第12讲：DIPIPM™的PCB设计（1）

3.4

DIPIPM™ 的PCB设计

讲座导语

DIPIPM™是双列直插型智能功率模块的简称，由三菱电机于1997年正式推向市场，迄今已在家电、工业和汽车空调等领域获得广泛应用。本讲座主要介绍DIPIPM™的基础、功能、应用和失效分析技巧，旨在帮助读者全面了解并正确使用该产品。

通过前几期的技术讲座，我们了解了DIPIPM™的选型方法和接口电路设计注意事项。通过上一节我们更加直观地了解了DIPIPM™的优势在于外围器件少、设计上手快；DIPIPM™从600V/2A~75A、1200V/5A~75A内部基本结构和外围接口电路的设计基本一致，只要使用其中任意一款DIPIPM™，可以方便地拓展到不同功率等级的产品线，系列扩展简单、节省研发资源。对于研发工程师来说，完成外围接口电路的设计后，接下来更为重要难度也更大的工作是进行PCB布局/布线设计，本节的主要内容是介绍DIPIPM™的PCB布局/布线应用要点。

3.4.1

DIPIPM™ 的PCB设计要点

对于DIPIPM™来说，由于其内置了HVIC､LVIC用于IGBT的驱动和保护等诸多功能，因而其电路设计相较采用分立器件的功率变换装置会更简单、设计周期更短，但其PCB设计也能体现出硬件工程师对功率器件原理的理解及PCB布线的经验。

DIPIPM™作为典型的功率器件，始终处于高温、高压、大电流、高速开关的状态，其工作的稳定性和PCB布线密切相关，PCB布线的好坏不仅影响DIPIPM™的可靠性，同时也决定了整个PCB的安全、EMC（电磁兼容）等关键指标。为了帮助工程师设计出高可靠性的PCB线路板，三菱电机在相关产品应用手册中对DIPIPM™周边的布线应用要点有较为详细的介绍，并且为了更直观地展示应用DIPIPM™的PCB设计要点，三菱电机为各个封装的DIPIPM™设计了专门的演示板供工程师参考，如下图1所示。

图1｜应用DIPIPM™的PCB演示板

DIPIPM™的接口电路设计是相关PCB布线的基础，PCB设计之前需要对接口电路的功能进行详细的了解，不同的接口电路对布线的要求有所不同，如信号驱动部分属于弱电信号，PCB走线对电流承载能力要求低；而自举电路部分属于高电压的强电，这部分PCB走线需要与弱电信号保持足够的电气距离。以第6代超小型DIPIPM™为例的典型接口电路及相关PCB布线设计注意事项见下图2所示。

图2｜第6代超小型DIPIPM™典型接口电路

PCB设计注意事项

1. 旁路电阻（电流检测电阻）尽量靠近NU/NV/NW端子放置，尽量减小NU/NV/NW端子配线的长度。

2. 功率地和控制地在N1位置单点相连（尽量使功率地和控制地不要重叠走线）。

3. 短路保护端子的配线尽量短，RC滤波电路放在CIN端子附近。

4. 输入控制信号不在功率地、高压电路走线附近配线（即使在电路的不同层），输入控制信号的配线尽量短，若其配线较长，建议在输入端子附近加RC滤波电路，注意插入RC滤波电路时，输入端子的信号电压值有可能减小，要确认输入信号电压满足触发阈值的要求。

5. 高压侧控制电源地的配线应与U、V、W输出的配线分开走线（针对超小型)。

6. 为防止控制电源电压浪涌噪声引起的过压损坏，在控制电源端子与其地端子附近加齐纳二级管和陶瓷电容｡

7. 尽量缩短控制地配线的长度｡

8. P-N1端子附近加0.1～0.22μF的浪涌吸收电容，电解电容的端子与P､N1端子之间的配线长度尽可能加粗、缩短。

PCB布线设计要点

在了解了DIPIPM™的PCB设计相关注意事项后，就可以进行PCB布线了。不同封装的DIPIPM™模块，其接口电路基本相同，因而其PCB设计注意事项也基本相同；管脚定义及排列稍有不同，实际布线时需要根据模块具体的封装及管脚排列进行相应的布线；由于不同的DIPIPM™其电压、电流规格不尽相同，具体的PCB布线方式也需要根据规格不同进行相应调整，比如电流越大的DIPIPM™，其主电流走线也需要相应加宽。下图3是以超小型为例的DIPIPM™的PCB布线举例及其应用要点，其它规格的DIPIPM™的PCB布线设计要点可以以此为基础进行相应调整。

图3｜超小型DIPIPM™ PCB布线设计要点

PCB设计不良导致的故障举例

下节预告

3.4.2｜DIPIPM™的PCB设计推荐布线和不良（NG）布线举例

3.4.3｜单个PCB上有多个DIPIPM™时的PCB设计要点

关于三菱电机

三菱电机创立于1921年，是全球知名的综合性企业。在2022年《财富》世界500强排名中，位列351名。截止2022年3月31日的财年，集团营收44768亿日元（约合美元332亿）。作为一家技术主导型企业，三菱电机拥有多项专利技术，并凭借强大的技术实力和良好的企业信誉在全球的电力设备、通信设备、工业自动化、电子元器件、家电等市场占据重要地位。尤其在电子元器件市场，三菱电机从事开发和生产半导体已有60余年。其半导体产品更是在变频家电、轨道牵引、工业与新能源、电动汽车、模拟/数字通讯以及有线/无线通讯等领域得到了广泛的应用。