結溫Tj測試評價
DIPIPM™結溫Tj是DIPIPM™整機評價中最基本也是最重要的指標。由于大部分DIPIPM™本質上是一種基于硅材料的IGBT功率半導體器件，其所能承載的電流受到最高結溫Tj的限制，通常Tj工作時不應超過150℃，如下表5的規格所示。如果超過，則會導致IGBT芯片因過熱發生不可逆轉的損壞，因此需要對DIPIPM™的結溫Tj溫升進行評價測試。
表5 SLIMDIP-L為例的DIPIPM™最大額定參數
DIPIPM™結溫Tj測試需要DIPIPM™廠家專門制作帶熱電偶的樣品來測試。普通的DIPIPM™產品無法完成結溫Tj的直接測試。圖6是以SLIMDIP-L為例的帶熱電偶的樣品，熱電偶被直接安裝在V相N側的IGBT銅框架附近，該點溫度近似等于模塊結溫Tj。將該模塊安裝到整機系統當中，就可以采用溫度測試儀進行測試了。需要提醒的是，由于熱電偶連接在模塊的V相N側的IGBT銅框架上，該點的電位與PCB線路板的母線電容N端子是等電位的，其與整機的機殼存在電位差，因此熱電偶的引出裸露部分不能與整機機殼接觸，否則會有損壞DIPIPM™模塊的風險。圖7是在實際空調系統中，對DIPIPM™采用帶熱電偶的樣品進行測試的實際圖片及溫度顯示圖片。需要注意的是在實際測試過程中，一定要保證整機在最大負荷下（環境溫度最高､輸出電流最大､輸入電源電壓最低等）進行測試，對溫度表進行讀數時，溫度顯示穩定后，讀取最高的溫度作為DIPIPM™的結溫Tj。為了保證DIPIPM™的溫度在實際工作中處于可控范圍，并考慮一定的裕量，通常建議Tj≤125℃。如果測試結果Tj過低（如Tj≤100℃），說明DIPIPM™模塊裕量偏大，模塊可以選用更小規格的散熱器，如果Tj過高（如Tj≥140℃），則說明模塊裕量不足，需要加大DIPIPM™散熱或限制DIPIPM™工作電流。
圖6 SLIMDIP-L為例的帶熱電偶樣品
圖7 溫度測試儀及溫度顯示圖片
短路測試評價
短路是整機運行過程中較容易發生的故障，也是造成DIPIPM™市場損壞的主要原因之一。DIPIPM™本身是可以承受一定時間短路的，這個可以承受的短路時間和短路電流可以用短路安全工作區（SCSOA）來描述。下圖8是以15A/600V SLIMDIP-L為例的短路安全工作區。短路安全工作區的橫坐標是時間，即允許DIPIPM™短路的時間，縱坐標是電流，即發生短路時，DIPIPM™上流過的短路電流，實際工作中發生短路時，只要其短路時間和短路電流在短路安全工作區矩形框內，DIPIPM™可以承受，不會發生損壞。需要注意的是，DIPIPM™對短路承受的次數是有限的，頻繁的短路可能會造成DIPIPM™損壞。
圖8 SLIMDIP-L短路安全工作區
在裝入整機后，需要對整機的短路進行測試評價，以保證整機運行過程中即使發生短路，DIPIPM™短路保護可以有效地動作，保證DIPIPM™承受的電流和短路時間在其安全工作區內。下圖9是一種常見整機短路的測試示意圖。測試過程中，首先在整機上電開機前把PCB板U､V､W采用短路線進行短接，再用示波器監控輸出電流IO和DIPIPM™輸入PWM信號和DIPIPM™故障輸出信號FO，整機開機運行，示波器設置FO信號作為觸發源捕捉短路保護過程中的電流､控制信號及故障輸出信號FO波形。看電流波形及其持續時間是否符合DIPIPM™的短路安全工作區（SCSOA）要求。如圖10測試波形所示。
圖10 SLIMDIP-L短路測試波形例
圖11 短路保護時間測試波形例
母線浪涌電壓測試評價
DIPIPM™所能承受的電壓是有一定限度的。例如對于應用于單相220VAC供電的DIPIPM™通常耐壓為600V，對于三相供電的變頻裝置來說，選擇的是1200V耐壓的DIPIPM™模塊。在整機測試評價過程中，需要測試評價DIPIPM™在短路和正常運行過程中，其浪涌電壓不超過規格值。下表6是以SLIMDIP-L為例的DIPIPM™耐電壓規格，其中VCES是SLIMDIP-L內部IGBT所能承受的耐壓；考慮到SLIMDIP-L內部走線的寄生電感，在模塊P-NU､NV､NW間最大電壓VCC(浪涌)為500V；考慮到PCB走線的寄生電感，母線供電電壓VCC最大為450V；考慮到發生短路的情況下，SLIMDIP-L能夠安全關斷，母線供電電壓VCC(保護)最大為400V。圖12是相關耐壓的定義。
表6 SLIMDIP-L耐壓規格
圖12 SLIMDIP-L耐電壓規格定義
在整機評價過程中，一般不對VCES參數評價，這個參數主要在單體評價中進行。由于VCC(浪涌)與整機PCB設計密切相關，因此需要進行重點評價。其他耐壓參數的測試評價與VCC(浪涌)評價過程基本類似，接下來以VCC(浪涌)測試評價為例對評價方法進行介紹。
測量需要通過示波器進行，把示波器電壓探頭的測試端子與PCB上模塊端子P相連接，把電壓探頭地端子與模塊N端子相連接，采用最小地環原則以盡可能地降低噪聲干擾。采用捕捉模式來對母線浪涌電壓進行測試。測試接線及波形示意圖見下圖13。通常不同的應用當中，其浪涌電壓不同，主要取決于母線電容與功率模塊DIPIPM™的P､N端子的連線寄生電感量。對于諸如母線電容與DIPIPM™在同一PCB控制板的應用（例如家電），通常其浪涌電壓不會超過規格值。但對于母線電容與DIPIPM™在不同的PCB控制板，需要通過導線連接的應用（如汽車空調等），其浪涌電壓會因連線長度增加而增加，這種情況下，可能會導致浪涌電壓超標，需要對浪涌電壓進行詳細評估。
