介绍了一种针对低功率驱动器优化的 PFC+逆变器 IPM（智能）。三相逆变器和单个升压 PFC 级集成在一个小型 DIL（双列直插式）传递模塑型封装中，并带有 SOI（绝缘体上硅）栅极驱动器。使用此 IPM，可以大大减小系统的尺寸和成本
　　概述 新型 IPM 的内部电路由逆变器级和 PFC 级组成。三相逆变器级具有六个额定电压为 600V 的 TRENCHSTOPTM IGBT 和六个发射极控制，以及一个提供集成自举电路的 SOI 栅极驱动器 IC 和用于温度监控的。PFC 级由一个额定电压为 650V 的TRENCHSTOPTM IGBT和一个具有快速和软开关特性的快速开关发射极控制二极管组成（图 1）。　　内部电路

　　图 1：内部电路
　　降低成本
　　最小化总成本是系统工程师在开发新型电机驱动器时最重要的考虑因素。不仅 IPM 本身、散热器和 PCB 等材料成本，而且开发上市时间也是总成本的主要因素。
　　小型化传递模塑封装（封装尺寸和结构）　　图 2 显示了高集成度 IPM 的封装轮廓。该 IPM 采用紧凑尺寸的英飞凌科技 CIPOSTM（控制集成电源系统）迷你封装，尺寸为 21 毫米 x 36 毫米 x 3.1 毫米。新 IPM 已获得 UL 认证（UL 1557 文件 E314539），并符合 RoHS 标准。

　　外观
　　图 2：外部视图　　采用具有良好导热性的DCB（直接铜键合）基板作为高热性能基板。图 3 显示了新 IPM 的横截面图。所有主要热源（如 IGBT 和二极管）都安装在 DCB 上，以充分利用此封装的传热能力。因此，即使封装尺寸非常紧凑，新 IPM 也可以成为高达 3kW 电机驱动器的绝佳解决方案 [1]。

　　横截面视图
　　图 3：横截面视图
　　散热器和 PCB 尺寸
　　所有功率半导体元件（即、用于 PFC 的分立 IGBT、分立升压二极管和用于电机驱动的 IPM）通常都安装在一个散热器上，以便散热。图 4 显示了通过将分立功率半导体和驱动器集成到一个封装中，可以减少 PCB 和散热器的尺寸，并简化组装过程 [2]。　　分离式 PFC 和逆变器 IPM 解决方案 全新 IPM 解决方案

　　4a：分立式 PFC 和逆变器 IPM 解决方案

　　4b：全新 IPM 解决方案
　　发展速度加快
　　在系统开发过程中，电路设计、图稿和 PCB 组装需要花费大量时间（参考板，图 5 和 6）。为了减少此过程所花费的时间，并快速确定新 IPM 是否可以运行电机，我们开发了一个参考板。运行电机所需的最小外围设备安装在板上，其他外围设备（如 PWM 信号、+5/+15V 直流电源、PFC 电感器、DC 链路器）可通过与参考板的电线连接从板外使用。
　　额定电压为 650V 的 PFC 级
　　英飞凌科技根据其 PFC IGBT 特性开发了两种产品。它们是用于 20kHz 开关频率的 High Speed 3 (HS3) 和用于 40kHz 开关频率的 TRENCHSTOPTM 5 (TS5)，如表 1 所列。英飞凌的快速发射极控制二极管经过优化，可与 TRENCHSTOPTM IGBT 一起用作 PFC 拓扑中的升压二极管。它结合了低 VF 以降低传导损耗和低 Irr 以降低 IGBT 的 Eon [3]。所有功率器件的额定电压均为 650V，并且它针对不稳定的交流电网提供了更高的可靠性和耐用性 [4]。

　
　　图 5b：参考板结构背面　　参考板应用示例

　　图6：参考板应用示例

　　逆变级特点
　　逆变器级具有多种功能，可确保逆变器的安全运行。这些功能可通过坚固的 SOI 栅极驱动器和热敏电阻来实现。
　　VBS=15V 时允许信号传输的负 VS 电位最高可达 -11V
　　集成引导功能
　　所有通道均欠压锁定
　　预防交叉传导
　　保护期间所有 6 个开关均关闭
　　过流关断
　　温度监控器
　　过流保护
　　新型 IPM 监控 ITRIP 引脚电压，当电压超过 VIT、TH+（正向阈值电压）时，将激活故障信号，并关闭所有 6 个 IGBT。最大过流跳闸水平通常设置为额定集电极电流的 2 倍以下 [5]。　　过流保护时序图

　　图7：过流保护时序图
　　过温保护　　为了实现过温保护，该 IPM 中集成了一个热敏电阻。25°C 时电阻通常为 85kΩ，100°C 时电阻通常为 5.4kΩ（图 8）。

　　热敏电阻阻值与温度　　图 8：热敏电阻阻值与温度的关系

　　如图 9 所示，VFO 引脚直接连接到微控制器的 ADC 和故障检测端子，因为热敏电阻与具有开漏配置的故障输出端子并联。例如，当上拉电阻 R1 为 3.6kΩ 时，VFO 电压在约 100°C 时为 2.95Vtyp。Vcrt=5V 时，Vcrt=3.3V 时为 1.95V，如图 10 所示。
　　热评估
　　图 11 是测试电路和测量波形，显示了测试系统在输入功率为 2kW 时评估热性能的运行状态。运行条件为 PFC 控制器 = ICE2PCS05G、输入功率 PIN = 2kW、交流输入电压 VIN = 220V/60Hz、直流母线电压 VDC = 400V、逆变器开关频率 = 5kHz、PFC 开关频率 = 20kHz、RL 负载（R = 13.75Ω、L = 2.96mH、功率因数 = 0.99）、MI = 0.69、栅极电阻 Rg = 5.1Ω、环境温度 Ta = 25°C。被测设备为 IFCM15S60GD。输入功率因数约为 0.995，THD 约为 9.78%。　　过温保护电路

　　图9：过温保护电路　　VFO 电压与温度

　　图 10：VFO 电压与温度
　　新型IPM的测试电路及波形，测试电路　　图 11a：新型 IPM 的测试电路和波形，测试电路

　　新型IPM的测试电路及波形

　　图11b：新型IPM的测试电路和波形，波形　　PFC IGBT位置的外壳温度最高点约为67.5°C，高于逆变器部分的外壳温度。IFCM15S60GD足以应对2kW以上的功率。

　　新型IPM（IFCM15S60GD）的温度测量点和测试结果，温度测量点
　　图 12a：新型 IPM（IFCM15S60GD）的温度测量点和测试结果，温度测量点　　新型IPM（IFCM15S60GD）的温度测量点及测试结果、温度图

　　图12b：新型IPM（IFCM15S60GD）的温度测量点和测试结果，温度图