3.8 DIPIPM™的特殊應用
3.8.1 DIPIPM™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(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。
問
既然有一個橋臂不用了，那么仿真軟件還能用么？
答
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(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
問
功率部分明白了，那么對應的控制部分要怎么處理呢？
答
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(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，開關電源的MOSFET，PFC的IGBT，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
圖5 應用手冊中關于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。
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(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。
3.8.3 DIPIPM™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。
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。
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)。
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果，區(qū)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(shù)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。
