SD20M60AC

SD20M60AC 说明书 智能功率模块 600V/20A 3相全桥驱动 描述 SD20M60AC 是高度集成、高可靠性的 3 相无刷直流电机驱动电路， 主要应用于较低功率的变频驱动，如空调、洗碗机、工业缝纫机等。其 内置了 6 个低损耗的 IGBT 管和 3 个高速半桥高压栅极驱动电路。 SD20M60AC 内部集成了欠压、短路、过温等各种电路，提供了优 异的保护和宽泛的安全工作范围。由于每一相都有一个独立的负直流端， 其电流可以分别单独检测。 SD20M60AC 采用了高绝缘、易导热的设计，提供了非常紧凑的封 装体，使用非常方便，尤其适合要求紧凑安装的应用场合。 主要特点  内置 6 个 600V/20A 的低损耗 IGBT；  内置高压栅极驱动电路；  内置欠压保护和过温、过流保护；  内置自举二极管  完全兼容 3.3V 和 5V 的 MCU 的接口，高电平有效；  3 个独立的负直流端用于变频器电流检测的应用；  报警信号：对应于低侧欠压保护和短路保护；  封装体采用 DBC 设计，热阻极低；  绝缘级别：2500Vrms/min 应用  空调压缩机  冰箱压缩机  低功率变频器  工业缝纫机 产品规格分类 产品名称 封装形式 打印名称 材料 包装 SD20M60AC DIP-27H SD20M60AC 无铅 料管 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 版本号：1.1 共 13 页 第 1 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 内部框图 VBW 19 VCCH 18 INWH 17 VCC OUT COM IN VS W 27 26 VSW 20 VBV 15 VCCH 14 INVH 13 VB VCC OUT COM VS V IN 25 VSV 16 VBU 11 VCCH 10 INUH 9 VB VCC OUT COM VS U IN 24 VSU 12 CSC 8 CFOD 7 P VB VFO 6 INWL 5 INVL 4 INUL 3 COM 2 VCCL 1 CSC OUTWL CFO NW 23 VFO INWL OUTVL NV INVL 22 INUL OUTUL COM VSL NU VCC 21 极限参数 参 数 符号 参数范围 单位 VPN 450 V VPN(Surge) 500 V VCES 600 V IC 20 A ICP 40 A PC 69 W 控制电源电压 VCC 20 V 高侧控制电压 VBS 20 V 输入信号电压 VIN -0.3~17 V 故障输出电源电压 VFO -0.3~VCC+0.3 V 逆变部分 加在PN之间的直流母线电压 加在PN之间的直流母线电压（浪涌） 集电极和发射极之间的电压 单个IGBT集电极持续电流，TC=25°C 单个IGBT集电极尖峰电流，TC=25°C， 脉冲宽度小于1毫秒 每个模块最大集电极耗散功率，TC=25°C 控制部分 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 版本号：1.1 共 13 页 第 2 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 参 数 符号 参数范围 单位 IFO 5 mA VSC -0.3~VCC+0.3 V VPN(PROT) 400 V TC -40~125 °C 存储温度范围 TSTG -40~150 °C 每个IGBT的结到外壳的热阻 RθJCQ 1.8 °C/W 每个FRD的结到外壳的热阻 RθJCF 2.7 °C/W 绝缘电压 60赫兹，正弦，1分钟，连接管脚到散热器 VISO 2500 Vrms 安装扭矩 安装螺丝：-M3，推荐值0.62N.m T 0.5~0.8 N.m 自举二极管正向电流（TC=25°C） IF 0.5 A 自举二极管正向峰值电流（TC=25°C，1ms脉冲宽度） IFP 2.0 A 故障输出电流 VFO管脚的灌电流 电流检测脚的输入电压 整体系统 短路保护的限制电压点 VCC=VBS=13.5~16.5V, TJ=150°C, 单次且小于2微秒 模块外壳工作温度 限制条件：-40°C≤TJ≤150°C 推荐工作条件 参 数 符号 额定值 最小值 典型值 最大值 单位 PN之间母线电压 VPN - 300 400 V 控制电源电压 VCC 13.5 15 16.5 V 高侧控制电压 VBS 13.5 15 16.5 V 控制电压的波动 dVcc/dt dVBS/dt -1 - 1 V/μs 输入开启阈值电压 VIN(ON) 3.0 - VCC V 输入关闭阈值电压 VIN(OFF) 0 - 0.6 V 防止桥臂直通的死区时间 VCC=VBS=13.5~16.5V, TJ≤25°C Tdead 2.0 - - μs PWM开关频率 fPWM - - 20 KHz 电流检测脚电压 VSEN -4 - 4 V 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 版本号：1.1 共 13 页 第 3 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 电气特性参数(除非特别说明，Tamb=25°C，VCC=VBS=15V) 逆变部分 参数 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 