請(qǐng)問DIPIPM?的特殊應(yīng)用都有哪些呢？有哪些注意事項(xiàng)？

3.8DIPIPM的特殊應(yīng)用

3.8.1DIPIPM在H橋應(yīng)用中的注意要點(diǎn)

應(yīng)該很多用戶都注意到了，目前的DIPIPM都是3相橋電路。如果我只需要兩個(gè)橋臂做一個(gè)H橋的電源，應(yīng)該怎么弄呢？今天我們就來聊聊這個(gè)問題。

3.8.1.1 功率部分

問

既然是H橋那就是有一個(gè)橋臂不需要使用。我們應(yīng)該放棄哪一個(gè)橋臂呢？

答

從發(fā)熱的角度來說，我們建議放棄V相。這樣U相和W相的發(fā)熱距離更遠(yuǎn)，相互之間的熱干擾也更少。如圖1所示。

圖1 小型DIPIPM在H橋應(yīng)用中的發(fā)熱示意圖

既然有一個(gè)橋臂不用了，那么仿真軟件還能用么？

仿真軟件還能繼續(xù)用，只是部分?jǐn)?shù)值需要調(diào)整。

圖2所示為DIPIPM在H橋應(yīng)用中的結(jié)溫計(jì)算模型。我們以PSS50S73F6為例演示一下其在H橋應(yīng)用中的功耗仿真。

圖2 DIPIPM在H橋應(yīng)用中的結(jié)溫計(jì)算模型

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

圖3是該工況下功耗仿真軟件的仿真界面。

圖3 PSS50S73F6仿真結(jié)果

如表1所示，由于少了V相橋臂的發(fā)熱，整體損耗下降了1/3，對(duì)應(yīng)的△T(c-s)也相應(yīng)下降。U相和W相的結(jié)溫也有所下降。當(dāng)然V相由于沒有工作，Tj=Tc，并沒有額外的溫升。

表1 三相橋和H橋仿真計(jì)算對(duì)比

3.8.1.2 控制部分

功率部分明白了，那么對(duì)應(yīng)的控制部分要怎么處理呢？

主要分兩部分。一是短接自舉電源，不給上橋臂供電。二是控制信號(hào)直接拉低，防止V相誤動(dòng)作。具體可以參見圖4。

圖4 DIPIPM H橋運(yùn)行推薦電路

3.8.2多DIPIPM共地應(yīng)用中的注意要點(diǎn)

第3.4講《DIPIPM的PCB布板應(yīng)用要點(diǎn)》中我們提到過，DIPIPM的布線核心是單點(diǎn)接地。這個(gè)結(jié)論的前提是系統(tǒng)中只有一個(gè)功率半導(dǎo)體。而實(shí)際系統(tǒng)中，常常會(huì)有多個(gè)功率半導(dǎo)體。比如變頻空調(diào)的控制板涉及4個(gè)功率器件，開關(guān)電源的MOSFET，PFC的IGBT，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的DIPIPM和驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的DIPIPM。再比如多軸伺服里常遇到的4-6軸驅(qū)動(dòng)器。

每個(gè)功率半導(dǎo)體都有自身的控制回路和功率回路。多個(gè)功率半導(dǎo)體共用控制回路自然會(huì)導(dǎo)致多點(diǎn)接地，進(jìn)而形成地線環(huán)路。那么我們應(yīng)該怎么做呢？

3.8.2.1 應(yīng)用手冊(cè)中的描述

圖5 應(yīng)用手冊(cè)中關(guān)于DIPIPM并聯(lián)的描述

在三菱電機(jī)的應(yīng)用手冊(cè)中，實(shí)際上并不推薦兩片DIPIPM共用一組15V電源。如上圖所示，電流路徑1會(huì)經(jīng)過較長(zhǎng)的PCB走線，從而導(dǎo)致更多的噪音和誤動(dòng)作。

3.8.2.2 地線改善思路

雖然三菱電機(jī)并不推薦這樣的應(yīng)用，但是面對(duì)老板的要求，我們還是要努力一下的。

圖6 多DIPIPM應(yīng)用中的電流路徑

針對(duì)DIPIPM1，首先需要增加一條控制地到功率地的短接線，希望DIPIPM1的下橋臂充電電流沿著電流路徑3 (綠色)前進(jìn)。

由于電流路徑1仍然是沒有阻抗的。所以電流路徑1和電流路徑3將同時(shí)存在。另外，黃圈部分會(huì)形成一個(gè)新的地線環(huán)路。我們需要通過增加阻抗讓電流選擇電流路徑3。

