工业设备逆变器的绝佳CP：智能功率模块

安森美半导体 2020-08-21 00:00

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智能功率模块(Intelligent Power Module, IPM)是一种先进的功率开关器件，适应了当今功率器件的发展方向—模块化、复合化和集成化(PIC)，在电力电子领域得到了越来越广泛的应用。

本文将为您介绍IPM的特性，以及安森美半导体(ON Semiconductor)所推出的IPM产品。

高度集成的IPM是逆变器的好搭档

智能功率模块(IPM)一般使用高速、低功率的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为功率开关组件，内部集成电流传感器、保护电路，及门级驱动电路的集成结构。

IPM以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动、变频家电的一种非常理想的电力电子器件。

IPM把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且内部还集成逻辑、控制和过电压、过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU，

它由高速低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成，使用起来方便，不仅减小了系统的体积以及开发时间，也大大增强了系统的可靠性，即使发生负载事故或使用不当，也可以保证IPM自身不受损坏。

IPM其中的IGBT是GTR（大功率晶体管）和MOSFET（场效应晶体管）的复合，由MOSFET驱动GTR，因而IGBT具有两者的优点。

GTR具备高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点，以及MOSFET高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。

IPM与以往IGBT模块及驱动电路的组件相比，

IPM内含驱动电路，设定了最佳的IGBT驱动条件，驱动电路与IGBT间的距离很短，输出阻抗很低，因此，不需要加反向偏压。

IPM内含过电流(OC)保护、欠电压(UV)保护等功能，确保系统能够稳定运作。

安森美半导体在功率半导体领域居业界领导地位，推出了多款IPM产品，以下将为您介绍用于工业设备的部分重点产品。

属于SPM31系列的NFAM1012L5B(1200 V、10 A)与NFAM2012L5B(1200 V、20 A)是支持完全集成的逆变器电源模块，由独立的高端栅极驱动器、低压集成电路(LVIC)，以及六个IGBT和温度传感器(LVIC的TSU)组成，适用于驱动永磁同步(PMSM)电动机、无刷直流(BLDC)电动机和交流异步电动机。

IGBT在三相桥中进行配置，并为下管脚提供单独的发射极连接，以在选择控制算法时提供最大的灵活性。功率级具有欠压锁定保护(UVP)，内部升压二极管用于高端栅极升压驱动。

NFAM1012L5B/NFAM2012L5B具备主动逻辑接口，内置UVP，集成自举二极管和电阻，并拥有单独的低侧IGBT发射极连接，用于每个相的单独电流感测，具有温度传感器(LVIC的TSU输出)，符合UL认证，并是无铅器件。

此外，SPM31系列还有许多支持不同功率、特性近似的器件，

包括NFAM2065L4B(650 V、20 A)、NFAM3065L4B(650 V、30 A)与NFAM5065L4B(650 V、50 A)，

可供客户依据不同规格需求来选择。

属于SPM49系列的NFAL5065L4B(650 V、50 A)与NFAL7565L4B(650 V、75 A)智能电源模块，可为交流感应、BLDC和PMSM电机提供功能齐全的高性能逆变器输出级。

这些模块集成了内置IGBT的优化栅极驱动器，以最大程度地降低EMI和损耗，同时还提供多种模块上保护功能，包括欠压锁定、过流关断、温度检测和故障报告。

内置的高速高压集成电路(HVIC)仅需一个电源电压，即可将输入的逻辑电平栅极输入转换为高压、大电流驱动信号，以正确驱动模块的内部IGBT。

每个相都有独立的IGBT负极端子，以支持最广泛的控制算法。

SPM31 / SPM49系列包含用于栅极驱动和保护的控制集成电路，具备低损耗、短路电流耐受能力IGBT，使用具备极低热阻的Al2O3 DBC（覆铜陶瓷）基板，内置自举二极管／电阻，以及与低侧IGBT分开的开路发射极引脚，用于三相电流感测，通过集成式感应IGBT进行可调的过流保护，绝缘额定值为2500 Vrms/1分钟，符合UL认证与RoHS要求。

属于DIP-S6系列的NFAQ0860L36T(600 V、8 A)与NFAQ1060L36T(600 V、10 A)是完全集成的逆变器功率级，由高压驱动器，六个IGBT和一个热敏电阻组成，适用于驱动PMSM电动机、BLDC电动机和交流异步电动机。

IGBT配置在一个三相桥中，每个桥臂的下桥臂有单独的发射极连接，以在选择控制算法时提供最大的灵活性。

功率级具有全方位的保护功能，包括交叉传导保护、外部停机和欠压锁定功能。

内部比较器和连接到过电流保护电路的基准电压源，允许设计人员设置过电流保护水平。

NFAQ0860L36T/NFAQ1060L36T带集成驱动器，采用DBC基板，

NFAQ0860L36T在8 A时的典型值为VCE(sat)= 2.4V、VF = 2.1V、ESW = 280 µJ，

NFAQ1060L36T在10 A时的典型值为VCE(sat)= 1.9V、VF = 2.4V、ESW = 400 µJ，

均采用紧凑的29.6毫米x 18.2毫米双列直插式封装，具备可调过流保护等级，集成自举二极管和电阻器，以及用于基板温度测量的热敏电阻，内置欠压保护、交叉传导保护、关机销，通过ITRIP输入可关闭所有IGBT，模块底部至引脚端仅有3.4mm的短引线长度，并符合UL1557认证。

NFAQ0860L36T/NFAQ1060L36T采用的DBC基板具有良好的散热性（低热阻），使用最新技术来优化损耗，并有良好的EMI，通过紧凑的封装减小PCB尺寸，可调过电流保护水平，集成了多功能，具有紧凑设计、优化成本的特性，通过嵌入式NTC热敏电阻器，可以更精确地测量模块温度，模块与PCB的组装更加紧密，以减少振动应力。