华微斯帕克 SPE20S60N-D 说明书 Control 智能功率模块 Part 600V/20A 3 相全桥驱动 主要功能及额定参数 : 600V/20A 三相直流转交流逆变器 内置低损耗沟道栅 - 场截止型 IGBT 下臂 IGBT 发射极输出 内置自举二极管 应用 : 空调压缩机 冰箱压缩机

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1 华微斯帕克 Control 智能功率模块 Part 600V/20A 3 相全桥驱动 主要功能及额定参数 : 600V/20A 三相直流转交流逆变器 内置低损耗沟道栅 场截止型 IGBT 下臂 IGBT 发射极输出 内置自举二极管 应用 : 空调压缩机 冰箱压缩机 低功率变频器 工业缝纫机 DIP29 特点 : IGBT 驱动 : 增强型输入滤波, 上下臂互锁, 高速 600V 电平转换, 电源欠压保护, 短路 ( 过流 ) 保护 故障信号 : 对应于短路 ( 过流 ) 和 VP1 电源欠压故障 输入接口 : 兼容 3.3V&5V 输入信号, 高电平有效 模块内部电路图 VUFS VUFB VS1 VB1 NC P VP1 UP VCC HIN(U) HO1 U VVFS VVFB VS2 VB2 VP1 VP VWFS VWFB VP1 WP HIN(V) VS3 VB3 HIN(W) HO2 HO3 V W VNO UN VN WN FO VOT CIN VNC VN1 NTC LIN(U) LIN(V) LIN(W) FAULT VOT ITRIP LO1 LO2 LO3 NU NV NW 图 1: 内部电路图 1 / 11 修改日期 :

2 管脚说明 图 2: 引脚图 管脚编号 管脚名称 管脚描述 1 VUFS U 相上臂驱动电源 GND 端子 2 VUFB U 相上臂驱动电源端子 3 VP1 控制电源端子 4 UP U 相上臂控制信号输入端子 5 VVFS V 相上臂驱动电源 GND 端子 6 VVFB V 相上臂驱动电源端子 7 VP1 控制电源端子 8 VP V 相上臂控制信号输入端子 9 VWFS W 相上臂驱动电源 GND 端子 10 VWFB W 相上臂驱动电源端子 11 VP1 控制电源端子 12 WP W 相上臂控制信号输入端子 13 VNO 控制电源 GND 端子 14 UN U 相下臂控制信号输入端子 15 VN V 相下臂控制信号输入端子 16 WN W 相下臂控制信号输入端子 17 FO 故障输出端子 18 NC 无连接 19 CIN 短路保护触发电压检测端子 20 VNC 公共地 21 VN1 控制电源端子 22 NW W 相下臂 IGBT 发射极端子 23 NV V 相下臂 IGBT 发射极端子 24 NU U 相下臂 IGBT 发射极端子 25 W W 相输出端子 26 V V 相输出端子 27 U U 相输出端子 28 P 逆变器直流输入端子 29 NC 无连接 2 / 11 修改日期 :

3 最大额定值 (Tj= 25 C, 除非特殊说明 ) 逆变部分记号 项目 条件 额定值 单位 V CC 电源电压 应用于 P NU, NV, NW 之间 450 V V CC(Surge) 电源电压 ( 含浪涌 ) 应用于 P NU, NV, NW 之间 500 V V CES 集电极 发射极间电压 600 V ± I C 集电极电流 T C = 25 C(Tc 测试参考图 3) 20 A ± I CP 集电极电流 ( 峰值 ) T C= 25 C, 脉冲宽度小于 1ms 40 A P C 集电极功耗 T C = 25 C, 单晶片 78 W Tj 结温 ( 见备注 1) 40 ~ +150 C 备注 1:IPM 功率晶片最大额定结温为 175 C(@ 表面温度 T C 100 C) 然而, 为了确保 IPM 运行安全, 结温应限定于 Tj(av) 150 C (@ 表面温度 Tc 100 C) 控制部分 记号 项目 条件 额定值 单位 V DB 应用于 VUFBUUFS, VVFBVVFS, VWFB 上桥臂控制电源电压 17.5 V WWFS 之间 V D 控制电源电压 应用于 VP1 VNC 之间 17.5 V V IN 输入信号电压 应用于 UP, VP, WP, UN,VN,WNVNC 之间 1~10 V V FO 故障输出电压 应用于 FO VNC 之间 0.5~VD+0.5 V I FO 故障输出电流 FO 端子吸入电流值 1.5 ma V SC 电流检测端输入电压 应用于 CIN VNC 之间 0.5~VD+0.5 V 全系统记号 项目 条件 额定值 单位 V CC(PROT) 电源电压自己保护范围 ( 短路 ) V D = V DB = 13.5 ~ 16.5V Tj= 150 C, 无重复, 时间小于 2us 400 V Tc 模块正常工作壳体温度 20 Tj 150 C 20 ~ +100 C Tstg 贮存温度 40 ~ +150 C Viso 绝缘耐压 正弦波 60Hz,AC 1 分钟, 在插脚和散热片之间 2500 Vrms 图 3: 壳温测试位置图 3 / 11 修改日期 :

