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2024-08-16
來源：英飛凌工業半導體
大多數家用電器都使用馬達來操作其功能，例如在洗衣機中轉動滾筒，或在冰箱中壓縮冷媒。透過變頻技術來調節馬達是一種有效的高能效解決方案。
變頻技術需要使用適當的半導體解決方案。一種行之有效的方法是使用智慧功率模組（IPM）。將功率半導體和驅動電路整合到一個模組中，有助於系統設計人員提高系統可靠性。這種解決方案簡化了生產組裝工序，並且可以在硬體設計方面節省時間和精力。然而，這樣的緊湊型封裝整合也為散熱帶來了不小的難度。因此，至關重要的是使用高能效半導體來減少裝置內部的功率損耗。
英飛凌新開發的 CIPOS Mini IM523 經專門設計，適用於下列應用中控制三相電機：
這些高能效 IPM 基於英飛凌最先進的 600V 逆導型 RC-D2 IGBT 技術，它們採用 DIP 36x21 封裝，具備開放式射極。IM523 支援從 6A 到 17A 不等的多個電流等級，能夠為終端系統提供最合適的選擇。
對於家用電器而言，600V RC-D2 技術大大提高了性價比。這款智慧功率模組針對低功率驅動應用進行了最佳化，可實現低導通損耗和最低開關損耗。特別地，在高開關頻率應用中，IM523 系列可以提供業界最出色的開關損耗和卓越的能源效率。它的封裝專門針對需要良好的熱傳導和電隔離的功率應用而實現了改良，其封裝和塑封材料還具有更好的防潮性能。
CIPOS Mini IM523 IPM 具備整合式自舉電路，可簡化電路板佈線。歸功於其行業標準封裝，可以方便快速地對現有的 Mini IPM 進行設計轉換（引腳到引腳相容），而無需重新設計電路板，從而縮短了產品上市時間。
IM523 IPM 內部結構
它的整合式閘極驅動 IC 基於英飛凌最先進的絕緣體上矽（SOI）技術。這顆 SOI 閘極驅動器具備功能絕緣性能，其設計旨在優化 RC-D2 IGBT 元件的開關性能。它還提供了許多高級功能，如互鎖、欠壓閉鎖、過流保護、防止重複短路，以及透過內部濾波提高抗噪能力等。有了內部自舉二極體，便無需為高邊開關配備專門的二次電源電路，從而大大降低了總的系統物料成本。
這款 IPM 的真正與眾不同之處在於 600V RC-D2 逆導技術。逆導技術主要是將 IGBT 和續流二極體的功能整合到單顆晶片中。這種整合縮小了晶片的有效尺寸並降低了組裝成本。相較於前幾代逆導技術，RC-D2 更加結實耐用，di/dt 可控性也更好，從而降低了電磁噪音。
由於具有低 Qrr 特性，RC-D2 IGBT 的開關損耗比上一代逆導型 IGBT 降低了 50%。然而，性能的提升不能以犧牲結實耐用性為代價。運作過程中的系統故障可能會導致短路事件。所以，IPM 模組必須夠結實耐用，以免受到此類短路事件的影響。 RC-D2 開關具有優秀的短路安全工作區（SCSOA），因而可防止此類事件的發生。透過使用 RC-D2 技術，IM523 IPM 的短路峰值電流水準通常比前幾代產品降低了 20% 左右，同時還能保持與之相似的短路耐受時間。例如，如果短路持續時間小於 6μs，那麼，在控制電源電壓為 16.5V 條件下，IM523 IPM 可以安全地關閉峰值約為 60A 的短路電流。
性能評價
IM523 產品擁有更優化的電氣特性和熱特性，它們為系統性能更上層樓鋪平了道路。在 15kHz 開關頻率下，當變頻器輸出電流為 4A 時，這些智慧功率模組的功率損耗降低了 25%。
利用三相變頻系統，對 IM523 的熱性能進行了評估。將它與使用上一代 RC-IGBT 技術和傳統 IGBT 及二極體的模組進行了比較。為了評估每個解決方案的熱性能，測量了各個模組在實際工作條件下的外殼溫度。測量結果如圖 4 所示。
使用 RC-D2 的 IM523 IPM 在熱性能方面優於競爭對手。當輸出電流為 4.3A 時，採用上一代 RC-IGBT 技術的 IPM 的外殼溫度比 IM523 IPM 高出 5°C。由於其開關性能更好，在相同條件下，IM523 IPM 的外殼溫度比使用單獨的 IGBT 和二極體晶片的 IPM 低 2°C。
結語
全新 CIPOS Mini IM523 智慧功率模組系列是適用於變速馬達驅動應用的最佳化解決方案。它採用成熟的緊湊型雙列直插式傳遞模封裝，可實現更高能源效率。由於 RC-D2 開關的特性以及其 SOI 閘極驅動器的高級功能，這些產品可為 IPM 解決方案提供性能與結實耐用性兼顧的完美結合。
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