第11讲：DIPIPM™应用电路（2）

第11讲：DIPIPM™应用电路（2）

在前几期的技术讲座中，我们深入探讨了DIPIPM™的基本结构、内置功能、选型方法以及功耗仿真等内容。从本期开始，将重点介绍DIPIPM™的典型应用接口电路及其PCB设计要点。从实际应用角度看，DIPIPM™凭借外围器件少、设计上手快等优势，显著提升了开发效率。其600V/2A～75A至1200V/5A～75A的多款产品，在内部架构及外围接口设计方面保持高度一致性，用户只需掌握其中一款的使用方法，便可轻松拓展至其他功率等级的产品线，实现快速的产品系列开发。

3.3.1 控制逻辑输入信号（PWM）

DIPIPM™的PWM控制信号采用高电平有效（3～15V TTL/MOS）。模块内部集成的高压集成电路（HVIC）具备电平转移功能，使控制信号可以直接由MCU或DSP输出，而无需额外的光耦隔离。

在控制信号端，已内置3.3kΩ的下拉电阻，因此在外部无需再添加此类电阻。但需要注意的是，Fo信号线建议通过10kΩ电阻上拉至5V，以确保信号稳定性。

DIPIPM™对输入信号的最小脉宽有一定的限制。若输入信号脉宽（无论是开通还是关断）低于该限制，模块可能无法响应或无法正常工作。具体限制值请参阅对应产品的规格书，不同电流等级的限制值可能有所不同。

3.3.2 输入端RC滤波设计

如图11所示，典型DIPIPM™（以超小型为例）的输入端具备RC滤波结构。其中的滤波电容值应根据系统的PWM控制方式和PCB引线阻抗进行合理选择。

由于模块内部已集成3.3kΩ（最小值）的下拉电阻，因此在添加外部滤波电阻时，需确保控制信号端的电压仍满足电压阈值要求。控制信号的电压应满足如下条件：

• 开通电平 > V_th(on)Max
• 关断电平 < V_th(off)Min

详细电压阈值可参考表3与表4。

3.3.3 V_OT接口电路

V_OT功能通过低电压集成电路（LVIC）内置的温度传感器检测其表面温度，并将温度信号输出到外部端子。由于IGBT和续流二极管产生的热量需通过封装材料和散热器传导至LVIC，因此温度响应具有一定的滞后性。该功能更适合用于系统散热异常或持续过载等缓慢升温场景下的保护。

V_OT输出信号也可作为控制信号使用，例如在检测到温度超过设定阈值时，可对压缩机进行限频保护。

图12展示了V_OT的温度采样点和热传递路径。为了获得线性的输出特性，建议在V_OT与控制地之间添加5.1kΩ的下拉电阻。当该信号仅用于检测高于室温的温度变化时，可省略下拉电阻。

对于采用3.3V MCU等低电压控制器的系统，可通过电阻分压电路将V_OT输出电压调整至适合控制器A/D输入的范围，具体公式为：DV_OT = V_OT × R2 / (R1 + R2)，其中R1 + R2 ≈ 5.1kΩ（见图14）。一般情况下无需额外添加钳位二极管，但建议根据实际分压后的电压值进行测试。

图15展示了V_OT输出电压与LVIC温度之间的线性关系。模块内部的温度T_ic与壳温T_c以及结温T_j之间的关系取决于散热结构和冷却条件。设定保护温度阈值时，应确保满足T_c ≤ 100℃/125℃及T_j ≤ 150℃/175℃的限制。

3.3.4 短路保护电路

DIPIPM™通过外接旁路电阻实现电流检测。控制IC通过比较CIN端的反馈电压与SC动作参考电压，判断是否发生短路事件，并自动触发保护机制。SC动作电压阈值V_sc(ref)为0.48V（典型值），根据该值可计算出合适的旁路电阻阻值。

旁路电阻的计算公式为：R_Shunt = V_SC(ref) / I_SC。通常，短路保护动作电流的最大值应小于IGBT额定电流的1.7倍。例如，以PSS15S92*6-AG为例，I_SC(max)应设为15 × 1.7 = 25.5A。

为避免因浪涌电压导致模块损坏，要求NU/NV/NW引脚与功率地之间的电感（含旁路电阻电感）控制在10nH以内。推荐使用贴片式功率电阻以减小寄生电感。

根据不同的控制策略和模块类型，可采用多种短路保护电路，例如图18所示的三电阻三比较器结构、图19所示的V_SC功能保护电路（适用于第6代大型DIPIPM™），以及图20所示的运算放大电路等。

3.3.5 外部短路检测延时

无论采用哪种检测电路，R_Shunt与CIN之间应配置1.5～2μs的延时，以防止噪声引起的误触发。

该延时设置需结合噪声持续时间与DIPIPM™的短路安全工作区（SCSOA）进行综合考虑。总延迟时间t_TOTAL = t1 + t2，其中t1为外部检测延时，t2为内部IC延迟。

以PSS15S92*6-AG为例，其短路安全工作区如图21所示。只有当IGBT导通时间小于2.7μs时，模块方可可靠关断约5.8倍额定电流的短路电流。因此，在RC滤波器设计中应留有一定裕量，确保t_TOTAL < 2.7μs。

在短路保护触发后，仅下桥IGBT自动关断，当故障信号Fo结束后，内部保护电路将自动复位。Fo信号的脉宽因DIPIPM™型号不同而异，SLIMDIP™和超小型模块为固定20μs（最小值），而其他型号则由外部C_FO设定。

需注意的是，DIPIPM™仅在非重复短路条件下具备保护能力。系统MCU在检测到故障信号后，应立即切断所有PWM输出。

本讲总结

本期内容主要介绍了DIPIPM™的典型应用电路，涵盖15V电源设计、自举电路、控制信号输入、V_OT温度输出、电流检测与短路保护等关键模块。合理的电路设计是DIPIPM™稳定运行的基础，也是整个功率变换系统可靠性的保障。

主要术语说明

1: DIPIPM → 双列直插式智能功率模块（Dual-in-line Intelligent Power Module）

2: DIPIPM™、SLIMDIP™及DIPIPM+™为三菱电机株式会社注册商标。

主要参考文献

• [1] Mitsubishi Electric, “SLIMDIP Series Application note”
• [2] Mitsubishi Electric, “Super mini DIPIPM Ver.6 Series Application note”
• [3] Mitsubishi Electric, “Mini DIPIPM with BSD Series Application note”
• [4] Mitsubishi Electric, “1200V Large DIPIPM Ver.6 Series Application note”