4 热阻记号 项目 条件 最小值 典型值 最大值 单位 Rth(jc)Q 单个 IGBT 元件 1.6 C/W 结点到壳的热阻 Rth(jc)F 单个 FRD 元件 2.8 C/W 电气特性 (Tj= 25 C, 除非特殊说明 ) 逆变部分 记号项目条件最小值典型值最大值单位 V CE(sat) V D = V DB = 15V V IN = 5V, I C =20A, Tj= 25 C V 集电极与发射极间饱和电压 V D = V DB = 15V V IN = 5V, I C =20A, Tj= 125 C 2.05 V V F FWD 正向导通电压 V IN = 0V,I C =20A, Tj = 25 C 1.5 V t ON 0.78 μs t C(ON) t OFF t C(OFF) 开关时间 ( 备注 2) V CC = 300V, V D = V DB = 15V I C =20A V IN = 0V 5V, 感性负载 μs μs μs t rr 0.2 μs E on 开通损耗 I C = 20A, V CC = 400V, V D μj =V DB=15V,R G = 22Ω, L = E off 关断损耗 200μH, L S = 150nH μj I CES V CE= V CES Tj= 25 C 75 μa 集电极到发射极漏电流 V CE= V CES Tj= 125 C 1 ma 备注 2:t ON 和 t OFF 包括驱动 I C 内部传输延迟时间 t C(ON) 和 t C(OFF) 是 IGBT 自身被内部给定门极驱动条件下的开关时间 详见图 4 图 4: 开关时间定义 4 / 11 修改日期 :

5 控制部分 记号 项目 条件 最小值 典型值 最大值 单位 I D I DB V FOH V D = 15V V D 静态电流 VP1VNC ma V IN = 5V V DB = 15V UFB U, VFB V, V DB 静态电流 μa V IN = 5V WFB W Vsc = 0V, FO 脚通过 10K 电阻上拉至 4.9 V 故障输出电压 5V V FOL Vsc =1V, I FO=1.5mA 0.3 V Vsc,TH+ 短路正向触发阙值 V D = 15V V Vsc,TH 短路负向触发阙值 V D= 15V V UV DD 触发电平 UV DR 复位电平 电源欠压保护控制 UV DBD 触发电平 V UV DBR 复位电平 Ron,FLT 故障低有效阻抗 I=1.5mA ohm T FO 故障输出脉冲宽度 μs 输入信号滤过时间 t FIL,IN t CINMIN (UP/VP/WP, V IN = 0 V & 5 V ns UN/VN/WN) CIN 输入信号滤过时间 V IN = 0 V or 5 V,V CIN = 5 V ns V IN(ON) 开启阙值电压应用于 UP,VP,WP,UN,VN,WN 和 VNC V IN(OFF) 关断阙值电压之间 V V F BSD 正向电压 I F=10mA 包含电压 V R BSD BSD 限流电阻 VF1=4V, VF2=5V ohm 推荐工作条件 记号 项目 条件 数值最小值典型值最大值 单位 V cc 电源电压 应用于 P NU, NV, NW 之间 V V D 控制电源电压 应用于 VP1 VNC 之间 15 V V DS 应用 VUFBVUFS,VVFBVVFS, 上臂控制电源电压 15 V VWFBVWFS 之间 t dead 死区时间各桥臂输入对应, Tc<=100 1 μs f PWM PWM 20 Tc +100 PWM 频率 20 khz 20 Tj +150 ON 0.7 μs 最小输入信号脉冲宽度 OFF 0.7 μs Tj 结温 / 11 修改日期 :

