講座導(dǎo)語

DIPIPM是雙列直插型智能功率模塊的簡稱，由三菱電機于1997年正式推向市場，迄今已在家電、工業(yè)和汽車空調(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。

變頻空調(diào)應(yīng)用中DIPIPM的健康管理

Q有沒有更貼近我們生活的例子？

A那就說說我們生活中常用的空調(diào)吧。

DIPIPM幾乎是伴隨著變頻空調(diào)的發(fā)明而誕生。變頻空調(diào)是很久很久以前，為了解決日本東西部的供電頻率差異，人們想出來的一個辦法。因為東日本的供電頻率是50赫茲，而在包括名古屋、京都和大阪在內(nèi)西日本的供電頻率是60赫茲。那么在非變頻機型里，就會涉及到兩套完全不同部件清單。對于部件采購和銷售都會有很大的麻煩。為了解決這個問題，工程師們想到了變頻，以交直交的形式來統(tǒng)一電路設(shè)計。而我們目前經(jīng)常提到的節(jié)能，靜音等效果并不是最初的目的。

在相當(dāng)長的時間里，變頻空調(diào)里只有壓縮機采用了變頻技術(shù)。而目前最新的高能效空調(diào)都至少擁有3個變頻“電機”，包括1個變頻壓縮機，1個室外風(fēng)機和1個室內(nèi)風(fēng)機。如圖15所示。

圖15 變頻空調(diào)的結(jié)構(gòu)

接下來我們就以驅(qū)動壓縮機的主DIPIPM為例，看看怎么在實際應(yīng)用中評價器件的運行壽命。

首先我們需要了解變頻空調(diào)在不同工況下的運行狀況。根據(jù)空調(diào)的不同運行條件，選擇若干組比較典型的運行工況，像表6這樣。

表6 空調(diào)惡劣工況舉例

接下來，我們就要像3.2節(jié)中介紹的那樣對每一種工況進行功耗仿真，以確定每種工況下實際產(chǎn)生的溫升ΔTj。

假設(shè)測試條件如下：

SLIMDIP-L, Vcc=300V, fc=5kHz, Ic=7.5Arms, fo=60Hz, PF=0.8, M=1.0, Ts=90℃

圖16 空調(diào)仿真數(shù)據(jù)

所以在這次運行中，Tc從Ta=50℃開始上升，直到90℃；而Tj從Ta=50℃開始上升，直到119.7℃。

ΔTj = 119.7℃ - 50℃ ≈ 69.7℃

結(jié)合圖5，完成30000個周期后，DIPIPM故障率約為1%，記為Ln。

Q那怎么把周期數(shù)換算成年呢？

A這是最復(fù)雜的一部分

我們可以利用表7和表8進行統(tǒng)計和計算。

表7 氣溫→運行次數(shù)示例

表8 運行次數(shù)→壽命示例

顯然，表7牽扯出兩個很難填平的大坑，各地的氣象條件以及不同用戶的使用習(xí)慣。顯然北京會開更多制熱和除霜，而廣州會開更多制冷以及除濕。而別墅和普通住宅，大平層和老破小也會造成很大的差異。如果說各地的氣象數(shù)據(jù)還可以根據(jù)各地氣象臺的數(shù)據(jù)做個統(tǒng)計。那么用戶習(xí)慣則更依賴專業(yè)工程師的經(jīng)驗判斷。

Q有了公式也算是有一種辦法了，為什么你還這么糾結(jié)？

A因為按照這套思路做出來的結(jié)果，可以說有用，也可以說沒什么用。

雖然之前的分析看起來都很有道理，但是我們并沒有足夠多壞品來證明這套理論的正確性。截止發(fā)稿時，三菱電機DIPIPM的發(fā)貨量已經(jīng)超過10億片了。但是明確定性為功率循環(huán)壽命問題的損壞，實際上只有個位數(shù)。而在三菱電機收到各種“高齡”DIPIPM壞品中，更多的也只是各種過壓，過流和過熱。

其實，仔細想想也可以理解這里面的道理。

首先，如果一臺空調(diào)能運行10年以上出現(xiàn)了損壞，大多數(shù)用戶的選擇會是買一臺新的。如果運氣比較好，驅(qū)動器能回到空調(diào)原廠?？照{(diào)廠是否會將DIPIPM返回三菱電機也是一個概率問題。這就導(dǎo)致返回到三菱電機的“高齡”DIPIPM數(shù)量及其稀少。

其次，空調(diào)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，里面有機械部件，有電氣部件。每一個器件都會有自己對應(yīng)的壽命極限。而空調(diào)的壽命取決于其中最短的那個器件。另一方面高齡的空調(diào)更像一個高齡的老人，各種特性的劣化導(dǎo)致最終一個普通工況就成了壓死駱駝的最后一根稻草。熱疲勞損壞的前提是器件能扛過各種過壓過流過熱，但是很多時候它抗不過。

Q感謝大師的講解，能對DIPIPM壽命管理的相關(guān)內(nèi)容進行簡單總結(jié)嗎？

A隨緣，隨緣就好。有緣人立地成佛，無緣魂炸雞啤酒。命中自有定數(shù)。

關(guān)于三菱電機

三菱電機創(chuàng)立于1921年，是全球知名的綜合性企業(yè)。在2022年《財富》世界500強排名中，位列351名。截止2022年3月31日的財年，集團營收44768億日元（約合美元332億）。作為一家技術(shù)主導(dǎo)型企業(yè)，三菱電機擁有多項專利技術(shù)，并憑借強大的技術(shù)實力和良好的企業(yè)信譽在全球的電力設(shè)備、通信設(shè)備、工業(yè)自動化、電子元器件、家電等市場占據(jù)重要地位。尤其在電子元器件市場，三菱電機從事開發(fā)和生產(chǎn)半導(dǎo)體已有60余年。其半導(dǎo)體產(chǎn)品更是在變頻家電、軌道牽引、工業(yè)與新能源、電動汽車、模擬/數(shù)字通訊以及有線/無線通訊等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