智能功率模块 (IPM)：概念、特性和应用

什么是智能功率模块（IPM）？

 

简而言之：“功率模块”是指存在功率开关元件（通常是 IGBT），该模块是“智能”的，因为它包含额外的控制和保护电路。目标是优化性能并使整体解决方案更易于设计和实施。

 

这个术语容易误导行业新人。当看到“智能电源模块”这个词时，直观的理解是“电源模块”（例如DC/DC转换器）加上“处理器”。不了解的人一开始就会认为，智能电源模块是一个集成电源设备，包含微处理器提供的数字“智能”。它是有道理的，但重要的是要认识到，根据行业标准用法，IPM 是一种先进的、高度集成的固态电源开关。

 

智能功率模块（IPM）特点

 

1.优化的高功率开关不仅仅是打开和关闭 FET 或 IGBT。以下列表传达了可能合并到电源开关应用中的功能，并且还要按需实现在智能电源模块中的功能。

 

2.栅极驱动电路必须施加适当的电压并提供大量电流以实现快速开关。

 

3.栅极驱动逻辑还可设计为防止高侧和低侧 IGBT 同时导通。此功能有几个不同的名称：击穿保护、交叉传导预防或互锁电路。

 

4.保护电路应能够检测并解决过流、过热、短路和欠压情况。如果系统需要保存故障事件或工作温度的记录，还需要某种通信功能。

 

5.EMI 规范可能需要专门的开关行为。

 

6.空间或成本限制可能迫使设计人员减少开关和通态传导期间发生的功率损耗，以便可以使用更小的散热器或外壳。

 

7.某些应用需要功率因数校正 (PFC)

 

基本上，IPM 制造商尝试集成任何可以集成的特性或功能，以提高性能、提高可制造性、降低成本、减小尺寸、提高可靠性、简化实施或加快半导体的上市时间基于电源开关电路。

 

8.电压规格
 

智能功率模块主要针对高压市场。“高”是一个相对术语；针对低压工程师的话来说，50 V 可能属于“高”电压，但在 IPM 的背景下实际上非常低。

 

例如，英飞凌 CIPOS Nano 系列的最低最大额定电压为 40 V。最高额定电压为 600 V，而 Nano 系列是英飞凌产品系列中最小、功耗最低的选项。Maxi 系列可承受高达 1200 V 的电压，每个 IGBT 可消耗 50 W 的功率。

 

另一个例子是，Powerex 使用术语“低功率”来描述额定电流为 50 A 和 600 V 的 IPM。较高功率的模块可处理 75 A。

应用领域

 

智能电源模块与电机控制关系最为密切，但它们也用于不间断电源、逆变器和可再生能源系统。下面的列表列出了制造商提到的一些应用。

 

家用电器：风扇、空气净化器、洗衣机、空调、冰箱、吸尘器

 

工业：泵、压缩机、暖通空调、电梯

 

汽车：交流压缩机、油泵、电动汽车车载充电

 

智能功率模块极大地促进了开发用于大功率固态开关的可靠、高效、紧凑的电路的任务。这些多功能组件可以在许多应用中找到一席之地，随着系统要求和性能期望对设计人员来说变得更具挑战性，它们肯定会变得越来越受欢迎和重要。