PS21A79

三菱半導体〈インテリジェントパワーモジュール〉
PS21A79
トランスファーモールド形
絶縁形
PS21A79
主回路構成及び定格
● DC 入力, 三相 AC 出力 IGBT インバータ
N 側三相出力
● 600V, 50A (CSTBT 内蔵)
用途
AC100V～200V 系，モータ制御用インバータ装置
内蔵機能
●P 側 IGBT 用：駆動回路，高圧レベルシフト回路，制御電源電圧低下（UV）保護回路（エラー出力なし）
単電源駆動用ブートストラップ方式
●N 側 IGBT 用：駆動回路，制御電源電圧低下（UV）保護回路，短絡電流保護（カレントセンス方式による）
●エラー出力： N 側 IGBT 用短絡電流（SC）保護回路動作時と UV 保護回路動作時エラー(Fo)出力
●温度保護用アナログ出力： N 側駆動用 IC 部の温度をアナログ信号出力
●入力インタフェース： 3V, 5V 系対応（ハイアクティブ）
●UL 認定済み： File No.E80276
最大定格(指定のない場合は，Tｊ=25℃)
インバータ部
記号
VCC
VCC(surge)
VCES
±IC
±ICP
PC
Tj
項
目
電源電圧
電源電圧（サージ）
コレクタ・エミッタ間電圧
コレクタ電流
コレクタ電流（ピーク）
コレクタ損失
接合温度
条
P－NU，NV，NW 端子間
P－NU，NV，NW 端子間
件
格値
450
500
600
50
100
142
-20～+150
TC =25℃
TC =25℃, 1ms 以下
TC =25℃, 1 素子当り
定
単位
V
V
V
A
A
W
℃
制御（保護）部
記号
VD
VDB
VIN
VFO
IFO
VSC
項
目
制御電源電圧
制御電源電圧
入力電圧
エラー出力印加電圧
エラー出力電流
電流検出入力電圧
条
件
VP1-VPC, VN1-VNC 端子間
VUFB-VUFS, VVFB-VVFS, VWFB-VWFS 端子間
UP, VP, WP-VPC, UN, VN, WN-VNC 端子間
FO-VNC 端子間
FO 端子のシンク電流値
CIN-VNC 端子間
定
格値
20
20
-0.5～VD+0.5
-0.5～VD+0.5
1
-0.5～VD+0.5
単位
V
V
V
V
mA
V
項
目
電源電圧自己保護範囲
（短絡）
動作モジュール温度
保存温度
絶縁耐圧
条
件
VD＝13.5～16.5V，インバータ部
Tj＝125℃スタート，2μs 以内，非繰り返し
定
単位
全システム
記号
VCC(PROT)
TC
Tstg
Viso
（注 1）
正弦波 60Hz, AC 1 分間, 全端子共通－ヒートシンク間
格
値
400
V
-20～+100
-40～+125
2500
℃
℃
Vrms
注 1. ケース温度 Tc 測定点を図 1 に示します。
熱抵抗
記号
Rth(j-c)Q
Rth(j-c)F
項
目
接合・ケース間熱抵抗（注 2）
条
件
インバータ IGBT ( 1/6 モジュール )
インバータ FWDi ( 1/6 モジュール )
規
最小
-
格値
標準
最大
0.88
1.78
単位
℃/W
℃/W
注 2. DIPIPM と放熱ヒートシンクとの接触面には，熱伝導のよいグリースを 100～200μm 程度，均一になるように塗布の上，規定の締付けトルクにて締め付けることを規定
します。（またグリースは使用動作温度範囲内で変質せず，経年変化のないものとします。）
ただし，製品放熱面－ヒートシンク間の熱抵抗は，締め付けた状態におけるグリースの厚さ，グリースの熱伝導率等により異なります。目安として，グリース厚 20μm，
グリースの熱伝導率が 1.0W/m・K の場合の製品放熱面－ヒートシンク間熱抵抗値（1/6 モジュール）は 0.2℃/W となります。
2011 年 3 月
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図 1. ケース温度 TC 測定点
IGBT チップ
内蔵ヒートシンク
Tc 測定点
電気的特性（指定のない場合は，Tj = 25℃）
インバータ部
記号
項
目
測
定
条
IC = 50A, Tj = 25℃
IC = 50A, Tj = 125℃
VCE(sat)
コレクタ・エミッタ間飽和電圧
VD = VDB = 15V
VIN = 5V
VEC
ton
tc(on)
toff
tc(off)
trr
FWDi 順電圧降下
-IC = 50A, VIN = 0V
スイッチング時間
VCC = 300V, VD = VDB = 15V