集电极-发射极之间的饱和电压 VCE(SAT) - - 2.2 V - - 2.2 V tON - 0.85 - μs tC(ON) - 0.20 - μs tOFF - 0.63 - μs - 0.15 - μs - 0.06 - μs - 0.50 - μs - 0.20 - μs tOFF - 0.25 - μs tC(OFF) - 0.15 - μs trr -- 0.06 - μs - - 1 mA VCC=VBS=15V, VIN=5V IC=20A, TJ = 25°C VF FRD正向电压 高侧 VIN=0V, IF=20A, TJ = 25°C tC(OFF) VPN = 300V, VCC = VBS = 15V, IC = 20A, VIN = 0V←→ 5V, 感性负载 详见图1所示 trr 开关时间 tON tC(ON) 低侧 集电极-发射极之间的漏电流 ICES VCE=VCES VIN VIN Irr 100% Ic 100% IC VCE IC 10% VCE 10% IC 10% of IC 10% of VCE IC VCE tC(ON) tON tC(OFF) trr tOFF (b)关闭过程 (a)开启过程 图 1. 开关时间定义 控制部分 参数 VCC 静态电流 VBS 静态电流 故障输出电压 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 IQCCL VCC=15V,VINL=0V VCCL-COM之间 - - 28 mA IQCCH VCC=15V,VINH=0V VCCH-COM之间 - - 600 μA IQBS VBS=15V,VINH=0V VBU-VSU,VBV-VSV, VBW - VSW - - 500 μA VFOH VSC=0V,VFO 上拉4.7KΩ电阻到5V 4.5 - - V VFOL VSC=1V,VFO 上拉4.7KΩ电阻到5V - - 0.8 V 故障输出脉宽 tFO CFO=33nF (备注1) 1.0 1.8 - ms 短路跳闸电平 VSC(ref) VCC=15V (备注2) 0.45 0.5 0.55 V 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 版本号：1.1 共 13 页 第 4 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 参数 符号 过温保护点 过温保护迟滞 低侧欠压保护(图4) 高侧欠压保护(图5) 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 TSD LVIC上的温度 - 160 - °C ΔTSD LVIC上的温度 - 10 - °C UVCCD VCC检测电平 10.2 11.1 12.0 V UVCCR VCC复位电平 10.8 11.7 12.6 V UVBSD VBS检测电平 10.2 11.2 12.2 V UVBSR VBS复位电平 10.9 11.9 12.9 V 2.8 - - V - - 0.9 V 导通阈值电压 VIH 逻辑高 关断阈值电压 VIL 逻辑低 输入和COM之间 -6 备注 1: 故障输出脉宽 tFO 取决于 CFOD，CFO=18.3×10 ×tFO[F] 备注 2: 短路保护只对低侧有效 自举二极管部分（除非特别说明，适用于每个自举二极管） 参数 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 正向电压 VF IF=0.1A, TC=25°C - 2.5 - V 反向恢复时间 trr IF=0.1A, TC=25°C - 80 - ns 内置自举二极管 VF-IF 特性 1.0 0.9 0.8 IF(A) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 TC=25°C 0.1 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 VF(V) 注：电阻特性：等效电阻：~ 15Ω。 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 版本号：1.1 共 13 页 第 5 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 管脚排列图 1 VCCL 2 COM 3 INUL 4 INVL 5 INWL 6 VFO 7 CFOD 8 CSC 9 INUH NU 21 NV 22 NW 23 U 24 10 VCCH 11 VBU 12 VSU 壳温（TC）检测点 V 25 13 INVH 14 V CCH 15 VBV 16 VSV W 26 17 INWH 18 V CCH 19 VBW 20 VSW 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn DBC衬底 P 27 版本号：1.1 共 13 页 第 6 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 管脚描述 管脚编号 管脚名称 I/O 1 VCCL I/O 电源电压用于低侧栅极驱动电路 2 COM I/O 模块公共地 3 INUL I U相低侧信号输入 4 INVL I V相低侧信号输入 5 INWL I W相低侧信号输入 6 VFO O 