智能功率模塊（IPM）是一種功率半導體模塊，將操作IGBT所需的所有電路集成到一個封裝中。它包括所需的驅動電路和保護功能，以及IGBT。
這樣，利用現有的IGBT技術可以獲得最佳性能。過電流，過熱和欠壓檢測是IPM中的三種常見的自保護功能。
在本文中，我們將研究該技術的一些基本概念，并了解IPM如何從可用的IGBT器件中提取最佳性能。電源BJT，MOSFET和IGBT電源BJT具有理想的導通狀態傳導性能；但是，它們是電流控制的設備，需要復雜的基本驅動電路。
由于功率MOSFET是壓控器件，因此我們需要一個更簡單的驅動電路。但是，功率MOSFET的主要挑戰是其導通電阻隨器件的擊穿電壓而增加。
當額定電壓高于200V時，與BJT相比，MOSFET的導電性較差。 IGBT結合了這兩個方面的優點，以實現高性能的功率開關：它具有BJT導通特性，并且可以輕松驅動MOSFET。
IGBT的主要問題是寄生PNPN（晶閘管）結構，這可能會導致器件故障。圖1說明了這種寄生晶閘管的產生。
圖1.穿通（PT）IGBT的垂直橫截面和等效電路模型。圖片由意法半導體提供。
根據器件關閉時的電流密度和電壓變化率（dv / dt），寄生晶閘管將導通并導致器件故障（閂鎖）。在這種情況下，IGBT電流不再受柵極電壓控制。
鎖存電流如圖2所示。圖2.鎖存電流。
請注意，體電阻和BJT增益是環境溫度的函數，并且該器件在高溫下更容易閂鎖。智能功率模塊（IPM）的基本概念多年來，IGBT制造商已經改善了器件的物理性能，以實現更好的功率開關，該功率開關可以承受較大的電流密度而不會發生閂鎖故障。
一些制造商決定不優化器件性能，但決定向可用的IGBT添加一些控制電路，以防止它們閉鎖。控制電路與IGBT集成在一起，是具有電流感應功能的反饋回路。
當發生過電流/短路情況時，它將監視設備的電流密度以關閉設備。該反饋機制導致“智能”反饋。
可以保護自身免受故障條件影響的電源開關。 IPM的基本功能如圖3所示。
圖3. IPM的基本功能。電流檢測方法IPM使用許多不同的方法來檢測IGBT電流。
一些IPM使IGBT電流流過外部并聯電阻器，以產生與器件電流成比例的電壓。 IC將該電壓與預設閾值進行比較，以檢測過流情況。
圖4給出了DIPIPM的簡化框圖，它基于并聯電流檢測電阻器。在這種情況下，在通過IC的CIN引腳進行監視之前，將檢測RSHUNT兩端的電壓并進行低通濾波。
圖4. DIPIPM的簡化框圖。圖片由Powerex提供。
用于過電流檢測的另一種技術稱為去飽和檢測，該方法基于監視IGBT集電極電壓。在正常操作期間，IGBT的集電極-發射極電壓非常低（通常為1V至4V）。
但是，如果發生短路，則IGBT集電極-發射極電壓將增加。因此，該電壓可用于檢測過電流情況。
去飽和方法的缺點在于，當檢測短路情況時，它通常會在IGBT中產生高功耗。 IGBT軟關斷監控設備電流的反饋回路應能夠快速檢測到過電流情況。
但是，希望在檢測到過電流之后緩慢關閉IGBT。實現此軟關斷以抑制破壞性的浪涌電壓。
上面提到的論文討論了當關閉260A的短路集電極電流時，軟關斷可以將集電極-發射極之間的峰值電壓降低30％。 IPM的其他共同特征除了上述的短路檢測外，還包括其他自保護功能。
過熱和欠壓保護是IPM中的兩個常用功能。欠壓功能監視IPM控制電路的電源是否超出公差范圍。
當電源電壓超過預設閾值時，欠壓功能將關閉電源。這樣做是為了避免以可能造成災難性后果的主動（或線性）工作模式操作IGBT。