DIPIPM™是雙列直插型智能功率模塊的簡稱，由三菱電機(jī)于1997年正式推向市場，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。
正確理解DIPIPM™產(chǎn)品規(guī)格書
通過前幾期的技術(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，這有助于我們在實(shí)際應(yīng)用中選擇合適的功率器件，確定了選用DIPIPM™之后, 下一步要面對的就是選擇合適的DIPIPM™型號。選擇型號時(shí)，最重要的工作是全面、深入地去理解產(chǎn)品規(guī)格書。DIPIPM™產(chǎn)品規(guī)格書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)格書中參數(shù)均為Tj=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)格書中對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)有介紹說明，這里就不再重復(fù)，對于前面未有說明的參數(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)動信號中設(shè)置避免上下橋開關(guān)器件同時(shí)開通的死區(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控制輸入信號頻率
設(shè)計(jì)中應(yīng)使開關(guān)頻率低于規(guī)格書中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輸入信號的最小脈寬
對于脈寬小于PWIN(on)的輸入ON信號，模塊可能不響應(yīng)。對于脈寬小于PWIN(off)的輸入OFF信號，模塊可能延遲響應(yīng)或者不響應(yīng)，后者請參照圖6中相關(guān)時(shí)序圖。
圖6 脈寬小于PWIN(off)的輸入信號時(shí)DIPIPM™的動作延遲（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)級參數(shù)，其中Vcc為在無開關(guān)動作狀態(tài)下P-N端子間直流母線電壓。Vcc(surge)為在開關(guān)動作狀態(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抑制母線電壓浪涌，否則將可能導(dǎo)致模塊過壓失效。Vcc(PROT)為在短路或過流故障時(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壓失效。圖7為DIPIPM™在開關(guān)狀態(tài)和短路狀態(tài)下的SOA，下面以PSS15S92F6-AG對上述電壓參數(shù)進(jìn)行相關(guān)說明。
圖7 開關(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說明
圖9 熱量傳輸路徑與Tj、Tc及Tic關(guān)系說明
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通過自舉電路產(chǎn)生的用于上臂IGBT單元的懸浮電源電壓，VDB來源于VD，但考慮到下橋臂續(xù)流二極管續(xù)流時(shí)也會對自舉電容充電，VDB的最大值可能會高于VD。另外需要注意的是，P側(cè)的VDB發(fā)生欠壓保護(hù)時(shí)是沒有Fo信號產(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。接下來的講座中，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)知識進(jìn)行介紹，敬請期待。