3.8DIPIPM的特殊應用

3.8.1DIPIPM在H橋應用中的注意要點

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

3.8.1.1 功率部分

問

既然是H橋那就是有一個橋臂不需要使用。我們應該放棄哪一個橋臂呢？

答

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

圖1 小型DIPIPM在H橋應用中的發熱示意圖

既然有一個橋臂不用了，那么仿真軟件還能用么？

仿真軟件還能繼續用，只是部分數值需要調整。

圖2所示為DIPIPM在H橋應用中的結溫計算模型。我們以PSS50S73F6為例演示一下其在H橋應用中的功耗仿真。

圖2 DIPIPM在H橋應用中的結溫計算模型

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仿真結果

如表1所示，由于少了V相橋臂的發熱，整體損耗下降了1/3，對應的△T(c-s)也相應下降。U相和W相的結溫也有所下降。當然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橋仿真計算對比

3.8.1.2 控制部分

功率部分明白了，那么對應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。二是控制信號直接拉低，防止V相誤動作。具體可以參見圖4。

圖4 DIPIPM H橋運行推薦電路

3.8.2多DIPIPM共地應用中的注意要點

第3.4講《DIPIPM的PCB布板應用要點》中我們提到過，DIPIPM的布線核心是單點接地。這個結論的前提是系統中只有一個功率半導體。而實際系統中，常常會有多個功率半導體。比如變頻空調的控制板涉及4個功率器件，開關電源的MOSFET，PFC的IGBT，驅動壓縮機的DIPIPM和驅動風機的DIPIPM。再比如多軸伺服里常遇到的4-6軸驅動器。

每個功率半導體都有自身的控制回路和功率回路。多個功率半導體共用控制回路自然會導致多點接地，進而形成地線環路。那么我們應該怎么做呢？

3.8.2.1 應用手冊中的描述

圖5 應用手冊中關于DIPIPM并聯的描述

在三菱電機的應用手冊中，實際上并不推薦兩片DIPIPM共用一組15V電源。如上圖所示，電流路徑1會經過較長的PCB走線，從而導致更多的噪音和誤動作。

3.8.2.2 地線改善思路

雖然三菱電機并不推薦這樣的應用，但是面對老板的要求，我們還是要努力一下的。

圖6 多DIPIPM應用中的電流路徑

針對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。

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將同時存在。另外，黃圈部分會形成一個新的地線環路。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際是功率地的走線，不適合增加電阻。

黃圈的下邊沿同時也是電流2的回路，在此處增加阻抗，會影響DIPIPM2的開關速度。

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應用中的接地方案

3.8.2.3 一些說明

a)實踐經驗表明，該電阻應該小于0.5Ω。過大的電阻可能會引起地線波動，進而引起誤動作。

b)也有一些用戶使用了磁珠/電感之類的器件代替電阻。大家可以自行測試。

c)該方案比較直觀的現象是控制電源+15V/5V上的噪聲等級會有所下降。

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

e)最后祝調試順利。

3.8.3DIPIPM在整流應用中的注意要點

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

圖8是一個典型的背靠背電機驅動器的拓撲圖。這個拓撲比較常見的應用場景包括風力發電，電梯變頻器，油田磕頭機等。其主要目的是利用能量的雙向流動實現節能乃至發電。

對于DIPIPM來說，由于規格比較小，類似的應用場景并不多，比較典型的是商用空調。其中DIPIPM1作為PWM整流器使用，而DIPIPM2作為逆變器驅動空調壓縮機。

圖8 背靠背拓撲圖

從驅動器規格的角度來看，兩個DIPIPM對應的整流器規格和逆變器規格應該是一致的。比如我需要10kW的電驅動壓縮機，那對應的PWM整流器也應該能提供10kW的電。所以兩個DIPIPM的規格應該是一致。

大體上這個思路是對的。但是會有1個隱蔽的細節可能會影響具體選型。這就是功率因數(PF)。我們知道功率因數(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。根據有功功率和無功功率的正負，又分成了圖9里的4個象限。

圖9 4象限運行

當然，對于商用空調驅動器來說情況沒有那么復雜。因為能量的方向只有一個，如圖10所示。對于DIPIPM2和壓縮機而言，DIPIPM2是電源，壓縮機是負載，能量從DIPIPM2流向壓縮機。而對于DIPIPM1和電感而言，能量的流向是反著的，是從電感流向電源。所以電感是發出功率，DIPIPM1是吸收功率，對應的cosθ/PF也都是負數。

圖10 商用空調驅動器中的能量流動

那么PF為負值對DIPIPM的仿真會帶來什么影響呢？我們來看一組仿真結果，區別只有PF的正負。

表2 PF對功耗仿真的影響

從表2中我們可以看出，在PF為正時，IGBT的溫升遠高于二極管。當PF為負時，二極管的溫升則反超了IGBT。

所以在PWM整流器的選型中，功率因數是要用負值，并且二極管的溫升是重點的關注對象。在某些應用中有可能因為二極管溫升過高，導致必須提升一檔的情況。

另外，DIPIPM用在PWM整流器時的PCB設計可以參考上一講的《多DIPIPM共地應用中的注意要點》。相信我，你的老板不會允許用2路隔離電源的。

審核編輯：劉清