应用的需求和技术的进步使得IPM(智能功率模块)近几年发展很快,更多的家用电器、工业设备使用了更节能、更有效率的电机控制方案,对于3KW及以下功率级的电机控制应用,IPM的选择是有一些考虑的。
我们将对如下公司的IPM进行参考对比:
Fairchild: FSBB20CH60B
Mitsushiba: PS21964-S, PS22054
Sanken: SSM1003M, SCM1105MF, SCM1110MF
工作电压和额定电流 电网电压作为电机应用环境之一,IPM的工作电压是首选参数。虽然IPM有一个IGBT的击穿电压或极限工作电压的参数,但实际的工作电压比它们还要低些,这可以理解为电子元件工作参数的冗余。
IPM |
工作电压(V) |
适应电网(V) |
额定电流 |
FSBB20CH60B |
DC 400V |
AC 100V~250V |
20A |
PS21964-S |
15A |
||
PS22054 |
DC 800V |
AC 400V |
|
SSM1003M |
DC 400V |
AC 110V~250V |
|
SCM1105MF |
|||
SCM1110MF |
极限工作频率 电机控制系统会以不同的电力载波频率运行,其选择将影响到系统EMC特性,开关损耗以及环境音频噪声。在满足系统性能的前提下,选取较低的开关频率是有益的。极限工作频率展示了IPM可以运行的载波频率范围。
IPM |
极限工作频率(HZ) |
FSBB20CH60B |
20K |
PS21964-S |
20K |
PS22054 |
15K |
SSM1003M |
18K |
SCM1105MF |
10K |
SCM1110MF |
20K |
饱和压降 这一参数将影响到系统的导通损耗。由于IGBT的工艺不同,这一参数有一些差异。
IPM |
Max Saturation Voltage@(25°C & Ie ) |
FSBB20CH60B |
2.0V |
PS21964-S |
2.2V |
PS22054 |
3.4V |
SSM1003M |
2.6V |
SCM1105MF |
2.2V |
SCM1110MF |
2.6V |
控制电压 电机控制系统会使用不同的MCU、DSP、CPLD/FPGA,而中小功率的IPM可以直接由控制IC驱动,而不必使用光耦。因此要考虑IPM的控制电压范围。可以看到,大多数IPM都可以应用在3.3V逻辑系统中。
IPM |
Min VIH |
Max VIL |
FSBB20CH60B |
2.8V |
0.8V |
PS21964-S |
2.1V |
1.3V |
PS22054 |
2.0V |
0.8V |
SSM1003M |
4.0V |
1.0V |
SCM1105MF |
2.5V |
0.8V |
SCM1110MF |
漏极结构与过流保护 越来越多的电机控制应用使用了磁场定向控制(FOC),FOC需要测量电机的相电流。与隔离的霍尔电流传感器相比,采用Shunt电阻来测量相电流将会更有成本优势。三相IGBT桥的低侧IGBT漏极分为两种引出方式,即三合一引出和三漏极分别引出。即使是三合一的引出方式,使用单一的shunt和先进的控制算法,也可以使用FOC;过流保护也是通过漏极shunt来监测IGBT电流的,有的IPM具有分别监测三相IGBT电流的能力。
IPM |
三漏极分别引出 |
分别监测三相电流 |
FSBB20CH60B |
Yes |
no |
PS21964-S |
yes |
no |
PS22054 |
yes |
no |
SSM1003M |
no |
no |
SCM1105MF |
yes |
yes |
SCM1110MF |
yes |
yes |
dead time IPM容许的最小dead time由IPM内部的IGBT及其驱动电路决定。系统运行时较小的dead time是有利的。
IPM |
dead time |
FSBB20CH60B |
2.0μs |
PS21964-S |
1.5μs |
PS22054 |
3.3μs |
SSM1003M |
2.5μs |
SCM1105MF |
1.5μs |
SCM1110MF |
2.0μs |
自举二极管 出于成本考虑,IPM的三相IGBT桥的高侧IGBT通常采用自举浮充电方式来为其提供驱动电压,内置的自举二极管和限流电阻将使系统更为紧凑、可靠。
IPM |
内置的自举二极管 |
内置的限流电阻 |
FSBB20CH60B |
yes |
no |
PS21964-S |
no |
no |
PS22054 |
no |
no |
SSM1003M |
no |
no |
SCM1105MF |
yes |
yes |
SCM1110MF |
yes |
yes |
输入保护 IPM都有内置的上/下拉电阻,用来保证MCU在Reset等不确定阶段时,IPM处于安全的状态。有的IPM还具有输入互锁功能,具备了更高的可靠性。
IPM |
内置电阻 |
输入互锁 |
FSBB20CH60B |
5.0K |
no |
PS21964-S |
3.3K |
no |
PS22054 |
2.5K |
no |
SSM1003M |
100K/650K |
no |
SCM1105MF |
yes |
|
SCM1110MF |
yes |
热阻 IPM的更低的热阻特性将更有利于系统的热设计,它是系统的一个可靠性指标。
IPM Max Rth(j-c)Q Max Rth(j-c)F FSBB20CH60B 2.0°C/W 3.0°C/W PS21964-S 3.0°C/W 3.9°C/W PS22054 1.76°C/W 2.41°C/W SSM1003M 3.79°C/W 5.43°C/W SCM1105MF 3.0°C/W 4.0°C/W SCM1110MF
结构 IPM的外型结构将影响到系统的电气安全性,在系统设计之初就要考虑。
Note:
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