IC = 50A, Tj = 125℃, VIN = 0↔5V
誘導負荷（上ー下アーム）
コレクタ・エミッタ間遮断電流
VCE = VCES
ICES
規
件
Tj = 25℃
Tj = 125℃
最小
1.80
-
格値
標準
最大
1.55
2.05
1.65
2.10
1.70
2.20
2.40
3.60
0.40
0.60
3.00
4.20
0.60
1.20
0.30
1
10
単位
V
V
μs
μs
μs
μs
μs
mA
制御（保護）部
記号
項
目
ID
回路電流
IDB
回路電流
ISC
短絡保護トリップレベル
UVDBt
UVDBr
UVDt
UVDr
VFOH
VFOL
tFO
IIN
Vth(on)
Vth(off)
VOT
制御電源電圧
低下保護
エラー出力電圧
エラー出力パルス幅
入力電流
入力オンしきい電圧
入力オフしきい電圧
アナログ温度出力
測
定
条
規
件
VD = 15V, VIN = 0V
VD = 15V, VIN = 5V
VD = VDB = 15V, VIN
VUFB-VUFS, VVFB-VVFS,
VWFB-VWFS
VD = VDB = 15V, VIN
-20℃≦Tj≦125℃，Rs=40.2Ω（精度±1%以内）
NU,NV,NW-N1 間シャント抵抗無し時
トリップレベル
P側
リセットレベル
Tj ≦ 125℃
トリップレベル
N側
リセットレベル
VSC = 0V, FO = 10kΩ, 5V プルアップ
VSC = 1V, IFO = 1mA
CFO= 22nF
VIN = 5V
VP1-VPC, VN1-VNC の総和
= 0V
= 5V
（注 3）
（注 4）
UP, VP, WP-VPC, UN, VN, WN-VNC 端子間
LVIC 温度= 85℃
（注 5）
最小
-
格値
標準
最大
5.50
5.50
0.55
0.55
単位
mA
mA
85
-
-
A
10.0
10.5
10.3
10.8
4.9
1.6
0.7
2.1
0.8
3.57
2.4
1.0
2.3
1.4
3.63
12.0
12.5
12.5
13.0
0.95
1.5
2.6
2.1
3.69
V
V
V
V
V
V
ms
mA
V
V
V
注3. 短絡保護は下アームのみ動作します。保護レベルは，センス抵抗値によって変更できます.詳細につきましては，本DIPIPMのアプリケーションノートを参照いただく
か，弊社までお問い合わせ願います。ただし，その場合でも，センス抵抗Rsは，上記の値以上としてください。
4. エラー出力は，短絡保護・N 側(VD)制御電源電圧低下保護時にのみ出力します。所望の tFO 時の CFO の計算式を示します。(CFO = tFO x (9.1 x 10-6) [F])
5. DIPIPM は温度保護動作，エラー(Fo)出力はいたしません。本出力が，設定の温度保護レベルに達した時は，システム側でスイッチング動作を停止してください。
また，本出力は，5V を超える可能性があります。本出力を接続するマイコンなど外部回路の保護のため，本出力と外部回路の電源(5V など)の間にクランプ Di の
挿入を推奨いたします。LVIC 温度-VOT 特性を図 2 に示します。
2
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図 2. LVIC 温度-VOT 出力特性
5.0
VOT Output (V)
4.5
4.26
4.0
110±10°C
3.63
3.5
85±3°C
3.0
60±10°C
2.5
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
LVIC Temperature (°C)
機械的定格及び特性
記号
－
－
－
－
－
項
締付けトルク強度
端子引張り強度
端子曲げ強度
質量
放熱面平面度
目
測
定
条
件
準拠規格
取付けネジ（M4）推奨値 1.18N･m
荷重
19.6N
荷重
9.8N にて 90 度曲げ
（注 6）
－
EIAJ-ED-4701
EIAJ-ED-4701
-
規
最小
0.98
10
2
-50
格値
標準
最大
1.18
1.47
46
100
単位
N･m
s
回
g
μm
注 6. 放熱面平面度測定位置
3
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推奨使用条件
記号
項
目
VCC
VD
VDB
ΔVD,ΔVDB
tdead
fPWM
電源電圧
制御電源電圧
