深入解析 onsemi NFAM2065L4BT 智能功率模塊
深入解析 onsemi NFAM2065L4BT 智能功率模塊
引言
在電子工程領(lǐng)域，智能功率模塊（IPM）對于電機(jī)驅(qū)動等應(yīng)用至關(guān)重要。onsemi 的 NFAM2065L4BT 是一款性能出色的 IPM，本文將對其進(jìn)行詳細(xì)解析，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。
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產(chǎn)品概述
NFAM2065L4BT 是一款完全集成的逆變器功率模塊，適用于驅(qū)動永磁同步（PMSM）電機(jī)、無刷直流（BLDC）電機(jī)和交流異步電機(jī)。它集成了獨立的高端柵極驅(qū)動器、LVIC、六個 IGBT 和一個溫度傳感器（VTS 或熱敏電阻 (T)）。IGBT 采用三相橋配置，下橋臂具有獨立的發(fā)射極連接，為控制算法的選擇提供了最大的靈活性。
特點
- 三相 650V、20A IGBT 模塊：具備獨立驅(qū)動器和有源邏輯接口，能滿足多種電機(jī)驅(qū)動需求。
- 內(nèi)置欠壓保護(hù)（UVP）：增強了模塊的穩(wěn)定性和可靠性，防止因電壓異常導(dǎo)致的損壞。
- 集成自舉二極管和電阻：簡化了電路設(shè)計，減少了外部元件的使用。
- 獨立的下側(cè) IGBT 發(fā)射極連接：可實現(xiàn)各相的獨立電流檢測，方便工程師進(jìn)行精確控制。
- 溫度傳感器：提供溫度監(jiān)測功能，有助于及時發(fā)現(xiàn)模塊過熱等問題。
- UL1557 認(rèn)證：符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，可應(yīng)用于對安全性要求較高的場合。
- 無鉛器件：符合環(huán)保要求。
應(yīng)用領(lǐng)域
該模塊適用于多種工業(yè)應(yīng)用，如工業(yè)驅(qū)動器、工業(yè)泵、工業(yè)風(fēng)扇和工業(yè)自動化等。
產(chǎn)品標(biāo)記與訂購信息
標(biāo)記圖
模塊的標(biāo)記位于封裝頂部，包含特定設(shè)備代碼、組裝批次代碼、組裝位置、測試位置、年份和工作周等信息。
訂購信息
NFAM2065L4BT 采用 DIP39 封裝，尺寸為 31.0x54.5（無鉛），每盒 90 個。
引腳功能描述
| 該模塊共有 39 個引腳，各引腳功能如下： | 引腳 | 名稱 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 1 | VS(U) | U 相 IGBT 驅(qū)動的高端偏置電壓地 | |
| (2) | - | 虛設(shè)引腳，用于內(nèi)部連接，應(yīng)不連接 | |
| 3 | VB(U) | U 相 IGBT 驅(qū)動的高端偏置電壓 | |
| 4 | VDD(UH) | U 相 IC 的高端偏置電壓 | |
| (5) | - | 虛設(shè)引腳 | |
| 6 | HIN(U) | 高端 U 相的信號輸入 | |
| 7 | VS(V) | V 相 IGBT 驅(qū)動的高端偏置電壓地 | |
| (8) | - | 虛設(shè)引腳 | |
| 9 | VB(V) | V 相 IGBT 驅(qū)動的高端偏置電壓 | |
| 10 | VDD(VH) | V 相 IC 的高端偏置電壓 | |
| (11) | - | 虛設(shè)引腳 | |
| 12 | HIN(V) | 高端 V 相的信號輸入 | |
| 13 | VS(W) | W 相 IGBT 驅(qū)動的高端偏置電壓地 | |
| (14) | - | 虛設(shè)引腳 | |
| 15 | VB(W) | W 相 IGBT 驅(qū)動的高端偏置電壓 | |
| 16 | VDD(WH) | W 相 IC 的高端偏置電壓 | |
| (17) | - | 虛設(shè)引腳 | |
| 18 | HIN(W) | 高端 W 相的信號輸入 | |
| (19) | - | 虛設(shè)引腳 | |
| 20 | VTS | LVIC 溫度傳感單元的電壓輸出 | |
| 21 | LIN(U) | 低端 U 相的信號輸入 | |
| 22 | LIN(V) | 低端 V 相的信號輸入 | |
| 23 | LIN(W) | 低端 W 相的信號輸入 | |
| 24 | VFO | 故障輸出 | |
| 25 | CFOD | 故障輸出持續(xù)時間選擇電容 | |
| 26 | CIN | 電流保護(hù)輸入 | |
| 27 | VSS | 低端公共電源地 | |
| 28 | VDD(L) | 用于 IC 和 IGBT 驅(qū)動的低端偏置電壓 | |
