IRSM836 - 044MA集成功率模塊：小身材大能量，助力家電電機驅(qū)動

在電子工程師的設(shè)計生涯中，為家電電機驅(qū)動尋找合適的功率模塊是一項關(guān)鍵任務(wù)。今天，我們就來深入探討國際整流器公司（International Rectifier）推出的IRSM836 - 044MA集成功率模塊（IPM），看看它如何在小尺寸下實現(xiàn)高性能，為家電電機驅(qū)動應(yīng)用帶來新的解決方案。

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1. 模塊概述

IRSM836 - 044MA是一款專為先進家電電機驅(qū)動應(yīng)用而設(shè)計的4A、250V集成功率模塊，適用于節(jié)能風(fēng)扇和泵等設(shè)備。它采用了國際整流器公司的低 $R_{DS(on)}$ 溝槽MOSFET技術(shù)和行業(yè)基準(zhǔn)的三相高壓、堅固驅(qū)動器，集成在一個小巧的PQFN封裝中，尺寸僅為12x12mm，還具備集成自舉功能，非常適合空間受限的應(yīng)用場景。此外，該模塊還集成了過流保護、故障報告和欠壓鎖定功能，提供了高水平的保護和故障安全操作，并且無需散熱片即可工作。

2. 模塊特性

2.1 集成功能

• 集成柵極驅(qū)動器和自舉功能：簡化了設(shè)計，減少了外部元件的使用。
• 用于腿部分流電流檢測的開源：方便進行電流檢測和控制。
• 保護關(guān)斷引腳：在出現(xiàn)故障時能夠及時切斷電路，保護模塊和設(shè)備。

2.2 高性能MOSFET

• 低 $R_{DS(on)}$ 溝槽MOSFET：降低了導(dǎo)通電阻，減少了功率損耗，提高了效率。
• 所有通道的欠壓鎖定：確保在電壓不足時模塊能夠正常工作，避免損壞。
• 所有通道的匹配傳播延遲：保證了信號的同步性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 優(yōu)化設(shè)計

• 優(yōu)化的dV/dt：在損耗和電磁干擾（EMI）之間進行了權(quán)衡，減少了EMI的影響。
• 3.3V施密特觸發(fā)有源高輸入邏輯：提高了輸入信號的抗干擾能力。
• 交叉導(dǎo)通防止邏輯：避免了上下橋臂同時導(dǎo)通，提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.4 功率范圍和隔離

• 電機功率范圍可達~150W，無需散熱片：適用于中小功率的電機驅(qū)動應(yīng)用。
• 最小隔離電壓1500VRMS：提供了良好的電氣隔離，保證了使用安全。

3. 電氣特性

3.1 絕對最大額定值

了解模塊的絕對最大額定值對于正確使用和保護模塊至關(guān)重要。以下是一些關(guān)鍵參數(shù)：

• MOSFET阻斷電壓（$BVDSS$）：最大為250V，超過此電壓可能會導(dǎo)致MOSFET損壞。
• 直流輸出電流（$IO$）：在 $T = 25°C$ 時，每個MOSFET的最大直流輸出電流為4A。
• 脈沖輸出電流（$IOP$）：最大可達16A，但需注意脈沖寬度和占空比。
• 最大功耗（$Pd$）：在 $TC = 25°C$ 時，每個MOSFET的最大功耗為22W。
• 隔離電壓（$VISO$）：最小為1500VRMS，可提供1分鐘的隔離保護。

3.2 推薦工作條件

為了確保模塊的正常工作和性能，應(yīng)在推薦的工作條件下使用。例如：

• 正直流母線輸入電壓（$V+$）：最大為200V。
• 低側(cè)和邏輯電源電壓（$VCC$）：范圍為 - 0.3V至20V。
• 輸入電壓（$VIN$）：范圍為 $VSS - 0.3V$ 至 $VCC + 0.3V$。

3.3 靜態(tài)和動態(tài)電氣特性

模塊的靜態(tài)和動態(tài)電氣特性決定了其在不同工作條件下的性能。例如，在靜態(tài)特性方面，$BVDss$ 在 $TJ = 25°C$ 時為250V，$ILKH$ 和 $ILKL$ 分別表示高側(cè)和低側(cè)FET的泄漏電流；在動態(tài)特性方面，$TON$ 和 $TOFF$ 分別表示輸入到輸出的導(dǎo)通和關(guān)斷傳播延遲時間。

4. 故障報告和可編程故障清除定時器

IRSM836 - 044MA提供了集成的故障報告輸出和可調(diào)的故障清除定時器。當(dāng)出現(xiàn) $VCC$ 欠壓或 $ITRIP$ 引腳檢測到故障時，模塊會通過 $FLT$ 引腳報告故障。故障清除定時器可以在故障條件消失后的預(yù)設(shè)時間自動重新啟用模塊操作。通過在 $RCin$ 引腳上使用簡單的電阻 - 電容（RC）網(wǎng)絡(luò)來定義故障清除定時器，設(shè)計人員可以根據(jù)需要調(diào)整故障清除時間。

5. 典型應(yīng)用連接和注意事項

5.1 應(yīng)用連接

在實際應(yīng)用中，需要注意以下幾點：

• 電容安裝：電解總線電容器應(yīng)盡可能靠近模塊總線端子安裝，以減少振鈴和EMI問題。此外，在模塊引腳附近安裝額外的高頻陶瓷電容器可以進一步提高性能。
• 去耦電容：在 $VCC - VSS$ 和 $VB1,2,3 - VS1,2,3$ 端子之間連接的電容器應(yīng)靠近模塊引腳，以提供良好的去耦效果。建議使用0.1μF的高頻電容器。
• 自舉電容器選擇：自舉電容器的值取決于開關(guān)頻率，應(yīng)根據(jù)國際整流器公司的應(yīng)用筆記AN - 1044進行選擇。
• PWM發(fā)生器控制：在故障期間必須禁用PWM發(fā)生器，以確保系統(tǒng)關(guān)閉。在恢復(fù)操作之前，必須清除過流條件。

5.2 電流能力和PCB設(shè)計

模塊的電流能力受多種因素影響，如PCB布局、環(huán)境溫度、最大PCB溫度、調(diào)制方案和PCB銅厚度等。在設(shè)計PCB時，應(yīng)注意有效利用銅平面面積，以降低熱阻。例如，對于FR4 PCB，使用較厚的銅層和/或額外的層可以降低 $R_{th(J - A)}$。

6. 總結(jié)

IRSM836 - 044MA集成功率模塊以其小巧的尺寸、高性能的電氣特性和豐富的保護功能，為家電電機驅(qū)動應(yīng)用提供了一個優(yōu)秀的解決方案。作為電子工程師，在設(shè)計過程中，我們需要充分了解模塊的特性和參數(shù)，合理進行電路設(shè)計和PCB布局，以確保模塊的正常工作和系統(tǒng)的可靠性。你在使用類似功率模塊時遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。