变频空调应用中DIPIPM的健康管理

讲座导语

DIPIPM是双列直插型智能功率模块的简称，由三菱电机于1997年正式推向市场，迄今已在家电、工业和汽车空调等领域获得广泛应用。本讲座主要介绍DIPIPM的基础、功能、应用和失效分析技巧，旨在帮助读者全面了解并正确使用该产品。

变频空调应用中DIPIPM的健康管理

Q有没有更贴近我们生活的例子？

A那就说说我们生活中常用的空调吧。

DIPIPM几乎是伴随着变频空调的发明而诞生。变频空调是很久很久以前，为了解决日本东西部的供电频率差异，人们想出来的一个办法。因为东日本的供电频率是50赫兹，而在包括名古屋、京都和大阪在内西日本的供电频率是60赫兹。那么在非变频机型里，就会涉及到两套完全不同部件清单。对于部件采购和销售都会有很大的麻烦。为了解决这个问题，工程师们想到了变频，以交直交的形式来统一电路设计。而我们目前经常提到的节能，静音等效果并不是最初的目的。

在相当长的时间里，变频空调里只有压缩机采用了变频技术。而目前最新的高能效空调都至少拥有3个变频“电机”，包括1个变频压缩机，1个室外风机和1个室内风机。如图15所示。

图15    变频空调的结构

接下来我们就以驱动压缩机的主DIPIPM为例，看看怎么在实际应用中评价器件的运行寿命。

首先我们需要了解变频空调在不同工况下的运行状况。根据空调的不同运行条件，选择若干组比较典型的运行工况，像表6这样。

表6    空调恶劣工况举例

接下来，我们就要像3.2节中介绍的那样对每一种工况进行功耗仿真，以确定每种工况下实际产生的温升ΔTj。

假设测试条件如下：

SLIMDIP-L, Vcc=300V, fc=5kHz, Ic=7.5Arms, fo=60Hz, PF=0.8, M=1.0, Ts=90℃

图16    空调仿真数据

所以在这次运行中，Tc从Ta=50℃开始上升，直到90℃；而Tj从Ta=50℃开始上升，直到119.7℃。

ΔTj = 119.7℃ - 50℃ ≈ 69.7℃

结合图5，完成30000个周期后，DIPIPM故障率约为1%，记为Ln。

Q那怎么把周期数换算成年呢？

A这是最复杂的一部分

我们可以利用表7和表8进行统计和计算。

表7    气温→运行次数示例

表8    运行次数→寿命示例

显然，表7牵扯出两个很难填平的大坑，各地的气象条件以及不同用户的使用习惯。显然北京会开更多制热和除霜，而广州会开更多制冷以及除湿。而别墅和普通住宅，大平层和老破小也会造成很大的差异。如果说各地的气象数据还可以根据各地气象台的数据做个统计。那么用户习惯则更依赖专业工程师的经验判断。

Q有了公式也算是有一种办法了，为什么你还这么纠结？

A因为按照这套思路做出来的结果，可以说有用，也可以说没什么用。

虽然之前的分析看起来都很有道理，但是我们并没有足够多坏品来证明这套理论的正确性。截止发稿时，三菱电机DIPIPM的发货量已经超过10亿片了。但是明确定性为功率循环寿命问题的损坏，实际上只有个位数。而在三菱电机收到各种“高龄”DIPIPM坏品中，更多的也只是各种过压，过流和过热。

其实，仔细想想也可以理解这里面的道理。

首先，如果一台空调能运行10年以上出现了损坏，大多数用户的选择会是买一台新的。如果运气比较好，驱动器能回到空调原厂。空调厂是否会将DIPIPM返回三菱电机也是一个概率问题。这就导致返回到三菱电机的“高龄”DIPIPM数量及其稀少。

其次，空调是一个复杂系统，里面有机械部件，有电气部件。每一个器件都会有自己对应的寿命极限。而空调的寿命取决于其中最短的那个器件。另一方面高龄的空调更像一个高龄的老人，各种特性的劣化导致最终一个普通工况就成了压死骆驼的最后一根稻草。热疲劳损坏的前提是器件能扛过各种过压过流过热，但是很多时候它抗不过。

Q感谢大师的讲解，能对DIPIPM寿命管理的相关内容进行简单总结吗？

A随缘，随缘就好。有缘人立地成佛，无缘魂炸鸡啤酒。命中自有定数。

关于三菱电机

三菱电机创立于1921年，是全球知名的综合性企业。在2022年《财富》世界500强排名中，位列351名。截止2022年3月31日的财年，集团营收44768亿日元（约合美元332亿）。作为一家技术主导型企业，三菱电机拥有多项专利技术，并凭借强大的技术实力和良好的企业信誉在全球的电力设备、通信设备、工业自动化、电子元器件、家电等市场占据重要地位。尤其在电子元器件市场，三菱电机从事开发和生产半导体已有60余年。其半导体产品更是在变频家电、轨道牵引、工业与新能源、电动汽车、模拟/数字通讯以及有线/无线通讯等领域得到了广泛的应用。

　　审核编辑：汤梓红