| (29) | - | 虛設(shè)引腳 | |
| (30) | - | 虛設(shè)引腳 | |
| 31 | NW | U 相的負(fù)直流母線輸入 | |
| 32 | NV | V 相的負(fù)直流母線輸入 | |
| 33 | NU | W 相的負(fù)直流母線輸入 | |
| 34 | W | U 相的輸出 | |
| 35 | V | V 相的輸出 | |
| 36 | U | W 相的輸出 | |
| 37 | P | 正直流母線輸入 | |
| 38 | VTH | 熱敏電阻偏置電壓 (T) / 不連接 | |
| 39 | RTH | 熱敏電阻（溫度檢測）的串聯(lián)電阻（T 可選） |
絕對最大額定值
| 在使用該模塊時，需要注意其絕對最大額定值，超過這些值可能會損壞設(shè)備。以下是部分重要的額定值： | 額定值 | 符號 | 條件 | 值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 電源電壓 | VPN | P - NU, NV, NW | 450 | V | |
| 電源電壓（浪涌） | VPN(Surge) | P - NU, NV, NW | 550 | V | |
| 自保護(hù)電源電壓限制（短路保護(hù)能力） | VPN(PROT) | VDD = VBS = 13.5 V ~ 16.5 V, Tj = 150 °C, Vces < 650 V, 非重復(fù)，< 2 us | 400 | V | |
| 集電極 - 發(fā)射極電壓 | Vces | - | 650 | V | |
| 最大重復(fù)反向電壓 | VRRM | - | 650 | V | |
| 每個 IGBT 集電極電流 | ± Ic | - | ± 20 | A | |
| 每個 IGBT 集電極電流（峰值） | ± Icp | 1 ms 脈沖寬度下 | ± 40 | A | |
| 控制電源電壓 | VDD | VDD(UH,VH,WH), VDD(L) - VSS | -0.3 至 20 | V | |
| 高端控制偏置電壓 | VBS | VB(U) - VS(U), VB(V) - VS(V), VB(W) - VS(W) | -0.3 至 20 | V | |
| 輸入信號電壓 | VIN | HIN(U), HIN(V), HIN(W), LIN(U), LIN(V), LIN(W) - VSS | -0.3 至 VDD | V | |
| 故障輸出電源電壓 | VFO | VFO - VSS | -0.3 至 VDD | V | |
| 故障輸出電流 | IFO | VFO 引腳的灌電流 | 2 | mA | |
| 電流傳感輸入電壓 | VCIN | CIN - VSS | -0.3 至 VDD | V | |
| 集電極耗散功率 | Pc | 每芯片 | 96 | W | |
| 工作結(jié)溫 | Tj | - | -40 至 +150 | °C | |
| 存儲溫度 | Tstg | - | -40 至 +125 | °C | |
| 模塊外殼工作溫度 | Tc | - | -40 至 +125 | °C | |
| 隔離電壓 | Viso | 60 Hz，正弦波，交流 1 分鐘，連接引腳到散熱板 | 2500 | V rms |
熱特性
| 模塊的熱特性對于其性能和可靠性至關(guān)重要。以下是相關(guān)熱阻參數(shù)： | 額定值 | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 結(jié)到外殼熱阻（逆變器 IGBT 部分，每 1/6 模塊） | Rth(j - c)Q | - | - | - | 1.3 | °C/W | |
| 結(jié)到外殼熱阻（逆變器 FWDi 部分，每 1/6 模塊） | Rth(j - c)F | - | - | - | 2.4 | °C/W |
推薦工作范圍
| 為了確保模塊的正常工作和可靠性，建議在以下范圍內(nèi)使用： | 額定值 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 電源電壓 | VPN | - | 300 | 400 | V | |
| VDD | VDD(UH,VH,WH),VDD(L) - VSS | 13.5 | - | - | V | |
| VBS | - | 15 | 18.5 | - | V | |
| PWM 頻率 | - | 1 | - | 20 | kHz | |
| DT | - | 1.5 | - | - | us | |
| 允許的均方根電流 | lo | P.F. = 0.8, fPWM = 15 kHz | 1 | 15.4 | - | A |
電氣特性
驅(qū)動部分