制御電源電圧
制御電源電圧変動率
上下アーム休止時間
PWM 制御入力信号
IO
許容実効電流
PWIN(on)
PWIN(off)
VNC
Tj
許容最小入力パルス幅
VNC 端子変動
接合温度
測
定
条
規
件
最小
0
13.5
13.0
-1
2.2
-
P-NU, NV, NW 端子間
VP1-VPC, VN1-VNC 端子間
VUFB-VUFS, VVFB-VVFS, VWFB-VWFS 端子間
各アーム段入力に対応, TC≦100℃
TC≦ 100℃, Tj≦ 125℃
VCC = 300V, VD =VDB = 15V,
P.F = 0.8, 正弦波出力
（注 7）
TC≦100℃, Tj≦125℃
格値
標準
最大
300
400
15.0
16.5
15.0
18.5
+1
20
fPWM= 5kHz
-
-
23.6
fPWM= 15kHz
-
-
13.8
1.1
-
-
3.0
-
-
（注 8）
200≦VCC≦350V,
13.5≦VD≦16.5V,
定格電流以下
13.0≦VDB≦18.5V,
-20℃≦TC≦100℃,
定格電流～
N ライン配線インダクタンス
定格電流の 1.7 倍
10nH 以下
（注 9）
VNC-NU, NV, NW 端子間の電位差, サージ電圧含む
単位
V
V
V
V/μs
μs
kHz
Arms
μs
5.0
-
-
-5.0
-20
-
+5.0
+125
V
℃
注 7. 許容実効電流に関しては，使用条件によって変わります。
8. PWIN(on)以下のパルス幅の入力オン信号には出力が応答しないことがあります。
9. PWIN(off)以下のパルス幅の入力オフ信号には入力オフ信号には出力が応答しない，または P 側のみターンオン時間が大きくなる場合があります。
ただし，この場合においても入力オンの状態にて出力オフの状態を維持し続けることはありません。詳細は図 3 のタイミング図を参照ください。
図 3. 許容最小入力パルス幅 PWIN(off)以下の信号を印加した場合の出力動作（P 側のみ）
P 側制御入力
内部 IGBT ゲート
t2
出力電流 Ic
t1
実線…オフパルス幅≧PWIN(off)の場合
ターンオン時間:t1(通常)
破線…オフパルス幅＜PWIN(off)の場合
ターンオン時間:t2(長くなる場合有り)
4
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図 4. DIPIPM 内部回路図
VUFB
VUFS
P
HVIC1
VP1
VCC
VB
UP
IN
HO
IGBT1
Di1
COM VS
VVFB
VVFS
VP1
HVIC2
VCC VB
VP
IN
U
IGBT2
Di2
HO
V
COM VS
VWFB
VWFS
VP1
HVIC3
VCC VB
WP
IN
VPC
COM VS
IGBT3
Di3
HO
W
LVIC
IGBT4
Di4
UOUT
VN1
NU
VCC
IGBT5
Di5
VOUT
NV
UN
VN
UN
VN
WN
WN
Fo
VOT
VNC
Fo
VOT
GND
IGBT6
Di6
WOUT
VNO
NW
CIN
CFO
CFO
5
CIN Vsc
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図 5. 保護動作シーケンス
A. SC 動作シーケンス（N 側のみ）‥‥外付けセンス抵抗による保護
a1.
a2.
a3.
a4.
a5.
a6.
a7.
a8.
正常動作=IGBT オン=出力電流有り
過電流検出（SC トリガ）‥‥RC 時定数は，2μs 以内に遮断するように最適遮断時間を設定（1.5～2.0μs 以下推奨）
Ｎ側全相の IGBT ゲートをハード遮断
Ｎ側全相の IGBT がオフ
Fo 出力‥‥外付けコンデンサ CFO で Fo 出力時間(Fo パルス幅)を設定
入力 “L”=オフ
Fo 出力終了。入力 “H”途中でも次のオン信号(L→H)が入力されるまで，IGBT はオフ状態。（各相への入力で相ごとに通常状態に復帰します）
正常動作=IGBT オン=出力電流有り
N 側制御入力
a6
RESET
SET
保護回路状態
a3
内部 IGBT ゲート
a4
SCトリップ電流
a8
a1
出力電流 IC
a2
センス抵抗部
センス電圧
a7
SC トリップレベル
RC 時定数回路による DELAY
a5
エラー出力 FO
B. 制御電源電圧低下保護動作シーケンス（N 側，UVD）
b1.
b2.
b3.
b4.
b5.
b6.
b7.
