講座導(dǎo)語
DIPIPM™是雙列直插型智能功率模塊的簡(jiǎn)稱，由三菱電機(jī)于1997年正式推向市場(chǎng)，迄今已在家電、工業(yè)和汽車空調(diào)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。本講座主要介紹DIPIPM™的基礎(chǔ)、功能、應(yīng)用和失效分析技巧，旨在幫助讀者全面了解并正確使用該產(chǎn)品。
3.5、DIPIPM™在實(shí)際應(yīng)用中的評(píng)價(jià)
在3.3，3.4的講座中，我們主要介紹了如何為DIPIPM™設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路及PCB控制板。DIPIPM™作為一種功率器件，需要與外圍的電源電路、驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路、采樣電路等一起相互配合才能完成相應(yīng)的逆變功能。實(shí)際產(chǎn)品中承擔(dān)這種逆變功能的是變頻控制PCB板。變頻控制PCB板被裝配到了整機(jī)上，再與其他的結(jié)構(gòu)部件及系統(tǒng)部件組合成整機(jī)。DIPIPM™的功能是否能夠良好發(fā)揮與PCB及整機(jī)的設(shè)計(jì)是分不開的。圖1是以變頻空調(diào)為例的DIPIPM™由部件到產(chǎn)品的基本生產(chǎn)流程。
圖1 DIPIPM™典型生產(chǎn)流程
好的產(chǎn)品在整個(gè)壽命周期內(nèi)可以可靠工作并維持低故障率，為了達(dá)成這個(gè)高可靠性的目標(biāo)，首先需要選擇品質(zhì)良好的零部件，在這個(gè)基礎(chǔ)上，良好的PCB設(shè)計(jì)是整個(gè)變頻電路控制系統(tǒng)能夠可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。DIPIPM™作為零部件經(jīng)歷了電路設(shè)計(jì)、PCB板設(shè)計(jì)、PCB板制作等環(huán)節(jié)后，完成了由單體部件到整體部件的轉(zhuǎn)變，DIPIPM™的逆變功能最終得以在PCB線路板上實(shí)現(xiàn)。PCB樣板的完成意味著整個(gè)產(chǎn)品距離量產(chǎn)已經(jīng)不遠(yuǎn)了。
PCB樣板及整機(jī)在正式量產(chǎn)之前需要經(jīng)過一系列的測(cè)試與評(píng)價(jià)，才能正式投入大批量生產(chǎn)。測(cè)試與評(píng)價(jià)對(duì)于量產(chǎn)之后產(chǎn)品的可靠性至關(guān)重要，特別是對(duì)于諸如變頻家電等大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品來說，完善的測(cè)試與評(píng)價(jià)可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷從而降低產(chǎn)品的市場(chǎng)失效率，以減少因?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì)量問題導(dǎo)致的損失。
3.5.1、DIPIPM™測(cè)試評(píng)價(jià)說明
DIPIPM™相關(guān)的測(cè)試評(píng)價(jià)按照生產(chǎn)流程可以分為DIPIPM™單體評(píng)價(jià)、DIPIPM™在變頻控制PCB上的評(píng)價(jià)、整機(jī)評(píng)價(jià)。
其中DIPIPM™單體的評(píng)價(jià)主要是在DIPIPM™制造工廠進(jìn)行，評(píng)價(jià)內(nèi)容包含了從外觀、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品功能（動(dòng)作時(shí)序、溫度輸出、保護(hù)功能等）、產(chǎn)品性能（電磁兼容EMC、溫升、可靠性、壽命等）等方面。單體評(píng)價(jià)中外圍電源及控制信號(hào)采用理想電源及信號(hào)發(fā)生裝置，側(cè)重于評(píng)價(jià)DIPIPM™本身；
DIPIPM™在變頻控制PCB板上的評(píng)價(jià)則是在單體評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，需要對(duì)DIPIPM™在實(shí)際的控制電源及驅(qū)動(dòng)信號(hào)的狀態(tài)下對(duì)其功能、性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，側(cè)重于了解DIPIPM™在實(shí)際PCB上與周邊電路的兼容情況；
整機(jī)評(píng)價(jià)是對(duì)PCB控制器在整機(jī)帶負(fù)荷狀態(tài)下的評(píng)價(jià)，側(cè)重于了解DIPIPM™在整機(jī)上的功能、性能，評(píng)價(jià)DIPIPM™在實(shí)際整機(jī)的環(huán)境下，適應(yīng)環(huán)境變化及負(fù)載變化的能力。