故障输出 7 CFOD I/O 接电容，用于调整故障输出持续时间 8 CSC I/O 接电容，用于短路电流检测输入及低通滤波 9 INUH I 10 VCCH I/O 电源电压用于高侧栅极驱动电路 11 VBU I/O U相高侧IGBT驱动悬浮供电电压 12 VSU I/O U相高侧IGBT驱动悬浮供电地 13 INVH I 14 VCCH I/O 电源电压用于高侧栅极驱动电路 15 VBV I/O V相高侧IGBT驱动悬浮供电电压 16 VSV I/O V相高侧IGBT驱动悬浮供电地 17 INWH I 18 VCCH I/O 电源电压用于高侧栅极驱动电路 19 VBW I/O W相高侧IGBT驱动悬浮供电电压 20 VSW I/O W相高侧IGBT驱动悬浮供电地 21 NU I/O U相直流负端 22 NV I/O V相直流负端 23 NW I/O W相直流负端 24 U O U相输出 25 V O V相输出 26 W O W相输出 27 P I/O 直流正端 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 描 述 U相高侧信号输入 V相高侧信号输入 W相高侧信号输入 版本号：1.1 共 13 页 第 7 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 开关损耗 开关损耗（典型值） 开关损耗（关断）与集电极电流的关系 开关损耗（开启）与集电极电流的关系 700 1100 TJ=25°C TJ=150°C 900 开关损耗 – ESW(OFF)(µJ) 开关损耗 – ESW(ON)(µJ) 1000 800 700 600 500 400 300 VCE=300V VCC=15V VIN=5V 200 100 TJ=25°C TJ=150°C 600 500 400 300 200 VCE=300V VCC=15V VIN=5V 100 0 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 22 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 集电极电流 – IC (A) 集电极电流 – IC (A) 图 2. 开关损耗特性 控制时序说明 低侧控制输入信号 a6 保护电路状态 置位 a7 复位 a4 IGBT栅极-发射极间电压 a3 a2 SC 输出电流 a1 a8 SC参考电压 分流电阻感应电压 CR时间常数延迟 故障输出信号 a5 （包含外部分流电阻和CR 连接） a1：正常工作：IGBT 导通，并且加载负载电流。 a2：短路电流检测（SC 触发器） 。 a3：IGBT 门极硬中断。 a4：IGBT 关断。 a5：故障输出定时器开始工作：故障输出信号的脉冲宽度是由外部电容CFO设定。 a6：输入"L"：IGBT 处于关断状态。 a7：输入"H"：IGBT 处于导通状态，但是在故障输出起作用期间，IGBT不导通。 a8：IGBT 处于关断状态 图 3. 短路电流保护时序图（只适合于低侧） 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 版本号：1.1 共 13 页 第 8 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 输入信号 保护电路状态 复位 置位 复位 UVCCR 电源电压 b6 b1 UVCCD b3 b2 b7 b4 输出电流 b5 故障输出信号 b1：电源电压上升到UVCCR，电路在下一个输入波形来临的时候开始动作。 b2：正常动作：IGBT开启并加载电流。 b3：欠压检测点(UVCCD). b4：不管输入是什么信号，IGBT都是关闭状态。 b5：开始输出故障指示信号。 b6：欠压复位 (UVCCR)。 b7：正常工作：IGBT导通，并且加载负载电流。 图 4. 欠压保护时序图（低侧） 输入信号 保护电路状态 复位 置位 复位 UVBSR 电源电压 c5 c1 UVBSD c3 c6 c2 c4 输出电流 故障输出信号 高电平（无故障信号输出） c1：电源电压上升到UVBSR 后，等到下一个输入信号时，电路才开始动作。 c2：正常工作：IGBT 导通，并且加载负载电流。 c3：欠压检测(UVBSD)。 c4：不管控制输入条件如何，IGBT都关断，但没有故障输出信号。 c5：欠压复位(UVBSR) c6：正常工作：IGBT 导通，并且加载负载电流 图 5. 欠压保护时序图（高侧） 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 版本号：1.1 共 13 页 第 9 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 5V-Line IPM RPF=4.7kΩ 100Ω INUH, INVH, INWH MCU 100Ω INUL, INVL, INWL 100Ω VFO 1nF CPF=1nF 1nF 1nF COM 说明： 每个输入端子的RC耦合，要根据PWM控制方案及其PCB的连线阻抗而改变。IPM的输入端有5K的下拉电阻，实际使用外部滤波电阻的时 候需注意输入信号在输入端的电压降。 图 6. 推荐的 MCU 输入输出连接电路 15V-Line 单通道 P 0.1µF VCC IN 22µF VB OUT COM VS VCC 1µF IN 1000µF 驱动输出 VB OUT COM VSL N 说明： 1、 自举电容的大小需根据 PWM 控制方案而改变； 2、 VCC-COM 之间的瓷片电容要求大于 1μF，且要求安装地尽量靠近功率模块的管脚位置。 