7.2智慧型功率模組（ipm）
王曉超20095508 肖迪20095517 趙洋20095532
之前學的很多的技術都是過去的內容了，現在的電力電子技術是這樣的,像智慧型功率模組(ipm) .之前我們學到好一點的電路都是橋式電路，四個開關或是六個開關等等組合到一起，用分離器件搭建電路的話，是很複雜的，連線，可靠性等都有很多問題。那麼這樣的話作為生產實際器件的廠商，考慮市場需求，優先選擇比較好的技術與需求。
所以在很多年前，把橋式電路兩個的、六個的、七個的、八個的開關等等做到一起的器件，就是智慧型功率模組。也叫ipm。
智慧型功率模組（ipm）是intelligent power module的縮寫。是一種先進的功率開關器件。具有:
gtr、高電流密度、低飽和電壓和耐高溫的優點。以及mosfet(場效電晶體)高輸入阻抗、高開關頻率和低驅動功率的優點。高電流密度就是比如說一根導線同樣體積的話控制的電流比較大。
低飽和電壓就是在很低的電壓下就能工作。而且ipm內部整合了邏輯、控制、檢測和保護電路。使用起來方便，不僅減小了系統的體積以及開發時間，也大大增強了系統的可靠性，適應了當今功率器件的發展方向——模組化、複合化和功率積體電路（pic），在電力電子領域得到了越來越廣泛的應用。
1ipm的基本工作特性
1.1ipm的結構
ipm的結構由高速、低功率的igbt晶元和優選的門級驅動及保護電路構成，如圖所示其中igbt是gtr和moffet的復合，由moffet驅動gtr，因而igbt具有兩者的優點。
（a）d型ipm結構b）igbt的等效電路
圖1 d型ipm結構及igbt的等效電路
ipm根據內部功率電路配置的不同分為四類；h型（內部封裝乙個igbt）、d型（內部封裝兩個igbt），c型（內部封裝六個igbt）和r型（內部封裝七個igbt）。小功率的ipm使用多層環氧絕緣系統，中大功率的ipm使用陶瓷絕緣。
1.2ipm內部功能機制
ipm內建的驅動和保護電路使系統硬體電路簡單、可靠，縮短了系統開發時間，也提高了故障下的自保護能力。與普通的igbt模組相比，ipm在系統效能及可靠性方面都有進一步的提高。
保護電路可以實現控制電壓欠壓保護、過熱保護、過流保護和短路保護。如果ipm模組中有一種保護電路動作，igbt柵極驅動單元就會關斷門極電流並輸出乙個故障訊號(fo)。各種保護功能具體如下:
(1)控制電壓欠壓保護(uv):ipm使用單一的+15v供電，若供電電壓低於12．5v，且時間超過toff=10ms，發生欠壓保護，封鎖門極驅動電路，輸出故障訊號。
(2)過溫保護(ot):在靠近igbt晶元的絕緣基板上安裝了乙個溫度感測器，當ipm溫度感測器測出其基板的溫度超過溫度值時，發生過溫保護，封鎖門極驅動電路，輸出故障訊號。
(3)過流保護(oc):若流過igbt的電流值超過過流動作電流，且時間超過toff，則發生過流保護，封鎖門極驅動電路，輸出故障訊號。為避免發生過大的di/dt，大多數ipm採用兩級關斷模式。
其中，vg為內部門極驅動電壓，isc為短路電流值，ioc為過流電流值，ic為集電極電流，ifo為故障輸出電流。
(4)短路保護(sc):若負載發生短路或控制系統故障導致短路，流過igbt的電流值超過短路動作電流，則立刻發生短路保護，封鎖門極驅動電路，輸出故障訊號。跟過流保護一樣，為避免發生過大的di/dt，大多數ipm採用兩級關斷模式。
為縮短過流保護的電流檢測和故障動作間的響應時間，ipm內部使用實時電流控制電路(rtc)，使響應時間小於100ns，從而有效抑制了電流和功率峰值，提高了保護效果。這句話就是假如說感測器檢測出東西，他能立刻關斷 。這個時間在100ns之內。
當ipm發生uv、oc、ot、sc中任一故障時，其故障輸出訊號持續時間tfo為1．8ms(sc持續時間會長一些)，此時間內ipm會封鎖門極驅動，關斷ipm;故障輸出訊號持續時間結束後，ipm內部自動復位，門極驅動通道開放。
可以看出，器件自身產生的故障訊號是非保持性的，如果tfo結束後故障源仍舊沒有排除，ipm就會重複自動保護的過程，反覆動作。過流、短路、過熱保護動作都是非常惡劣的執行狀況，應避免其反覆動作，因此僅靠ipm內部保護電路還不能完全實現器件的自我保護。要使系統真正安全、可靠執行，需要輔助的外圍保護電路。
比如做乙個橋式控制電機的話，會涉及到這些問題。如果你沒有解除這些故障的話，它自動保護不工作，最後容易出現問題。所以說外部需要配保護。
以後做邊門控制的話，首選器件可以使ipm，用ipm可以解決很多問題。那麼我們要用ipm，用他的哪些技術呢，即使驅動和保護。
7.2.2 驅動電路設計
那麼怎麼搭建電路呢，因為他有幾種電路。有兩種選擇，一種是分立器件，另一種是積體電路。
1分立驅動
柵源極電壓是±20v左右，就是最大允許電壓，但是場效電晶體igbt絕緣柵型的輸入級經常會產生靜電，就會使它超過20v，所以mosfet、igbt都得有柵極保護，柵極保護用穩壓二極體，在柵極併聯穩壓二極體，超過20v穩壓二極體擊穿，問題就解決了。這是分立驅動要注意的第乙個問題，需要加柵極保護。第二個注意的問題就是驅動電流足夠大。
雖然ipm模組的內部模組是igbt的。第三個就是要有負偏壓，就是在你關斷的時候要有負電源。
2整合式驅動
ipm對驅動電路輸出電壓的要求很嚴格，具體為:①驅動電壓範圍為15v±10%,低於13．5v將發生欠壓保護，電壓高於16．5v將可能損壞內部部件。②驅動電壓相互隔離，以避免地線雜訊干擾。
③驅動電源絕緣電壓至少是ipm極間反向耐壓值的兩倍(2vces)。④驅動電流可以參閱器件給出的20khz驅動電流要求，根據實際的開關頻率加以修正。⑤驅動電路輸出端濾波電容不能太大，這是因為當寄生電容超過100pf時，雜訊干擾將可能誤觸發內部驅動電路。
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