DIPIPM™在開發(fā)設(shè)計(jì)、制造過程中，會(huì)進(jìn)行詳細(xì)的功能及性能評(píng)價(jià)，量產(chǎn)后其性能基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，因此在應(yīng)用過程中通常不再對(duì)DIPIPM™單體進(jìn)行詳盡的評(píng)價(jià)，本講技術(shù)講座不對(duì)DIPIPM™單體評(píng)價(jià)進(jìn)行重點(diǎn)介紹，而側(cè)重于介紹應(yīng)用過程中的測(cè)試評(píng)價(jià)：DIPIPM™在變頻控制PCB上的評(píng)價(jià)（3.5.2）和DIPIPM™在整機(jī)上的評(píng)價(jià)（3.5.3）。
3.5.2、DIPIPM™在PCB控制板上的評(píng)價(jià)
DIPIPM™工作時(shí)其電源通常為15V，由于采用了自舉電路，其上橋臂的三路15V電源可以通過自舉電路來實(shí)現(xiàn)。電源的穩(wěn)定性對(duì)于DIPIPM™的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。因此需要對(duì)PCB上15V電源的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。除了需要穩(wěn)定的15V電源外，PCB還要為DIPIPM™提供穩(wěn)定的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的質(zhì)量也會(huì)直接影響DIPIPM™的工作，PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的評(píng)價(jià)也是評(píng)價(jià)的重點(diǎn)之一。
下表1是以SLIMDIP-L為例的DIPIPM™有關(guān)15V電源和PWM控制信號(hào)的規(guī)格要求。在實(shí)際PCB上SLIMDIP-L的電源和PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)應(yīng)滿足表1的規(guī)格要求。
表1 SLIMDIP-L電源及PWM信號(hào)規(guī)格
DIPIPM™ 15V電源測(cè)試評(píng)價(jià)
下圖2是以SLIMDIP-L為例的電路結(jié)構(gòu)圖，其中位置①、②、③是DIPIPM™上橋臂的15V電源，位置④為下橋臂15V電源。測(cè)試評(píng)價(jià)時(shí)，需要采用示波器對(duì)4路15V電源分別進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。下表2是以變頻空調(diào)應(yīng)用為例對(duì)SLIMDIP-L DIPIPM™電源進(jìn)行評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)。圖3是在系統(tǒng)啟動(dòng)過程中的自舉15V電源測(cè)試波形的例子。
圖2 SLIMDIP-L電源結(jié)構(gòu)圖
表2 SLIMDIP-L電源評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)
圖3 SLIMDIP-L自舉電源評(píng)價(jià)波形例
DIPIPM™ PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)試評(píng)價(jià)
下圖4是以SLIMDIP-L為例的電路結(jié)構(gòu)圖，其中位置①、②、③是DIPIPM™上橋臂PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的測(cè)量評(píng)價(jià)位置，④、⑤、⑥是DIPIPM™下橋臂PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的測(cè)量評(píng)價(jià)位置，下表3是以變頻空調(diào)應(yīng)用為例對(duì)SLIMDIP-L PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
圖4 SLIMDIP-L PWM驅(qū)動(dòng)測(cè)量位置
表3 SLIMDIP-L PWM驅(qū)動(dòng)評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)
DIPIPM™欠壓保護(hù)功能測(cè)試評(píng)價(jià)
欠壓保護(hù)是用來防止在低電源電壓下DIPIPM™發(fā)生意外損壞的一種自保護(hù)功能。P側(cè)和N側(cè)都有欠壓保護(hù)功能，但是故障信號(hào)(Fo)僅對(duì)N側(cè)的欠壓保護(hù)才有輸出，且在欠壓狀態(tài)下會(huì)持續(xù)有Fo輸出。另外，欠壓保護(hù)電路內(nèi)置了一個(gè)噪聲濾波器(典型值10μs)以防止瞬間欠壓導(dǎo)致的誤觸發(fā)。
因此，在發(fā)生欠壓后的最初10μs內(nèi)控制信號(hào)依然有效。下圖5是以SLIMDIP-L為例的DIPIPM™欠壓保護(hù)時(shí)序圖。下表4是欠壓保護(hù)評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)。
圖5 SLIMDIP-L欠壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)序（N側(cè)）
表4 SLIMDIP-L 欠壓保護(hù)功能評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)