6 机械特性 数值 参数 条件 最小值 典型值 最大值 单位 安装扭矩 螺丝钉尺寸 :M N m 设计平面度 见图 um 重量 7 g 图 5: 平面度检测位置 应用指南增强型输入滤波增强型滤波器能够改善 HVIC 内部模块的输入 / 输出脉冲的一致性及有助于滤除尖峰干扰信号和窄脉冲, 如下图 6 和图 7 是经典型输入滤波器和增强型输入滤波器演示图 Eg.2 Eg.2 Eg.1 Eg.1 图 6: 典型输入滤波 图 7: 增强型输入滤波 6 / 11 修改日期 :

7 保护功能时序图 图 8: 直通保护 备注 3:HO 和 LO 为内部 HVIC 门极输出信号 图 9: 欠压保护时序图 ( 低侧 ) a1 : 电源电压上升 : 当该电压上升到欠压恢复点, 在下一个欠压信号被执行前该线路将启动运行 a2 : 正常运行 : IGBT 开启并加载电流 a3 : 欠压检测点 (UV Dt) a4 : 不管输入是什么信号,IGBT 都是关闭状态 a5 : 故障输出开启 a6 : 欠压恢复 (UV Dr) a7 : 正常运行 : IGBT 导通并加载负载电流 7 / 11 修改日期 :

8 图 10: 欠压保护时序图 ( 高侧 ) b1 : 电源电压上升 : 当该电压上升到欠压恢复点, 在下一个欠压信号被执行前该线路将启动运行 b2 : 正常运行 : IGBT 导通并加载负载电流 b3 : 欠压检测 (UV DBt) b4 : 不管输入是什么信号,IGBT 都是关闭状态 b5 : 欠压恢复 (UV DBr) b6 : 正常运行 : IGBT 导通并加载负载电流 输入 / 输出接口电路 图 11: 推荐的 MCU 输入输出接口电路 备注 4: 由于 PWM 的控制方式和实际应用电路的阻抗及线路板的阻抗,RC 去耦可能会有变化 备注 5: 逻辑输入要和标准的 CMOS 或 LSTTL 输出相匹配 8 / 11 修改日期 :

9 短路电流保护时序图 图 12: 短路电流保护时序图 ( 只适合于低侧 ) ( 通过外部分流电阻连接 ) c1 : 正常运行 : IGBT 导通载流 c 2 : 短路电流检测 (CIN 触发器 ). c3 : IGBT 门极被强制关断. c4 : IGBT 关断 c5 : 故障输出定时器开始运行 : 故障输出信号的脉冲宽度是由外部电容 CFO 设定 c6 : 输入 L : IGBT 关闭 c7 : 输入 H : IGBT 开通, 但是故障信号作用期间, IGBT 不导通 c8 : IGBT 关断 分流电阻接线 图 13: 旁路电阻接线注意事项 9 / 11 修改日期 :

10 典型应用电路图 图 14: 典型应用电路 备注 6: 输入驱动高有效 ;IC 内部集成有一个 5kΩ( 典型值 ) 下拉电阻 ; 为防止发生误动作, 输入布线应尽可能短 ; 当用 RC 去耦线路时, 须确保输入信号达到开启和关断阙值电压范围 备注 7: 由于模块内置了专用 HVIC, 其控制端子可与 CPU 端子直接相连, 而不需要任何光耦或变压器等隔离电路 备注 8: 自举电路负极应直接连接到 U V W 的端 备注 9:FO 是漏极开路型, 其信号线应通过一个约 10kΩ 的上拉电阻上拉到 +5V/3.3V 电源 备注 10: 为防止误保护,A B C 连线应尽可能短 备注 11: 保护线路 R3 C7 的时间常数建议选取在 1~2uS 关断时间可能随着布线的不同而多少有些变化 建议 R3 C7 选择小 容差, 温度补偿类型 备注 12: 所有电容的位置尽可能的靠近 IPM 备注 13: 为了防止噪声干扰, 储能电容与 P&N1 之间的引线应尽可能的短, 推荐在 P&N1 端子之间加约 0.1~0.22uF 的 MLCC 低频滤波电容 备注 14: 如果控制地通过 PCB 走线被连接到功率地, 控制信号可能会受到功率地的起伏的影响, 推荐使用单点连接 10 / 11 修改日期 :

11 外形封装图 单位 :mm 图 15: 封装外形图 11 / 11 修改日期 :

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