请问DIPIPM™的特殊应用都有哪些呢？有哪些注意事项？

3.8  DIPIPM的特殊应用

3.8.1  DIPIPM在H桥应用中的注意要点

应该很多用户都注意到了，目前的DIPIPM都是3相桥电路。如果我只需要两个桥臂做一个H桥的电源，应该怎么弄呢？今天我们就来聊聊这个问题。

3.8.1.1 功率部分

问

既然是H桥那就是有一个桥臂不需要使用。我们应该放弃哪一个桥臂呢？

答

从发热的角度来说，我们建议放弃V相。这样U相和W相的发热距离更远，相互之间的热干扰也更少。如图1所示。

图1    小型DIPIPM在H桥应用中的发热示意图

既然有一个桥臂不用了，那么仿真软件还能用么？

仿真软件还能继续用，只是部分数值需要调整。

图2所示为DIPIPM在H桥应用中的结温计算模型。我们以PSS50S73F6为例演示一下其在H桥应用中的功耗仿真。

图2    DIPIPM在H桥应用中的结温计算模型

仿真条件：SVPWM, Vcc=300V, Io=50Apeak, PF=0.8, M=1, fc=5kHz, fo=60Hz, Ts=100℃

图3是该工况下功耗仿真软件的仿真界面。

图3    PSS50S73F6仿真结果

如表1所示，由于少了V相桥臂的发热，整体损耗下降了1/3，对应的△T(c-s)也相应下降。U相和W相的结温也有所下降。当然V相由于没有工作，Tj=Tc，并没有额外的温升。

表1    三相桥和H桥仿真计算对比

3.8.1.2 控制部分

功率部分明白了，那么对应的控制部分要怎么处理呢？

主要分两部分。一是短接自举电源，不给上桥臂供电。二是控制信号直接拉低，防止V相误动作。具体可以参见图4。

图4    DIPIPM H桥运行推荐电路

3.8.2  多DIPIPM共地应用中的注意要点

第3.4讲《DIPIPM的PCB布板应用要点》中我们提到过，DIPIPM的布线核心是单点接地。这个结论的前提是系统中只有一个功率半导体。而实际系统中，常常会有多个功率半导体。比如变频空调的控制板涉及4个功率器件，开关电源的MOSFET，PFC的IGBT，驱动压缩机的DIPIPM和驱动风机的DIPIPM。再比如多轴伺服里常遇到的4-6轴驱动器。

每个功率半导体都有自身的控制回路和功率回路。多个功率半导体共用控制回路自然会导致多点接地，进而形成地线环路。那么我们应该怎么做呢？

3.8.2.1 应用手册中的描述

图5    应用手册中关于DIPIPM并联的描述

在三菱电机的应用手册中，实际上并不推荐两片DIPIPM共用一组15V电源。如上图所示，电流路径1会经过较长的PCB走线，从而导致更多的噪音和误动作。

3.8.2.2 地线改善思路

虽然三菱电机并不推荐这样的应用，但是面对老板的要求，我们还是要努力一下的。

图6    多DIPIPM应用中的电流路径

针对DIPIPM1，首先需要增加一条控制地到功率地的短接线，希望DIPIPM1的下桥臂充电电流沿着电流路径3 (绿色)前进。

由于电流路径1仍然是没有阻抗的。所以电流路径1和电流路径3将同时存在。另外，黄圈部分会形成一个新的地线环路。我们需要通过增加阻抗让电流选择电流路径3。

黄圈的右边沿走线实际是功率地的走线，不适合增加电阻。

黄圈的下边沿同时也是电流2的回路，在此处增加阻抗，会影响DIPIPM2的开关速度。

在黄圈的上边沿增加阻抗，将使电流偏向电流路径1。这并不符合我们的期望。

黄圈的左边沿更适合增加阻抗，使电流偏向路径3,见下图7。

图7    多DIPIPM应用中的接地方案

3.8.2.3 一些说明

a)实践经验表明，该电阻应该小于0.5Ω。过大的电阻可能会引起地线波动，进而引起误动作。

b)也有一些用户使用了磁珠/电感之类的器件代替电阻。大家可以自行测试。

c)该方案比较直观的现象是控制电源+15V/5V上的噪声等级会有所下降。

d)多轴伺服用户可以自行拓展至4轴和6轴，已经有小白鼠吃过螃蟹了(看起来胃口不错)。

e)最后祝调试顺利。

3.8.3  DIPIPM在整流应用中的注意要点

讲了这么多DIPIPM在逆变电路中的应用，今天我们来讲讲DIPIPM在整流中的应用。

图8是一个典型的背靠背电机驱动器的拓扑图。这个拓扑比较常见的应用场景包括风力发电，电梯变频器，油田磕头机等。其主要目的是利用能量的双向流动实现节能乃至发电。

对于DIPIPM来说，由于规格比较小，类似的应用场景并不多，比较典型的是商用空调。其中DIPIPM1作为PWM整流器使用，而DIPIPM2作为逆变器驱动空调压缩机。

图8    背靠背拓扑图

从驱动器规格的角度来看，两个DIPIPM对应的整流器规格和逆变器规格应该是一致的。比如我需要10kW的电驱动压缩机，那对应的PWM整流器也应该能提供10kW的电。所以两个DIPIPM的规格应该是一致。

大体上这个思路是对的。但是会有1个隐蔽的细节可能会影响具体选型。这就是功率因数(PF)。我们知道功率因数(PF)来自电压电流的相位角(cosθ)。θ的变化又带来了有功功率和无功功率。根据有功功率和无功功率的正负，又分成了图9里的4个象限。

图9    4象限运行

当然，对于商用空调驱动器来说情况没有那么复杂。因为能量的方向只有一个，如图10所示。对于DIPIPM2和压缩机而言，DIPIPM2是电源，压缩机是负载，能量从DIPIPM2流向压缩机。而对于DIPIPM1和电感而言，能量的流向是反着的，是从电感流向电源。所以电感是发出功率，DIPIPM1是吸收功率，对应的cosθ/PF也都是负数。

图10    商用空调驱动器中的能量流动

那么PF为负值对DIPIPM的仿真会带来什么影响呢？我们来看一组仿真结果，区别只有PF的正负。

表2    PF对功耗仿真的影响

从表2中我们可以看出，在PF为正时，IGBT的温升远高于二极管。当PF为负时，二极管的温升则反超了IGBT。

所以在PWM整流器的选型中，功率因数是要用负值，并且二极管的温升是重点的关注对象。在某些应用中有可能因为二极管温升过高，导致必须提升一档的情况。

另外，DIPIPM用在PWM整流器时的PCB设计可以参考上一讲的《多DIPIPM共地应用中的注意要点》。相信我，你的老板不会允许用2路隔离电源的。

审核编辑：刘清