智能功率模块（IPM）是一种功率半导体模块，将操作IGBT所需的所有电路集成到一个封装中。
它包括所需的驱动电路和保护功能，以及IGBT。
这样，利用现有的IGBT技术可以获得最佳性能。
过电流，过热和欠压检测是IPM中的三种常见的自保护功能。
在本文中，我们将研究该技术的一些基本概念，并了解IPM如何从可用的IGBT器件中提取最佳性能。
电源BJT，MOSFET和IGBT电源BJT具有理想的导通状态传导性能；但是，它们是电流控制的设备，需要复杂的基本驱动电路。
由于功率MOSFET是压控器件，因此我们需要一个更简单的驱动电路。
但是，功率MOSFET的主要挑战是其导通电阻随器件的击穿电压而增加。
当额定电压高于200V时，与BJT相比，MOSFET的导电性较差。
IGBT结合了这两个方面的优点，以实现高性能的功率开关：它具有BJT导通特性，并且可以轻松驱动MOSFET。
IGBT的主要问题是寄生PNPN（晶闸管）结构，这可能会导致器件故障。
图1说明了这种寄生晶闸管的产生。
图1.穿通（PT）IGBT的垂直横截面和等效电路模型。
图片由意法半导体提供。
根据器件关闭时的电流密度和电压变化率（dv / dt），寄生晶闸管将导通并导致器件故障（闩锁）。
在这种情况下，IGBT电流不再受栅极电压控制。
锁存电流如图2所示。
图2.锁存电流。
请注意，体电阻和BJT增益是环境温度的函数，并且该器件在高温下更容易闩锁。
智能功率模块（IPM）的基本概念多年来，IGBT制造商已经改善了器件的物理性能，以实现更好的功率开关，该功率开关可以承受较大的电流密度而不会发生闩锁故障。
一些制造商决定不优化器件性能，但决定向可用的IGBT添加一些控制电路，以防止它们闭锁。
控制电路与IGBT集成在一起，是具有电流感应功能的反馈回路。
当发生过电流/短路情况时，它将监视设备的电流密度以关闭设备。
该反馈机制导致“智能”反馈。
可以保护自身免受故障条件影响的电源开关。
IPM的基本功能如图3所示。
图3. IPM的基本功能。
电流检测方法IPM使用许多不同的方法来检测IGBT电流。
一些IPM使IGBT电流流过外部并联电阻器，以产生与器件电流成比例的电压。
IC将该电压与预设阈值进行比较，以检测过流情况。
图4给出了DIPIPM的简化框图，它基于并联电流检测电阻器。
在这种情况下，在通过IC的CIN引脚进行监视之前，将检测RSHUNT两端的电压并进行低通滤波。
图4. DIPIPM的简化框图。
图片由Powerex提供。
用于过电流检测的另一种技术称为去饱和检测，该方法基于监视IGBT集电极电压。
在正常操作期间，IGBT的集电极-发射极电压非常低（通常为1V至4V）。
但是，如果发生短路，则IGBT集电极-发射极电压将增加。
因此，该电压可用于检测过电流情况。
去饱和方法的缺点在于，当检测短路情况时，它通常会在IGBT中产生高功耗。
IGBT软关断监控设备电流的反馈回路应能够快速检测到过电流情况。
但是，希望在检测到过电流之后缓慢关闭IGBT。
实现此软关断以抑制破坏性的浪涌电压。
上面提到的论文讨论了当关闭260A的短路集电极电流时，软关断可以将集电极-发射极之间的峰值电压降低30％。
IPM的其他共同特征除了上述的短路检测外，还包括其他自保护功能。
过热和欠压保护是IPM中的两个常用功能。
欠压功能监视IPM控制电路的电源是否超出公差范围。
当电源电压超过预设阈值时，欠压功能将关闭电源。
这样做是为了避免以可能造成灾难性后果的主动（或线性）工作模式操作IGBT。