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1、 第 4 代大型 DIPIPM 应用手册 第第4代大型代大型DIPIPM 应用手册 第一版 应用手册 第一版 Large DIPIPM Ver 4 Application Note Ver 1 PS21A7 Series 参照日文版 参照日文版 DPH 6414 及英文版及英文版 DPH 6414e 第 4 代大型 DIPIPM 应用手册 版权声明 本手册根据三菱电机 日本 的 大型 DIPIPM Ver 4 应用手册 日文版 DPH 6414 并部分英文版 DPH 6414e 翻译而成 三菱电机株式会社和三菱电机机电 上海 有限公司拥有本手册内所有资料的版权 任何个人和企业在未得到书面许可的
2、情况下 不得传播 复制 转载 出版和出售涉及本手册的任何内 容 如有违反 我们将保留追究其法律责任的权利 敬请留意 2009 年 3 月 第 4 代大型 DIPIPM 应用手册 目目 录录 第 1 章 产品概要 1 1 1 用途 1 1 2 第 4 代大型DIPIPM产品系列 1 1 3 特征和性能 1 1 4 与以前产品的比较 2 第 2 章 规格和功能 3 2 1 DIPIPM规格 3 2 1 1 最大额定值 3 2 1 2 电气特性 热阻 4 2 1 3 电气特性 静态特性以及开关特性 5 2 1 4 电气特性 控制 保护 特性 6 2 1 5 推荐工作条件 7 2 1 6 机械特性及其
3、定额 8 2 2 保护功能及其工作时序 9 2 2 1 短路保护 9 2 2 2 控制电源欠压保护 UV 12 2 2 3 温度模拟信号输出功能 13 2 3 封装 16 2 3 1 封装外形 16 2 3 2 功率硅片的位置 17 2 3 3 激光标签的位置 17 2 3 4 引脚说明 18 2 4 安装方法 20 2 4 1 绝缘距离 20 2 4 2 安装方法和注意事项 20 2 4 3 焊接要求和注意事项 21 第 3 章 使用方法 22 3 1 使用方法和应用 22 3 1 1 系统连接 22 3 1 2 接口电路 无光耦 23 3 1 3 接口电路 光耦隔离接口 24 3 1 4
4、信号输入引脚和Fo引脚的电路 25 3 1 5 吸收电路 27 3 1 6 GND周围布线的影响 28 3 1 7 PCB设计的注意事项 29 3 1 8 DIPIPM的安全工作区 开关状态 短路状态 30 3 1 9 短路SOA 30 3 1 10 工作寿命 32 3 2 功耗计算和热设计 33 第 4 代大型 DIPIPM 应用手册 3 2 1 功耗计算 33 3 2 2 温升考虑和计算例子 34 3 3 抗噪声能力 35 3 3 1 测试回路 35 3 3 2 对策及注意事项 35 3 3 3 抗静电能力 36 第 4 章 DIPIPM外部参数的设定指南 38 4 1 单电源驱动 38
5、4 1 1 自举电容初始充电的原理 38 4 1 2 变频工作中的自举电容充 放电 38 第 5 章 其它 42 5 1 包装规格 42 5 2 使用注意事项 43 第 4 代大型 DIPIPM 应用手册 第 1 章 产品概要 1 1 用途用途 商用空调和大型空调等的压缩机驱动 风扇马达变频控制和伺服控制器 以及小功率工业用通用变频 器等 1 2 第第4代大型代大型DIPIPM产品系列产品系列 表表 1 1 产品系列产品系列 型号型号 额定值额定值 电机容量电机容量 绝缘电压绝缘电压 Viso PS21A79 50A 600V 3 7 kW 220VAC PS21A7A 75A 600V 5