圖13 VCC(浪涌)測試接線及波形示意圖
噪聲測試評價
噪聲測試評價是DIPIPM™評價中的一個重點評價項目，由于DIPIPM™本身工作在高壓大電流的快速開關狀態，不可避免的在PCB板上產生噪聲，同時PCB板上還可能存在其他高速開關的元器件，例如用于PFC電路的IGBT､用于開關電源的MOSFET等，都有可能產生噪聲。噪聲水平與工作中整機電流大小成正比，電流越大，噪聲越高，噪聲的大小與元器件的開關速度成正比，開關速度越快，噪聲越大。另外噪聲水平和PCB的布線密切相關。如果噪聲高于DIPIPM™的允許規格值，可能導致DIPIPM™運行故障，因此需要對DIPIPM™工作中的噪聲進行評價，特別是需要在整機上帶載情況下對DIPIPM™噪聲進行評價。表7是以SLIMDIP-L為例的DIPIPM™相關噪聲要求。
表7 SLIMDIP-L允許噪聲規格
噪聲測試評價通常采用示波器進行測試。需要評價測試的位置包括DIPIPM™的15V控制電源､3路15V自舉電源､6路PWM信號等，測試的噪聲波動應小于±1V/μs。VNC的噪聲水平為小于±5V。下圖14是一個實際地線噪聲測試的波形，實際測試中要盡可能地把測試引入的噪聲降低到最低水平（如采用下圖14類型的探頭），測試中示波器設置為捕捉模式，采用噪聲電平作為觸發源進行波形捕捉，時間軸盡可能的小，以反映噪聲的真實形狀。
圖14 地線噪聲測試例
對于單個PCB上只有1個DIPIPM™的應用來說，噪聲測試相對簡單，對于復雜系統（如單個PCB上有2個以上的DIPIPM™），其噪聲測試會相對復雜，要求評價的位置也更多，下圖15給出了一個推薦的DIPIPM™噪聲測試點的示意圖。實際測試中可以根據PCB上DIPIPM™的數量及應用類型對噪聲測試點進行選擇，下表8給出了根據不同的應用推薦的噪聲測試點。
圖15 DIPIPM™噪聲測試位置示意圖
表8 DIPIPM™噪聲測試點推薦
EMC（電磁兼容）測試評價
EMC測試主要是用來測試在整機工作狀態下，PCB板耐受電磁干擾的能力及對電網產生干擾的水平。整機EMC性能與PCB設計､元器件性能､整體電氣布局都息息相關。不同的設備對于EMC的測試標準不同，應用當中通常不對DIPIPM™的EMC進行單獨測試，而是按照整機的EMC標準進行整機評價。對于DIPIPM™來說，其耐受電磁干擾的能力是通過下圖16的測試電路來進行的。以SLIMDIP-L為例，其具備±2.0kV以上的抗噪聲能力。
圖16 DIPIPM™耐噪聲能力評價電路
盡管本講講座對DIPIPM™的評價按照生產流程劃分為單體評價､DIPIPM™在PCB上的評價､整機評價，實際應用中，這些評價可以同時進行，例如對于噪聲的評價既可以在PCB控制板上進行，也可以在整機進行。關于評價的項目，根據應用的不同，所需要評價的項目也不同，這一點需要根據實際應用的不同進行靈活增減。例如，在汽車應用中，需要進行嚴格的振動試驗及環境試驗，而家電應用中，其振動試驗及環境試驗的要求會降低。在整機評價中，需要重點關注的是測試工況，由于不同應用其負載及環境的情況截然不同，例如評價噪聲和溫升時，需要在最大電流下進行測試，而如何找到輸出電流最大的工況需要工程師對整機系統的工作狀態有清晰的了解。
1:DIPIPM™､SLIMDIP™及DIPIPM+™均為三菱電機株式會社注冊商標。
2:DIPIPM→雙列直插式智能功率模塊（Dual-in-line Intelligent Power Module）。
3:PCB→印刷線路板（Printed Circuit Board）。
4:PWM→脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation）。
5:DSP→數字信號處理器（Digital Signal Process）。
6:IGBT→絕緣柵場效應晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor）。
7:EMC→電磁兼容（ Electro Magnetic Compatibility）。
[1] Mitsubishi electric, “SLIMDIP Series Application note”
[2] Mitsubishi electric, “Super mini DIPIPM Ver.6 Series Application note”
[3] Mitsubishi electric, “Mini DIPIPM with BSD Series Application note”
[4] Mitsubishi electric, “1200V Large DIPIPM Ver.6 Series Application note”
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