3.4DIPIPM 的PCB設(shè)計(jì)

講座導(dǎo)語(yǔ)

DIPIPM是雙列直插型智能功率模塊的簡(jiǎn)稱(chēng)，由三菱電機(jī)于1997年正式推向市場(chǎng)，迄今已在家電、工業(yè)和汽車(chē)空調(diào)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。本講座主要介紹DIPIPM的基礎(chǔ)、功能、應(yīng)用和失效分析技巧，旨在幫助讀者全面了解并正確使用該產(chǎn)品。

通過(guò)前幾期的技術(shù)講座，我們了解了DIPIPM的選型方法和接口電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。通過(guò)上一節(jié)我們更加直觀地了解了DIPIPM的優(yōu)勢(shì)在于外圍器件少、設(shè)計(jì)上手快；DIPIPM從600V/2A~75A、1200V/5A~75A內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)和外圍接口電路的設(shè)計(jì)基本一致，只要使用其中任意一款DIPIPM，可以方便地拓展到不同功率等級(jí)的產(chǎn)品線(xiàn)，系列擴(kuò)展簡(jiǎn)單、節(jié)省研發(fā)資源。對(duì)于研發(fā)工程師來(lái)說(shuō)，完成外圍接口電路的設(shè)計(jì)后，接下來(lái)更為重要難度也更大的工作是進(jìn)行PCB布局/布線(xiàn)設(shè)計(jì)，本節(jié)的主要內(nèi)容是介紹DIPIPM的PCB布局/布線(xiàn)應(yīng)用要點(diǎn)。

3.4.1DIPIPM 的PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)于DIPIPM來(lái)說(shuō)，由于其內(nèi)置了HVIC?LVIC用于IGBT的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)等諸多功能，因而其電路設(shè)計(jì)相較采用分立器件的功率變換裝置會(huì)更簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)周期更短，但其PCB設(shè)計(jì)也能體現(xiàn)出硬件工程師對(duì)功率器件原理的理解及PCB布線(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)。

DIPIPM作為典型的功率器件，始終處于高溫、高壓、大電流、高速開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，其工作的穩(wěn)定性和PCB布線(xiàn)密切相關(guān)，PCB布線(xiàn)的好壞不僅影響DIPIPM的可靠性，同時(shí)也決定了整個(gè)PCB的安全、EMC（電磁兼容）等關(guān)鍵指標(biāo)。為了幫助工程師設(shè)計(jì)出高可靠性的PCB線(xiàn)路板，三菱電機(jī)在相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用手冊(cè)中對(duì)DIPIPM周邊的布線(xiàn)應(yīng)用要點(diǎn)有較為詳細(xì)的介紹，并且為了更直觀地展示應(yīng)用DIPIPM的PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)，三菱電機(jī)為各個(gè)封裝的DIPIPM設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的演示板供工程師參考，如下圖1所示。

圖1｜應(yīng)用DIPIPM的PCB演示板

DIPIPM的接口電路設(shè)計(jì)是相關(guān)PCB布線(xiàn)的基礎(chǔ)，PCB設(shè)計(jì)之前需要對(duì)接口電路的功能進(jìn)行詳細(xì)的了解，不同的接口電路對(duì)布線(xiàn)的要求有所不同，如信號(hào)驅(qū)動(dòng)部分屬于弱電信號(hào)，PCB走線(xiàn)對(duì)電流承載能力要求低；而自舉電路部分屬于高電壓的強(qiáng)電，這部分PCB走線(xiàn)需要與弱電信號(hào)保持足夠的電氣距離。以第6代超小型DIPIPM為例的典型接口電路及相關(guān)PCB布線(xiàn)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)見(jiàn)下圖2所示。

圖2｜第6代超小型DIPIPM典型接口電路

PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

旁路電阻（電流檢測(cè)電阻）盡量靠近NU/NV/NW端子放置，盡量減小NU/NV/NW端子配線(xiàn)的長(zhǎng)度。

功率地和控制地在N1位置單點(diǎn)相連（盡量使功率地和控制地不要重疊走線(xiàn)）。

短路保護(hù)端子的配線(xiàn)盡量短，RC濾波電路放在CIN端子附近。

輸入控制信號(hào)不在功率地、高壓電路走線(xiàn)附近配線(xiàn)（即使在電路的不同層），輸入控制信號(hào)的配線(xiàn)盡量短，若其配線(xiàn)較長(zhǎng)，建議在輸入端子附近加RC濾波電路，注意插入RC濾波電路時(shí)，輸入端子的信號(hào)電壓值有可能減小，要確認(rèn)輸入信號(hào)電壓滿(mǎn)足觸發(fā)閾值的要求。

高壓側(cè)控制電源地的配線(xiàn)應(yīng)與U、V、W輸出的配線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)（針對(duì)超小型)。

為防止控制電源電壓浪涌噪聲引起的過(guò)壓損壞，在控制電源端子與其地端子附近加齊納二級(jí)管和陶瓷電容?

盡量縮短控制地配線(xiàn)的長(zhǎng)度?

P-N1端子附近加0.1～0.22μF的浪涌吸收電容，電解電容的端子與P?N1端子之間的配線(xiàn)長(zhǎng)度盡可能加粗、縮短。

PCB布線(xiàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在了解了DIPIPM的PCB設(shè)計(jì)相關(guān)注意事項(xiàng)后，就可以進(jìn)行PCB布線(xiàn)了。不同封裝的DIPIPM模塊，其接口電路基本相同，因而其PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)也基本相同；管腳定義及排列稍有不同，實(shí)際布線(xiàn)時(shí)需要根據(jù)模塊具體的封裝及管腳排列進(jìn)行相應(yīng)的布線(xiàn)；由于不同的DIPIPM其電壓、電流規(guī)格不盡相同，具體的PCB布線(xiàn)方式也需要根據(jù)規(guī)格不同進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，比如電流越大的DIPIPM，其主電流走線(xiàn)也需要相應(yīng)加寬。下圖3是以超小型為例的DIPIPM的PCB布線(xiàn)舉例及其應(yīng)用要點(diǎn)，其它規(guī)格的DIPIPM的PCB布線(xiàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

圖3｜超小型DIPIPM PCB布線(xiàn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

PCB設(shè)計(jì)不良導(dǎo)致的故障舉例

審核編輯：湯梓紅