DIPIPM™是雙列直插型智能功率模塊的簡(jiǎn)稱(chēng)，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(chē)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。
正確理解DIPIPM™產(chǎn)品規(guī)格書(shū)
通過(guò)前幾期的技術(shù)講座，我們了解了DIPIPM™的發(fā)展歷史、基本結(jié)構(gòu)、內(nèi)置功能，了解了DIPIPM™模塊、IGBT模塊和IPM智能模塊之間的區(qū)別，這有助于我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中選擇合適的功率器件，確定了選用DIPIPM™之后, 下一步要面對(duì)的就是選擇合適的DIPIPM™型號(hào)。選擇型號(hào)時(shí)，最重要的工作是全面、深入地去理解產(chǎn)品規(guī)格書(shū)。DIPIPM™產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中給出了包括電氣特性、熱特性、機(jī)械特性等相關(guān)重要參數(shù)及推薦使用條件，正確理解這些參數(shù)是使用好產(chǎn)品的前提。下面根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中最大值參數(shù)、電氣特性和推薦使用條件為導(dǎo)向?qū)﹃P(guān)鍵參數(shù)的定義以及使用中的注意事項(xiàng)加以介紹。一般情況下規(guī)格書(shū)中參數(shù)均為T(mén)j=25°C下的數(shù)據(jù)，其他條件則另有注明。
推薦使用條件（Recommended Conditions）
規(guī)格書(shū)中對(duì)VCC、VD/VDB、tdead、fPWM、PWIN(on)/PWIN(off)等關(guān)鍵參數(shù)的推薦范圍進(jìn)行了說(shuō)明，雖然只是推薦而非必需，但為了確保DIPIPM™安全運(yùn)行，我們強(qiáng)烈建議在這些條件下使用模塊，以PSS15S92F6-AG為例如表4所示。其中大部分參數(shù)在前面已經(jīng)有介紹說(shuō)明，這里就不再重復(fù)，對(duì)于前面未有說(shuō)明的參數(shù)，介紹如下。
表4 PSS15S92F6-AG推薦使用條件
tdead：死區(qū)時(shí)間
為了防止上下橋臂直通（Shoot-Through），必須在驅(qū)動(dòng)信號(hào)中設(shè)置避免上下橋開(kāi)關(guān)器件同時(shí)開(kāi)通的死區(qū)時(shí)間。使用中應(yīng)保證實(shí)際死區(qū)時(shí)間大于規(guī)格書(shū)中tdead最小值，以防止發(fā)生橋臂直通短路。
fPWM：PWM控制輸入信號(hào)頻率
設(shè)計(jì)中應(yīng)使開(kāi)關(guān)頻率低于規(guī)格書(shū)中fPWM最大值，使用中也需要考慮輸出電流與fPWM的關(guān)系，頻率高則需要考慮降額使用。
PWIN(on)/ PWIN(off)：PWM輸入信號(hào)的最小脈寬
對(duì)于脈寬小于PWIN(on)的輸入ON信號(hào)，模塊可能不響應(yīng)。對(duì)于脈寬小于PWIN(off)的輸入OFF信號(hào)，模塊可能延遲響應(yīng)或者不響應(yīng)，后者請(qǐng)參照?qǐng)D6中相關(guān)時(shí)序圖。
圖6 脈寬小于PWIN(off)的輸入信號(hào)時(shí)DIPIPM™的動(dòng)作延遲（僅P側(cè)）
安裝力矩
這部分需要注意的是在模塊安裝中的扭矩大小，應(yīng)保證安裝力矩在推薦的范圍內(nèi)，為此推薦采用力矩扳手。不同封裝的模塊對(duì)應(yīng)的安裝力矩不一樣，不同封裝DIPIPM™模塊推薦力矩范圍如表5所示。
表5 不同封裝DIPIPM™安裝力矩
關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)
Vcc、Vcc(surge)、Vcc(PROT)及 VCES的區(qū)別
Vcc、Vcc(surge)及Vcc(PROT)均為系統(tǒng)級(jí)參數(shù)，其中Vcc為在無(wú)開(kāi)關(guān)動(dòng)作狀態(tài)下P-N端子間直流母線電壓。Vcc(surge)為在開(kāi)關(guān)動(dòng)作狀態(tài)下P-N端子間的最大浪涌電壓，如果超出則需追加吸收電路或減少布線的寄生電感來(lái)抑制母線電壓浪涌，否則將可能導(dǎo)致模塊過(guò)壓失效。Vcc(PROT)為在短路或過(guò)流故障時(shí)能夠保證IGBT安全關(guān)斷的最大母線電壓，如果超出則可能損壞功率芯片。VCES則為內(nèi)部IGBT芯片集電極-發(fā)射極之間的最大耐壓值，超出則可能造成功率芯片過(guò)壓失效。圖7為DIPIPM™在開(kāi)關(guān)狀態(tài)和短路狀態(tài)下的SOA，下面以PSS15S92F6-AG對(duì)上述電壓參數(shù)進(jìn)行相關(guān)說(shuō)明。
圖7 開(kāi)關(guān)狀態(tài)和短路狀態(tài)下的SOA
IC、ICP及 IO的區(qū)別
IC為DIPIPM™內(nèi)部IGBT芯片集電極在Tc=25℃時(shí)所允許流過(guò)的直流電流最大值，而ICP描述的是DIPIPM™內(nèi)部IGBT芯片集電極在Tc=25℃時(shí)所能流過(guò)的脈沖電流峰值。IO為不同應(yīng)用條件且結(jié)溫≤Tjmax的情況下，模塊實(shí)際允許的輸出電流有效值。
Tjmax、Tjave、TC及TIC的區(qū)別
如圖8所示，Tjmax為在極端負(fù)載下的最大結(jié)溫，而Tjave(Tj_average)為常態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行下結(jié)溫的平均值。在進(jìn)行功耗仿真時(shí)，針對(duì)Tjmax=150℃/175℃的模塊，以Tjave≤125℃/150℃作為應(yīng)用條件合適的判斷依據(jù)之一。
圖8 Tjmax與Tjave說(shuō)明
圖9 熱量傳輸路徑與Tj、Tc及Tic關(guān)系說(shuō)明
VD與VDB的區(qū)別
VD是外部施加的用于下臂IGBT單元的控制電源電壓，VDB通過(guò)自舉電路產(chǎn)生的用于上臂IGBT單元的懸浮電源電壓，VDB來(lái)源于VD，但考慮到下橋臂續(xù)流二極管續(xù)流時(shí)也會(huì)對(duì)自舉電容充電，VDB的最大值可能會(huì)高于VD。另外需要注意的是，P側(cè)的VDB發(fā)生欠壓保護(hù)時(shí)是沒(méi)有Fo信號(hào)產(chǎn)生的，在故障排除中需要注意。
本講總結(jié)
當(dāng)然規(guī)格書(shū)里的內(nèi)容也不能包含所有DIPIPM™所有的性能指標(biāo)，某些指標(biāo)還需要與生產(chǎn)廠商進(jìn)行咨詢(xún)。接下來(lái)的講座中，我們將繼續(xù)圍繞如何了解透、選擇好、應(yīng)用好DIPIPM™的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行介紹，敬請(qǐng)期待。
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