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英飞凌低功率驱动的“功率因数校正+正弦波逆变器”IPM尺寸进一步缩小方案

选用这款新的IPM,正弦波逆变器体系的尺度和本钱能够大大下降。
概观
新式IPM的内部电路由正弦波逆变器级和PFC级所组成。三相正弦波逆变器级具有六个600V额外值的TRENCHSTOPTM IGBT和六个发射极操控二极管,以及一个SOI栅极驱动器IC,其供给集成自举电路和用于温度监测的热敏电阻。PFC级由一个650V额外的TRENCHSTOPTM IGBT和一个具有快速和软开关特性的快速开关发射极操控二极管组成(图1)。
英飞凌低功率驱动的“功率因数校正+正弦波逆变器”IPM尺寸进一步缩小方案

图1:内部电路

下降本钱
总本钱最小化是正弦波逆变器体系工程师在开发新电机驱动时最重要的考虑因素。不仅是考虑到IPM自身的资料本钱,还要加上散热片和PCB等资料本钱,乃至是产品开发的上市时刻,都是核算总本钱的首要因素。
小型化传输模制式封装(封装尺度和结构)
具有高度集成的新式IPM封装外形如图2所示。新式IPM选用紧凑尺度的英飞凌科技CIPOSTM(操控集成電源正弦波逆变器体系)小型封装,僅有21mm x 36mm x 3.1mm的大小,新的IPM契合UL认证(UL 1557 File E314539)和RoHS规范。
英飞凌低功率驱动的“功率因数校正+正弦波逆变器”IPM尺寸进一步缩小方案

图2:外部视图

具有杰出导热性的基板选用DCB(直接铜接合)技能,被使用于高热功用的基板上。图3显现了新IPM的截面图,如IGBT和二极管等一切首要的热源都装置在DCB上,以充分使用该封装的传热才能。因而,即便封装尺度十分紧凑,新的IPM也能够成为高达3kW电机驱动器的优异解决方案[1]。
英飞凌低功率驱动的“功率因数校正+正弦波逆变器”IPM尺寸进一步缩小方案

图3:截面图

散热片和PCB尺度

一切的功率半导体元件(例如桥式整流器,用于PFC的分立IGBT,分立升压二极管和用于电机驱动的IPM)一般装置在一个散热器上以便于散热。图4显现了能够削减的PCB和散热器尺度的量,以及经过将分立功率半导体和驱动器集成到一个封装中,并能够简化拼装进程[2]。

(a) 离散PFC和正弦波逆变器IPM解决方案

(b) 新的IPM解决方案

图4:散热器上的装置装备
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(a 前面)           
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(b 背面)            

开发速度更快(参阅板,图5和图6)

新的电路设计,图稿和PCB组件在正弦波逆变器体系开发进程中需求花费许多时刻。为了削减在此进程中花费的时刻,并快速断定新的IPM是否能够运转电机,现已开宣布参阅板了。操作电机的最小外设可装置在电路板上,其他像是PWM信号,+5 / +15V直流电源,PFC电感,直流链电解电容,都可使用从电路板外部经过电线来连接至参阅板。

图5:参阅板结构
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图6:参阅板的使用实例
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650V额外PFC级

英飞凌科技依据其PFC IGBT特性开宣布两种产品,它们是20kHz开关频率的High Speed 3(HS3)和用于40kHz开关频率的TRENCHSTOPTM 5(TS5),如表1所列。英飞凌的快速发射极操控二极管被优化为在PFC拓扑中,與作为升压二极管的TRENCHSTOPTM IGBT一起作业,它结合了低VF以下降传导损耗和低Irr以削减IGBT的Eon [3]。一切功率器材具有650V的额外电压,而且对不稳定的沟通电网供给了更高的可靠性和耐用性[4]。
英飞凌低功率驱动的“功率因数校正+正弦波逆变器”IPM尺寸进一步缩小方案

表1:产品阵型,额外值和目标切换频率

正弦波逆变器級的特色
正弦波逆变器級具有多种正弦波逆变器安全运转功用。这些功用能够经过巩固的SOI栅极驱动器和热敏电阻来完成。
•  在VBS=15V时信号传输答应高达-11V的负VS电位
• 集成引导功用
•一切通道都可欠压闭锁
• 预防穿插传导
•  在维护期间将一切六个开关封闭
•  过电流关机
•   温度监视器

过电流维护
新的IPM监控ITRIP引脚的电压,当电压超越VIT,TH+(正向阈值电压)时,毛病信号被激活,一切六个IGBT都会被封闭。最大过电流断路电平一般设定为额外集电极电流的两倍以下[5]。
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图7:过电流维护时刻表
过温维护

关于过温维护功用,热敏电阻现已集成在该IPM中。电阻在25℃时一般为85kΩ,在100℃时电阻为5.4kΩ(图8)。
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图8:热敏电阻与温度的联系

如图9所示,VFO引脚与微操控器的ADC和毛病检测端子直接连接,因为热敏电阻与具有开漏装备的毛病输出端并联。例如,当上拉电阻R1在约100℃時为3.6kΩ,VFO电压在Vcrt=5V時为2.95V(典型值),在Vcrt=3.3V時則為1.95V,如图10所示。
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图9:过温维护电路
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图10:VFO电压与温度的联系

热评价
图11是测验电路和丈量波形,显现了测验正弦波逆变器体系的运转状况,用于评价输入功率为2kW的热功用。作业条件为PFC操控器=ICE2PCS05G,输入电源PIN=2kW,沟通输入电压VIN=220V/60Hz,直流链路电压VDC=400V,正弦波逆变器开关频率=5kHz,PFC开关频率=20kHz,R-L负载(R = 13.75Ω,L = 2.96mH,功率因数=0.99),MI=0.69,栅极电阻器栅极电阻器Rg=5.1Ω,环境温度Ta=25℃。被测设备是IFCM15S60GD,输入功率因数约为0.995,THD约为9.78%。
(a. 测验电路)
(b. 波形)
英飞凌低功率驱动的“功率因数校正+正弦波逆变器”IPM尺寸进一步缩小方案

图11:新IPM的测验电路和波形

在PFC IGBT方位下的外壳温度为最高点约为67.5℃,高于正弦波逆变器部件。IFCM15S60GD足以敷衍超越2kW的功率。
(a. 温度丈量点)
(b. 温度图)
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图12:新式IPM(IFCM15S60GD)的温度丈量点和测验成果

总结
新的智能功率模块是用于如室内空调变速电机驱动的正弦波逆变器和PFC拓扑结构的最佳解决方案。英飞凌科技具有一切必要的技能,并致力于为客户供给完成紧凑型和高效率的解决方案,然后最大限度地削减正弦波逆变器体系尺度,总本钱和上市时刻。

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