制御電源電圧立上り‥‥UVDr にて次のオン信号(L→H)入力より動作開始（各相への入力で相ごとに通常状態に復帰します）
正常動作=IGBT オン=出力電流有り
制御電源電圧低下（UVDt）
Ｎ側全相の IGBT オフ‥‥制御入力の状態に関らずオフ
Fo 動作開始（CFO にて設定された Fo パルス幅以上，制御電源電圧が復帰するまでの間 Fo 出力）
制御電源電圧復帰（UVDr）
正常動作=IGBT オン=出力電流有り
制御入力
RESET
保護回路状態
UVDr
制御電源電圧 VD
SET
b1
UVDt
b2
b3
b4
RESET
b6
b7
出力電流 IC
エラー出力 FO
b5
6
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C. 制御電源電圧低下保護動作シーケンス（P 側，UVDB）
c1.
c2.
c3.
c4.
c5.
c6.
制御電源電圧立上り‥‥UVDBr にて次のオン信号(L→H)入力より動作開始
正常動作=IGBT オン=出力電流有り
制御電源電圧低下（UVDBt）
該当相の IGBT のみオフ‥‥制御入力に関らずオフ，Fo 出力はなし
制御電源電圧復帰（UVDBr）
正常動作=IGBT オン=出力電流有り
制御入力
RESET
SET
RESET
保護回路状態
UVDBr
c1
制御電源電圧 VDB
UVDBt
c5
c3
c2
c4
c6
出力電流 IC
エラー出力 FO
ハイレベル出力 (Fo 出力なし)
図 6. 制御端子応用例
5V 系
10kΩ
DIPIPM
R
UP,VP,WP,UN,V N,W N
MCU
C
Fo
VNC(Logic)
注.
入力の RC カップリングは、応用システムに使われる PWM 制御入力方式、入力配線パターンにより変わります。
DIPIPM 入力信号部は IC 内部で 3.3kΩ(min)の抵抗プルダウンを行っています。入力信号ラインに抵抗を挿入される
場合は、DIPIPM の入力しきい値を満足する設定として下さい。
Fo 端子はオープンドレインです。制御電源(5V,15V)に IFo=1mA 以下となるような抵抗でプルアップしてご使用ください。
(5V にプルアップする場合，5.1kΩ 以上。10kΩ を推奨します)
7
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図 7. 外部応用回路例
UP(1)
R3
C5
IGBT1
VP1(3)
C2
P(40)
Di1
HVIC
VUFB(4)
D2
+
U(39)
VUFS(6)
C1 D1 C2
R3
C5
VP(7)
IGBT2
VP1(9)
C2
Di2
HVIC
VVFB(10)
D2
+
V(38)
VVFS(12)
C1 D1 C2
R3
C5
C2
WP(13)
VP1(14)
VPC(15)
IGBT3
Di3
HVIC
VWFB(16)
MCU
D2
+
M
W(37)
+
VWFS(18)
IGBT4
C1 D1 C2
Di4
C3
UN(27)
R3
C5
NU(36)
VN(28)
R3
C5
WN(29)
R3
IGBT5
C5
5V
Di5
CFO(25)
NV(35)
R2
Fo(26)
LVIC
IGBT6
Di6
VOT(23)
NW(34)
15V
VD
C1
VN1(21)
+
D1
C2
VNO
VNC(22)
C
VSC(19)
CIN(24)
B
D
R1
C4
Rs Sense
resistor A
N1
注1. 制御側電源GNDとパワー側GNDの配線を共通のベタ配線で配線すると大電流が流れるパワーGNDの変動の影響を受け誤動作の可能性がありますの
で，制御側電源GNDとパワー側GNDの配線は分けて配線し，N1点（NU,NV,NWを接続した点）にて一点接続としてください。
2. サージ電圧による耐圧破壊を防止するために，平滑コンデンサとP,N1端子間の配線はできるだけ短くしてください。またP-N1端子間に0.1μ∼0.22μF程度
のスナバコンデンサC3を挿入してください。
3. 短絡保護機能の誤動作防止用RCフィルタ(R1C4)の時定数は，短絡時に2μs以下で遮断できるように設定してください。(1.5~2μs推奨) R1,C4は温度補償
用などバラツキの小さいものを推奨します。遮断時間は，配線パターンによって変わりますので実システムにて十分評価してください。R1の抵抗値が小さ
