IPM智能功率模块的设计与分析

　　引言

　　IPM智能功率模块是先进的混合集成功率器件，由高速、低功耗的IGBT芯片和优化的门极驱动以及保护电路构成。由于采用了能连续监测功率器件电流的、有电流传感功能的IGBT芯片，从而可实现高效的过流保护和短路保护。由于IPM智能功率模块集成了过热和欠压锁定保护电路，因而系统的可靠性得到了进一步提高。

　　IPM智能功率模块的性能特点

　　IPM智能功率模块的优点

　　使用智能功率模块可以使生产厂家降低在设计、开发和制造上的成本。与普通的IGBT相比，在系统性能和可靠性上有进一步的提高。由于IPM集成了驱动和保护电路，使得用户的产品设计变得相对容易，并能缩短开发周期;由于IPM通态损耗和开关损耗都比较低，使得散热器减小，因而系统尺寸也减小;所有的IPM均采用同样的标准化与逻辑电平控制电路相联的栅极控制接口，在产品系列扩充时无需另行设计电路。IPM在故障情况下的自保护能力，也减少了器件在开发和使用中过载情况下的损坏机会。

　　IPM智能功率模块安全工作区

　　IPM内置的栅极驱动电路和保护电路可以对许多违反IGBT模块安全工作区(SOA)的运行模式加以保护，智能功率模块的开关安全工作区和短路安全工作区定义概述如下：

　　开关安全工作区

　　开关(关断)安全工作区通常定义为在重复关断运行时的最大允许瞬时电压和电流。对于IPM，内置栅极驱动取消了因不正确的栅极驱动而造成的许多电压和电流的危险组合，此外，最大工作电流受过流保护电路的限制。根据这些限制条件，开关安全工作区可用图1中的波形来定义，只要主电路直流母线电压低于数据手册中的Vcc(port)指标，每个IPM功率单元的C-E间关断瞬时电压低于VCES指标，Tj小于125℃，控制电源电压在13.5V和16.5V之间，IPM将会安全工作。波形中的IOC是IPM的过流故障不会动作的最大允许电流。换句话说，它正好处在OC动作数值以下。该波形定义了硬关断操作的最坏情况，当电流高于OC动作数值时，IPM将关断该电流。

　　短路安全工作区

　　图2是一个典型的短路运行波形。标准测试条件用最小阻抗短路来产生流过该器件的最大短路电流。在测试中，短路电流(ICS)只受器件特性的限制，只要主电路直流母线电压低于Vcc(port)规定值，每个IPM功率单元的C-E间所有瞬时电压低于VCES指标，Tj小于125℃，控制电源电压在13.5V和16.5V之间，对于非重复性的短路，IPM保证不会损坏。波形显示了IPM为了减低浪涌电压而使用的软关断。

　　IPM智能功率模块的自保护功能

　　自保护特点