50	100	Ω

动态参数

逆变器

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入到输出导通传播延迟	TON	IC = 5A，VDC = 300V			1.15	μs
输入到输出关断传播延迟		IC = 5A，VDC = 300V			1.15	μs
ITRIP到六个开关关断传播延迟	TITRIP	IC = 5A，VDC = 300V			1.5	μs
IGBT导通能量		VDC = 300V，IC = 5A，TJ = 25°C、150°C		170、250		μJ
IGBT关断能量	EOFF	VDC = 300V，IC = 5A，TJ = 25°C		70、110		μJ
二极管反向恢复能量	EREC	150°C		40		μJ
反向偏置安全工作区	RBSOA	VDC = 450V，VDD = +15V到0V	全方形

控制

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入滤波器时间（HIN、LIN、ITRIP）	TFILIN	VIN = 0或VIN = 5V		350		ns
输入滤波器时间（RFE）	TFILRFE	VRFE = 0或VRFE = 5V	100	200		ns
	TFLT		400	600		ns
内部注入死区时间	TDT	VIN = 0或VIN = 5V	190		420	ns
所有通道的匹配传播延迟时间（导通和关断）	MT	外部死区时间 > 420ns			50	ns

热敏电阻特性

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
电阻	R25	T = 25°C，±5%公差	44.65	47	49.35	kΩ
电阻	R125	T = 125°C	1.27	1.41	1.56	kΩ
B常数	B	25 - 50°C，R2 = R1e [B(1/T2 - 1/T1)]	3989	4050	4111	K
温度范围			-40	-	125	°C

机械特性与评级

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
热阻（壳 - 散热器）	RTH(C - S)	平整、涂有导热膏的表面，散热器化合物导热系数1W/mK	-	0.25	-	°C/W
比较跟踪指数	CTI		600	-	-	V
模块背面曲率	BKC		0	-	150	µm
安装扭矩	T	M3螺丝和垫圈	0.6	0.7	0.8	Nm
重量	W		-	5.7