6、5 kW 220VAC AC2500Vrms 正弦 60Hz 1 分钟 所有引脚短路后与 散热器之间 注 电机额定容量是指 适用于一般工业通用变频器的容量 应用条件不同 适用的电机容量也不同 1 3 特征和性能特征和性能 第 4 代大型 DIPIPM 采用便于量产 性能优异的压注模封装技术 将电机控制用逆变回路的功率硅片 及其驱动和保护电路等集成于一个模块之中 与三菱第 3 代大型 DIPIPM 相比 由于在绝缘结构中采用了高导热性能的绝缘导热片 因此在相同的 封装尺寸下 第 4 代大型 DIPIPM 能够提供相对更高的额定电流 75A 600V 扩展了产品线 图 1 1 给出了外观照片 图
7、1 2 给出了内部结构图 1 44 内置功能 树脂树脂 铝散热片 IGBT IC 铝散热片 IGBT IC FWDi铝线金线 FWDi铝线金线 绝缘导热片绝缘导热片 图图 1 1 模块的外观照片图模块的外观照片图 1 2 内部断面结构图内部断面结构图 P 侧 IGBT 部分 驱动电路 高压电平转换电路 控制电源欠压 UV 保护电路 无故障信号输出 N 侧 IGBT 部分 驱动电路 短路保护电路 控制电源欠压 UV 保护电路 短路保护 通过 DIPIPM 外部的电流检测电阻 对 N 侧 IGBT 硅片的分流电流进行检测 并反馈 给 DIPIPM LVIC 温度模拟量输出电路 故障信号输出 N 侧
8、 IGBT 短路保护及 N 侧控制电源欠压保护时输出 IGBT 驱动电源 DC15V 单一电源 输入接口 高电平有效 第 4 代大型 DIPIPM 应用手册 2 44 图图 1 3 内部电路图内部电路图 1 4 与以前产品的比较与以前产品的比较 第 4 代大型 DIPIPM 和第 3 代大型 DIPIPM PS2186X 的不同点 主要有以下几个方面 1 产品容量的扩展 由于绝缘导热结构从树脂绝缘结构改成了绝缘导热片结构 结到壳间的热阻大大降低 因此在封装尺 寸相同的情况下 从原来最大电流为 50A 600V 的产品扩展到 75A 600V 的产品 2 短路保护检测方法的改变 以前在 N 引脚
9、外外接旁路电阻 shunt resistor 来实现短路电流的检测 在电流增大时 电阻部分的 损耗也变大 需要选取功率大的电阻 第 4 代大型 DIPIPM 采用具有电流传感功能的 IGBT 硅片 通过检测与主电流成比例的微小电流来检 测短路情况 从而改变了检测方法 因此 没有必要在主电流流经的通路上外接旁路电阻 改善了电阻部 分的损耗 详见 2 2 1 3 LVIC 温度模拟输出功能 在 N 侧 IGBT 的 LVIC 内集成了温度检测元件 此电路将输出一个模拟信号 这样就可以代替原来安 装在外部散热器上的热敏电阻来进行过热保护 虽检测出 LVIC 部分的温度 但由于 LVIC 远离 IGB
10、T 硅片 因此无法跟踪开关工作时 IGBT 硅片急 剧变化的瞬时温度 而且 过热时内部无法自主保护 为了能够进行过温保护 应监视模块的该模拟量输 出 必要时关断输入信号 详见 2 2 2 4 引脚排列 为实现以上 2 3 的功能而增加了 个引脚 以及将 N 侧 IGBT 的发射极引脚分开 即相应分为 个 引脚 引出 这些都与第 3 代大型 DIPIPM PS2186X 不同 详见 2 3 第 4 代大型 DIPIPM 应用手册 第 2 章 规格和功能 2 1 DIPIPM规格规格 以 PS21A7A 75A 600V 为例进行说明 其它型号请参照相应的规格书 2 1 1 最大额定值最大额定值
11、PS21A7A 75A 600V 的最大额定值如表 2 1 所示 表表 2 1 PS21A7A 75A 600V 的最大额定值的最大额定值 最大额定值 Tj 25 注明的除外 逆变部分逆变部分 项项 目目 符符 号号 条条 件件 额定值额定值 单单 位位 电源电压 VCC P NU NV NW 间 450 V 电源电压 浪涌 VCC surge P NU NV NW 间 500 V 集电极 发射极间电压 VCES 600 V 集电极电流 IC Tc 25 75 A 集电极电流 尖峰值 ICP Tc 25 1ms 以内 150 A 集电极损耗 PC Tc 25 每 1 个单元 162 W 结温
