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請問DIPIPM?的特殊應用都有哪些呢?有哪些注意事項?

三菱電機半導體 ? 來源:三菱電機半導體 ? 2023-08-11 15:41 ? 次閱讀
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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

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?

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,相互之間的熱干擾也更少。如圖1所示。

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圖1 小型DIPIPM在H橋應用中的發(fā)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(xù)用,只是部分數(shù)值需要調(diào)整。

圖2所示為DIPIPM在H橋應用中的結(jié)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。

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圖2 DIPIPM在H橋應用中的結(jié)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。

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圖3 PSS50S73F6仿真結(jié)果

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,對應的△T(c-s)也相應下降。U相和W相的結(jié)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

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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

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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(jié)論的前提是系統(tǒng)中只有一個功率半導體。而實際系統(tǒng)中,常常會有多個功率半導體。比如變頻空調(diào)的控制板涉及4個功率器件,開關(guān)電源MOSFETPFCIGBT,驅(qū)動壓縮機的DIPIPM和驅(qū)動風機的DIPIPM。再比如多軸伺服里常遇到的4-6軸驅(qū)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(huán)路。那么我們應該怎么做呢?

3.8.2.1 應用手冊中的描述

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圖5 應用手冊中關(guān)于DIPIPM并聯(lián)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(jīng)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。

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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(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(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

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圖7 多DIPIPM應用中的接地方案

3.8.2.3 一些說明

a)實踐經(jīng)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(xiàn)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(jīng)有小白鼠吃過螃蟹了(看起來胃口不錯)。

e)最后祝調(diào)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(qū)動器的拓撲圖。這個拓撲比較常見的應用場景包括風力發(fā)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(xiàn)節(jié)能乃至發(fā)電。

對于DIPIPM來說,由于規(guī)格比較小,類似的應用場景并不多,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)動空調(diào)壓縮機。

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圖8 背靠背拓撲圖

從驅(qū)動器規(guī)格的角度來看,兩個DIPIPM對應的整流器規(guī)格和逆變器規(guī)格應該是一致的。比如我需要10kW的電驅(qū)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(guī)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(jié)可能會影響具體選型。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,又分成了圖9里的4個象限。

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圖9 4象限運行

當然,對于商用空調(diào)驅(qū)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(fā)出功率,DIPIPM1是吸收功率,對應的cosθ/PF也都是負數(shù)。

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圖10 商用空調(diào)驅(qū)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(jié)果,區(qū)別只有PF的正負。

表2 PF對功耗仿真的影響

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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(shù)是要用負值,并且二極管的溫升是重點的關(guān)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

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原文標題:第16講:DIPIPM?的特殊應用

文章出處:【微信號:三菱電機半導體,微信公眾號:三菱電機半導體】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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