黃圈的右邊沿走線實(shí)際是功率地的走線，不適合增加電阻。

黃圈的下邊沿同時(shí)也是電流2的回路，在此處增加阻抗，會(huì)影響DIPIPM2的開關(guān)速度。

在黃圈的上邊沿增加阻抗，將使電流偏向電流路徑1。這并不符合我們的期望。

黃圈的左邊沿更適合增加阻抗，使電流偏向路徑3,見下圖7。

圖7 多DIPIPM應(yīng)用中的接地方案

3.8.2.3 一些說明

a)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，該電阻應(yīng)該小于0.5Ω。過大的電阻可能會(huì)引起地線波動(dòng)，進(jìn)而引起誤動(dòng)作。

b)也有一些用戶使用了磁珠/電感之類的器件代替電阻。大家可以自行測(cè)試。

c)該方案比較直觀的現(xiàn)象是控制電源+15V/5V上的噪聲等級(jí)會(huì)有所下降。

d)多軸伺服用戶可以自行拓展至4軸和6軸，已經(jīng)有小白鼠吃過螃蟹了(看起來胃口不錯(cuò))。

e)最后祝調(diào)試順利。

3.8.3DIPIPM在整流應(yīng)用中的注意要點(diǎn)

講了這么多DIPIPM在逆變電路中的應(yīng)用，今天我們來講講DIPIPM在整流中的應(yīng)用。

圖8是一個(gè)典型的背靠背電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的拓?fù)鋱D。這個(gè)拓?fù)浔容^常見的應(yīng)用場(chǎng)景包括風(fēng)力發(fā)電，電梯變頻器，油田磕頭機(jī)等。其主要目的是利用能量的雙向流動(dòng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能乃至發(fā)電。

對(duì)于DIPIPM來說，由于規(guī)格比較小，類似的應(yīng)用場(chǎng)景并不多，比較典型的是商用空調(diào)。其中DIPIPM1作為PWM整流器使用，而DIPIPM2作為逆變器驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)。

圖8 背靠背拓?fù)鋱D

從驅(qū)動(dòng)器規(guī)格的角度來看，兩個(gè)DIPIPM對(duì)應(yīng)的整流器規(guī)格和逆變器規(guī)格應(yīng)該是一致的。比如我需要10kW的電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，那對(duì)應(yīng)的PWM整流器也應(yīng)該能提供10kW的電。所以兩個(gè)DIPIPM的規(guī)格應(yīng)該是一致。

大體上這個(gè)思路是對(duì)的。但是會(huì)有1個(gè)隱蔽的細(xì)節(jié)可能會(huì)影響具體選型。這就是功率因數(shù)(PF)。我們知道功率因數(shù)(PF)來自電壓電流的相位角(cosθ)。θ的變化又帶來了有功功率和無功功率。根據(jù)有功功率和無功功率的正負(fù)，又分成了圖9里的4個(gè)象限。

圖9 4象限運(yùn)行

當(dāng)然，對(duì)于商用空調(diào)驅(qū)動(dòng)器來說情況沒有那么復(fù)雜。因?yàn)槟芰康姆较蛑挥幸粋€(gè)，如圖10所示。對(duì)于DIPIPM2和壓縮機(jī)而言，DIPIPM2是電源，壓縮機(jī)是負(fù)載，能量從DIPIPM2流向壓縮機(jī)。而對(duì)于DIPIPM1和電感而言，能量的流向是反著的，是從電感流向電源。所以電感是發(fā)出功率，DIPIPM1是吸收功率，對(duì)應(yīng)的cosθ/PF也都是負(fù)數(shù)。

圖10 商用空調(diào)驅(qū)動(dòng)器中的能量流動(dòng)

那么PF為負(fù)值對(duì)DIPIPM的仿真會(huì)帶來什么影響呢？我們來看一組仿真結(jié)果，區(qū)別只有PF的正負(fù)。

表2 PF對(duì)功耗仿真的影響

從表2中我們可以看出，在PF為正時(shí)，IGBT的溫升遠(yuǎn)高于二極管。當(dāng)PF為負(fù)時(shí)，二極管的溫升則反超了IGBT。

所以在PWM整流器的選型中，功率因數(shù)是要用負(fù)值，并且二極管的溫升是重點(diǎn)的關(guān)注對(duì)象。在某些應(yīng)用中有可能因?yàn)槎O管溫升過高，導(dǎo)致必須提升一檔的情況。

另外，DIPIPM用在PWM整流器時(shí)的PCB設(shè)計(jì)可以參考上一講的《多DIPIPM共地應(yīng)用中的注意要點(diǎn)》。相信我，你的老板不會(huì)允許用2路隔離電源的。

審核編輯：劉清