分析新型功率器件IPM(智能功率模塊)
IPM智能功率模塊是先進的混合集成功率器件，由高速、低功耗的IGBT芯片和優化的門極驅動以及保護電路構成。由于采用了能連續監測功率器件電流的、有電流傳感功能的IGBT芯片，從而可實現高效的過流保護和短路保護。由于IPM智能功率模塊集成了過熱和欠壓鎖定保護電路，因而系統的可靠性得到了進一步提高。
使用智能功率模塊可以使生產廠家降低在設計、開發和制造上的成本。與普通的IGBT相比，在系統性能和可靠性上有進一步的提高。由于IPM集成了驅動和保護電路，使得用戶的產品設計變得相對容易，并能縮短開發周期；由于IPM通態損耗和開關損耗都比較低，使得散熱器減小，因而系統尺寸也減小；所有的IPM均采用同樣的標準化與邏輯電平控制電路相聯的柵極控制接口，在產品系列擴充時無需另行設計電路。IPM在故障情況下的自保護能力，也減少了器件在開發和使用中過載情況下的損壞機會。
IPM內置的柵極驅動電路和保護電路可以對許多違反IGBT模塊安全工作區（SOA）的運行模式加以保護，智能功率模塊的開關安全工作區和短路安全工作區定義概述如下：
開關安全工作區
開關（關斷）安全工作區通常定義為在重復關斷運行時的****允許瞬時電壓和電流。對于IPM，內置柵極驅動取消了因不正確的柵極驅動而造成的許多電壓和電流的危險組合，此外，****工作電流受過流保護電路的限制。根據這些限制條件，開關安全工作區可用圖1中的波形來定義，只要主電路直流母線電壓低于數據手冊中的Vcc(port)指標，每個IPM功率單元的C-E間關斷瞬時電壓低于VCES指標，Tj小于125℃，控制電源|穩壓器電壓在13.5V和16.5V之間，IPM將會安全工作。波形中的IOC是IPM的過流故障不會動作的****允許電流。換句話說，它正好處在OC動作數值以下。該波形定義了硬關斷操作的最壞情況，當電流高于OC動作數值時，IPM將關斷該電流。
IPM智能功率模塊的自保護功能
自保護特點
IPM有精良的內置保護電路以避免因系統失靈或過應力而使功率器件損壞的情況。內置保護功能的框圖如圖3所示。如果IPM模塊其中有保護電路動作，IGBT柵極驅動單元就會關斷電流并輸出一個故障信號（FO）。
控制電源欠壓鎖定
內部控制電路由一個15V直流電源供電。如果由于某種原因這一電源電壓低于規定的欠壓動作數值（UV），則該功率器件將被關斷并輸出一個故障信號。如果小毛刺干擾時間小于規定的tdUV，則不影響控制電路工作，欠壓保護電路也將不工作。
保護后，要恢復正常工作，電源電壓必須超過欠壓復位數值（UVr）。欠壓保護電路在控制電源上電和掉電期間都要保持工作。
過熱保護
在靠近IGBT芯片的絕緣基板上安裝溫度傳感器。如果基板溫度超出過熱動作數值（OT），IPM內部控制電路將截止柵極驅動，不影響控制輸入信號，直到溫度恢復正常，從而保護了功率器件。當溫度回落至過熱復位數值（OTr）以下，并且控制輸入為高電平（關斷狀態），功率器件將接收下一個低電平（開通狀態）輸入信號并恢復正常工作。
過流保護
如果流過IGBT的電流超出過流動作數值（OC）的時間大于toff(OC)，IGBT將被關斷。
超過OC數值但時間小于toff(OC)的電流短脈沖并不危險，過流保護電路將不予處理。當檢測出過電流時，IGBT將被軟關斷，同時輸出一個故障信號。受控的軟關斷能控制關斷大電流而發生的浪涌電壓。
短路保護
如果負載發生短路而導致上下臂同時導通，IPM內置短路保護電路將關斷IGBT。如果流經IGBT的電流超出短路保護動作數值（SC），軟關斷立即啟動并輸出一個故障信號。為縮短SC檢測與SC關斷之間的響應時間，IPM采用了實時電流控制電路（RTC）。SC動作時，實時電流控制電路直接監測IGBT驅動的末級電路，因此響應時間可以減小到不足100ns。
IPM智能功率模塊的驅動電路設計
驅動電路的要求
一個低電平輸入信號將使IGBT開通。典型地，IPM的輸入腳被用一個連接到控制電源正側的電阻拉高，把控制輸入拉低則產生一個“開通”的信號。