12、Tj 20 150 3 44 控制 保护 部分控制 保护 部分 项项 目目 符符 号号 条条 件件 额定值额定值 单单 位位 控制电源电压 VD VP1 VPC VN1 VNC间 20 V 控制电源电压 VDB VUFB VUFS VVFB VVFS VWFB VWFS 间 20 V 输入信号电压 VIN UP VP WP VPC UN VN WN VNC间 0 5 VD 0 5 V 故障输出电压 VFO Fo VNC间 0 5 VD 0 5 V 故障输出电流 IFO Fo 引脚电流 凹陷电流 1 mA 电流检测引脚输入电压 VSC CIN VNC间 0 5 VD 0 5 V 全系统全系统 项
13、项 目目 符符 号号 条条 件件 额定值额定值 单单 位位 电源电压自我保护范围 短路 VCC PROT VD 13 5 16 5V 逆变部分 Tj 125 2 s 以内 非重复 400 V 工作壳温 Tc 注 1 20 100 存储温度 Tstg 40 125 绝缘耐压 Viso 正弦 60Hz AC 1 分钟 所有引脚短路后与散热器之间 2500 Vrms 注 1 Tc 测量点 示意图 在UN IGBT下方 Tc测量点 第 4 代大型 DIPIPM 应用手册 项目解释 VCC IGBT 没有开关动作时 P N 间可施加的最大的直流电压 需要时可通过采用制动电路 等电压抑制措施来加以限制 使
14、得 P N 间电压不超过该值 VCC surge IGBT 在开关状态下 P N 间出现的浪涌电压的最大值 有时需要降低母线电感以及 增加吸收电路来避免 P N 间电压超过这个电压值 VCES 可在内置 IGBT 的 C E 间施加的最大电压值 IC 在 Tc 25 时 允许持续导通的直流电流 温度升高时 可持续导通的电流值将下降 Tj 结温的最大额定值为瞬时 150 但为了安全工作 推荐平均结温在 125 以下 另 外 温度变化也会影响寿命 请参照 3 1 10 寿命曲线进行设计 VCC PROT 发生短路保护时模块能安全关断 IGBT 的最大电压值 超过此值 模块不能被可靠保 护 而且内部
15、元件被破坏的可能性极高 Tc 测定点 硅片的正下方为 Tc 测定点 请在外部散热器表面的 Tc 测定点相应位置安装热电偶 由于实际上的P侧和N侧的控制方式不同 可能导致最高壳温点与上述的Tc测定点有所不同 此时需要 将测试点改在具有最高温度的功率硅片的下方 请参照2 3 2的硅片布局图来改变Tc测量点 2 1 2 电气特性 热阻电气特性 热阻 表 2 2 给出了 PS21A7A 75A 600V 的热阻值 表表 2 2 PS21A7A 75A 600V 的热阻规格的热阻规格 热 阻 项项 目目 符符 号号 条条 件 件 最小值典型值最小值典型值 最大值最大值 单单 位位 结 壳间热阻 Rth
16、j c Q 逆变 IGBT 部分 1 6 模块 0 77 注 2 Rth j c F 逆变 FWDi 部分 1 6 模块 1 25 W 注 2 应将具有良好热传导特性的硅脂均匀涂抹在 DIPIPM 和散热器的接触面上 厚度为 100 200 m 并按照推荐的力矩和 方法拧紧 硅脂应在组件工作温度范围内性能不变 硅脂的厚度和热传导率决定 DIPIPM 与散热器间的接触热阻 当硅脂厚度为 20 m 热传导率为 1 0W m K 的时候 接触热 阻 1 6 模块 为 0 2 W 表 2 2 给出了在稳态下硅片结到外壳之间的热阻 对于第 4 代大型 DIPIPM 的热阻 大约 10 秒达到 稳态值 10 秒钟内的热阻 被称为瞬态热阻 曲线如图 2 1 所示 图 2 1 中瞬态热阻 Zth j c 的 1 相当 于规格表中的热阻值 在 0 1 秒时 PS21A7A 的 IGBT 部分的瞬态热阻值为 0 77 W 0 5 0 39 W 瞬态热阻不是在 稳态电流时应用 而是在短时间 ms 程度 大电流时计算瞬态温升而使用 例如电机启动及停止 0 01 0 10 1 00 0 0010 010 111