い場合，SC保護の遅れにつながりますので，R1はRsの10倍以上としてください。(100倍程度を推奨)
4. 各コンデンサはDIPIPMの端子近傍に設置してください。C1は，温度特性，周波数特性の優れた電解コンデンサ，C2は0.22μ-2μFでノイズ除去用の温度,
周波数, DCバイアス特性に優れたセラミックコンデンサを推奨します。
5. 制御電源へのサージ電圧吸収用にツェナダイオードD1（ツェナ電圧24V,許容損失1W程度）を制御電源端子間近傍への接続を推奨します。
6. CIN端子への配線は，SC保護の誤動作防止のため，センス抵抗端子直近のD点で分岐し，VSC端子－センス抵抗間配線はできるだけ短くしてください。
7. センス抵抗Rsには，温度特性を含めばらつき±1%以内で低インダクタンスの物を推奨します。また，許容電力は1/8W以上を推奨しますが，最終的には
実システムで十分評価してください。
8. A，B，Cの配線はIGBTの動作に大きな悪影響をもたらすため，配線はできるだけ短く配線してください。
9. Fo端子はオープンドレインです。制御電源(5V,15V)にIFo=1mA以下となるような抵抗でプルアップしてご使用ください。
(5Vにプルアップする場合，5.1kΩ以上。10kΩを推奨します)
10. Fo出力のパルス幅tFOは，CFO端子に接続するコンデンサで設定可能です。所望のtFO時のCFOの計算式を示します。(CFO = tFO x (9.1 x 10-6) [F])
11. ブートストラップダイオードD2には耐圧600V以上の高速リカバリ品(trr=100ns以下)を推奨します。
12. 制御ICの電源ラインに高周波の急峻なノイズが重畳されると，ICの誤動作が起きてFoを出力し停止する可能性があります。制御電源ラインのノイズは，
dV/dt≤1V/μs, Vripple≤2Vp-pとなるように電源回路を設計してください。
13. 入力信号はハイアクティブです。IC 内部で 3.3kΩ(min)の抵抗でプルダウンしています。誤動作防止のため，入力信号配線はできるだけ短く配線し，ノイズ
による誤動作防止のため RC フィルタ R3C5 を挿入する場合は，入力しきい値電圧を満足するように設定してください。専用 HVIC を採用しているため，
MCU に直接接続することができます。
8
2011 年 3 月
三菱半導体〈インテリジェントパワーモジュール〉
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図 8. 外形図
単位:mm
9
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絶縁形
安全設計に関するお願い
y
弊社は品質，信頼性の向上に努めておりますが，半導体製品は故障が発生したり，誤動作
する場合があります。弊社の半導体製品の故障又は誤動作によって結果として，人身事故，
火災事故，社会的損害などを生じさせないような安全性を考慮した冗長設計，延焼対策設
計，誤動作防止設計などの安全設計に十分ご留意ください。
y
本資料は，お客様が用途に応じた適切な三菱半導体製品をご購入いただくための参考資料
であり，本資料中に記載の技術情報について三菱電機が所有する知的財産権その他の権
利の実施，使用を許諾するものではありません。
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発行時点のものであり，三菱電機は，予告なしに，本資料に記載した製品または仕様を変更
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（www.MitsubishiElectric.co.jp/semiconductors）などを通じて公開される情報に常にご注意く
ださい。
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い。
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本資料に関し詳細についてのお問い合わせ，その他お気付きの点がございましたら三菱電
機または特約店までご照会ください。
y
y
y
y
y
y
y
DIPIPM, CSTBT は，三菱電機株式会社の登録商標です。
10
2011 年 3 月

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