图 7. 推荐的自举电路及参数设置 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 版本号：1.1 共 13 页 第 10 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 典型应用电路图 15V line (27) (19) VB (18) CBSC CBS Rin WH (17) Cin CBS (13) CBS CBSC Rin (25) M CDCS Vdc VB VCC COM (9) OUT (24) VS (12) 5V line MCU RF CSC RPF (8) CFO (7) RBPF (6) Rin (5) Rin (4) Rin (3) WL Cin VS IN Cin CBPF OUT COM IN (10) UL VCC (16) (11) VL (28) VB CBSC Rin Cin Fault VS (20) (14) UH COM IN (15) VH VCC OUT Cin Cin CSC (23) RSW (22) RSV (21) RSU VFO (2) CPF OUTWL CFO (1) INWL OUTVL INVL INUL COM VCC OUTUL VSL CSP15 CSPC15 RFW W相电流 短路保护信号输入 RFV V相电流 RFU U相电流 CFW CFV CFU 备注: (1) (2) 各个输入管脚的连线尽量短一点，否则可能引起误动作； 输入信号为高电平有效，在HVIC中每个通道的输入端都有一个5KΩ的电阻下拉到地；另外可在输入端增加RC滤波电路来 预防不正确输入引起的浪涌噪声，Rin Cin的时间常数选择在50～150nS，并且Cin不要小于1nF（推荐Rin=100Ω , Cin=1nF） ； (3) 为防止浪涌损坏，PN之间建议加一个高频非感性平缓电容，容值在0.1~0.22μF，电容的连线要尽量短； (4) 电流检测电阻与IPM之间的连线要尽量短，来防止连线电感产生大的浪涌电压损坏IPM； (5) 15V电源输入端最好加一个至少7倍于自举电容CBS（自举电容建议大于1μF）的滤波电容； (6) 各个外接电容安放得尽量靠近IPM的管脚； (7) VFO输出级开路，需外接4.7kΩ电阻上拉到5V 电源； (8) VFO故障输出脉宽tFO 取决于CFO，CFO=18.3×10 ×tFO[F]，若CFOD = 33 nF，则tFO = 1.8ms （典型值） ； (9) 在短路保护电路中，请将RF、CSC 的时间常数选定在1.5~2 μs 的范围内，同时RF 和CSC 周围的连线要求尽可能的短。 -6 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 版本号：1.1 共 13 页 第 11 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 封装外形图 DIP-27H 单位：mm Lead Pitch:± 0.30 0.70 A:1.778 0.70 R0.70 13.4 C:2.531 7.90 B:2.050 Center Package Package Center R0.70 27.90± 0.30 Package Center 11.90± 0.30 4.10± 0.30 1.30 Package Center R1.65 20.00 26.80 3.10 44.00 5.50 (1.553) (2.760) (2.760) 0.50 12.00± 0.15 5° 3°~ 40.00± 0.15 Package Center Package Center (2.306) 7.90 13.40 2x4.0± 0.30=8.00 19.694±0.30 20.447±0.30 19.240±0.30 19.240±0.30 4x7.62± 0.30=30.48 7.00 1.50 Package Center 0.70 4-0.80 3-0.80 4-1.30 3-1.30 4-3.20Max 3-2.00Max 声明：  士兰保留说明书的更改权，恕不另行通知！客户在下单前应获取最新版本资料，并验证相关信息是否完整和最 新。  任何半导体产品特定条件下都有一定的失效或发生故障的可能，买方有责任在使用 Silan 产品进行系统设计和整 机制造时遵守安全标准并采取安全措施，以避免潜在失败风险可能造成人身伤害或财产损失情况的发生！  产品提升永无止境，我公司将竭诚为客户提供更优秀的产品！ 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 版本号：1.1 共 13 页 第 12 页 SD20M60AC 说明书 士兰微电子 产品名称： SD20M60AC 文档类型： 说明书 版 权： 杭州士兰微电子股份有限公司 公司主页： http: //www.silan.com.cn 版 本： 1.1 作 者： 陈颜 作 者： 唐李明 修改记录： 1. 版 增加内置自举二极管，Vs 与输出管脚 UVW 内部连接 本： 1.0 修改记录： 1. 正式发布版本 杭州士兰微电子股份有限公司 http: //www.silan.com.cn 版本号：1.1 共 13 页 第 13 页