| 參數(shù) | 測試條件 | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 靜態(tài) VDD 電源電流 | VDD(UH,VH,WH) = 15 V, HIN(U,V,W) = 0 V | IQDDH | - | - | 0.30 | mA |
| VDD(L) = 15 V, LIN(U, V, W) = 0 V | IQDDL | - | - | 3.50 | mA | |
| 工作 VDD 電源電流 | VDD(UH, VH, WH) = 15 V, fPWM = 20 kHz, Duty = 50%, 應(yīng)用于高端一個 PWM 信號輸入 | IPDDH | - | - | 0.40 | mA |
| VDD(L) = 15 V, fPWM = 20 kHz, Duty = 50%, 應(yīng)用于低端一個 PWM 信號輸入 | IPDDL | - | - | 6.00 | mA | |
| 靜態(tài) VBS 電源電流 | VBS = 15 V, HIN(U, V, W) = 0 V | IQBS | - | - | 0.30 | mA |
| 工作 VBS 電源電流 | VDD = VBS = 15 V, fPWM = 20 kHz, Duty = 50%, 應(yīng)用于高端一個 PWM 信號輸入 | IPBS | - | - | 5.00 | mA |
| 導(dǎo)通閾值電壓 | HIN(U, V, W) - VSS, LIN(U, V, W) - VSS | VIN(ON) | 2.6 | - | - | V |
| 關(guān)斷閾值電壓 | - | VIN(OF) | 0.8 | - | - | V |
| 短路跳閘電平 | VDD = 15 V, CIN - VSS | VCIN(ref) | 0.46 | 0.48 | 0.50 | V |
| 電源電路欠壓保護(hù)檢測電平 | - | UVDDD | 10.3 | - | 12.5 | V |
| 復(fù)位電平 | - | UVDDR | 10.8 | - | 13.0 | V |
| 檢測電平 | - | UVBSD | 10.0 | - | 12.0 | V |
| 復(fù)位電平 | - | UVBSR | 10.5 | - | 12.5 | V |
| LVIC 溫度傳感單元的電壓輸出 | VTS - VSS = 10 nF, 溫度 = 25°C | VTS | 0.905 | 1.030 | 1.155 | V |
| 故障輸出電壓 | VDD = 0 V, CIN = 0 V, VFO 電路：10 k 上拉至 5 V | VFOH | 4.9 | - | - | V |
| VDD = 0 V, CIN = 1 V, VFO 電路：10 k 上拉至 5 V | VFOL | - | - | 0.95 | V | |
| 故障輸出脈沖寬度 | CFOD = 22 nF | tFOD | 1.6 | 2.4 | - | ms |
自舉部分
| 參數(shù) | 測試條件 | 符號 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 自舉二極管正向電壓 | If = 0.1 A | VF | 3.4 | 4.6 | 5.8 | V |
| 內(nèi)置限流電阻 | - | RBOOT | 30 | 38 | 46 | Ω |
熱敏電阻特性
| 參數(shù) | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| 電阻 | Tc = 25°C | 46.530 | - | - | kΩ |
| - | 1.344 | 1.406 | 1.471 | - | |
| B 常數(shù)（25 - 50°C） | - | 4009.5 | 4050 | 4090.5 | K |
機(jī)械尺寸
NFAM2065L4BT 采用 DIP39 封裝，尺寸為 54.50x31.00x5.60，引腳間距為 1.78P。具體尺寸參數(shù)可參考文檔中的機(jī)械尺寸圖。
總結(jié)
onsemi 的 NFAM2065L4BT 智能功率模塊具有集成度高、性能可靠、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。電子工程師在設(shè)計電機(jī)驅(qū)動等相關(guān)電路時，可以充分利用其特點，提高設(shè)計的效率和質(zhì)量。但在使用過程中，務(wù)必注意其絕對最大額定值和推薦工作范圍，以確保模塊的正常運行和長期可靠性。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似模塊的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。
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