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IPM （智能功率模块）应用手册Intelligent Power Modules Application Manual*本文所有关于三菱IPM 或IGBT 技术参数，图片均源自三菱官方资料，仅供学术交流，不做商业用途。
目录1．引言 (5)2．IPM（智能功率模块）的一般认识 (5)2.1.功率电路之设计 (5)a.关断浪涌电压b.续流二极管恢复浪涌c.接地回路d.减小功率电路之电感2.2吸收电路之设计 (6)a.吸收电路的类型b.吸收电感的作用c.母线电感的作用d.功率电路和吸收电路设计的建议2.3功耗设计 (8)a.功耗的估算b.VVVF变频器功耗的计算c.平均结温的估算d.瞬态温升的估算e.散热器之安装3.IPM的前身-IGBT模块的使用 (11)3.1. IGBT模块的结构和工作原理 (11)3.2.IGBT模块的额定值和特性 (11)a.最大额定值b.电气特性c.热阻3.3.特性曲线 (12)a.输出特性b.饱和特性c.开关特性3.4栅极驱动及模块的保护 (13)a.驱动电压b.串联栅极电阻（R G）c.栅极驱动所须功率要求d.栅极驱动布线注意e.dv/dt保护f.短路保护4.IPM智能功率模块的使用 (16)4.1.IPM的结构 (16)a.多层环氧树脂工艺b.铜箔直接铸接工艺c.IPM的优点4.2.IPM额定值和特性 (19)a.最大额定值b.热阻c.电气特性d.推荐工作条件4.3.安全工作区 (21)a.开关安全工作区b.短路安全工作区4.4.IPM的保护功能 (21)a.自保护特性b.控制电源的欠压锁定（UV）c.过热保护（OT）d.过流保护（OC）e.短路保护（SC）4.5.IPM的选用 (24)4.6.控制电路电源a.IPM的控制电源功率消耗b.布线指南c.电路结构4.7.IPM接口电路 (25)a.接口电路要求b.布线c.内部输入输出电路d. 连接接口电路e. 死区时间（T d ）f.故障信号FO 输出的使用 g. IPM 的一般应用h.一般变频系统的结构MCU1． 引言:把MOS管技术引入功率半导体器件的思想开创了革命性的器件：绝缘栅双极晶体管IGBT。
S E M i N E W S賽米控專刊赛米控中国於2009年下半年的活动概览:7月9日赛米控风力发电技术研讨会 (北京)9月11日第三届电力电子创新技术及解决方案研讨会(太陽能光伏發電) (常州)10月21-23日北京国际风能大会暨展览会 (北京)(展台號1B09)11月6-8日第十五届中國電動車輛學術年會 (上海)第四期 Issue 4 (2009年8月)sKiiP ® 4 — 市场上輸出電流最大的智能功率模塊sKiiP ® 4，新一代智能功率模块(IPM)，相比采用焊接工艺的模块，其使用寿命更长，工作温度更高。
sKiiP ® 4是目前市场上輸出電流最大的智能功率模块，比之前的sKiiP ® 3 ， 其輸出功率提高了33% 。
sKiiP ® 4 IPM 主要用于风能和太阳能应用、電力牵引、电梯系统以及大功率的工業驅動。
赛米控技术研讨会在中国三地圆满结束第四期 (2009年8月) P2借助 SKiiP® 4 开发更强大、结构更紧凑的变频器，从而降低成本。
功率的增加依赖于使用了创新压接系统、改进的散热器以及IGBT4 、CAL4芯片技术。
此外， 該模塊首次使用6个并联的半桥，而非目前所普遍采用的4个半桥。
SKiiP® 4模块中，半导体芯片不是焊接到陶瓷基板上，而是采用烧结技术连接，这意味些实验，可以识别早期产生的硅失效并将有缺陷的芯片清除。
实验中，模块是被暴露在最大可能结温下。
无焊接压接系统和集成的叠层母線确保均匀的电流分布。
每个IGBT和二极管芯片单独连接到主端子上，使模块內阻抗很低。
这些芯片不是焊接到陶瓷基板上，而是通过烧结过程连接。
由于这些模块没有底板，DCB和离，这意味着用户无需提供额外的隔离。
为了更加完美，新 SKiiP® 4 IPM还有一个多级输出级，以减少过电压，输出级中还包括其他各种保护功能。
最后，在用户侧还提供优化评估的诊断通道。
IPM （智能功率模块）应用手册Intelligent Power Modules Application Manual*本文所有关于三菱IPM 或IGBT 技术参数，图片均源自三菱官方资料，仅供学术交流，不做商业用途。
目录1．引言 (5)2．IPM（智能功率模块）的一般认识 (5)2.1.功率电路之设计 (5)a.关断浪涌电压b.续流二极管恢复浪涌c.接地回路d.减小功率电路之电感2.2吸收电路之设计 (6)a.吸收电路的类型b.吸收电感的作用c.母线电感的作用d.功率电路和吸收电路设计的建议2.3功耗设计 (8)a.功耗的估算b.VVVF变频器功耗的计算c.平均结温的估算d.瞬态温升的估算e.散热器之安装3.IPM的前身-IGBT模块的使用 (11)3.1. IGBT模块的结构和工作原理 (11)3.2.IGBT模块的额定值和特性 (11)a.最大额定值b.电气特性c.热阻3.3.特性曲线 (12)a.输出特性b.饱和特性c.开关特性3.4栅极驱动及模块的保护 (13)a.驱动电压b.串联栅极电阻（R G）c.栅极驱动所须功率要求d.栅极驱动布线注意e.dv/dt保护f.短路保护4.IPM智能功率模块的使用 (16)4.1.IPM的结构 (16)a.多层环氧树脂工艺b.铜箔直接铸接工艺c.IPM的优点4.2.IPM额定值和特性 (19)a.最大额定值b.热阻c.电气特性d.推荐工作条件4.3.安全工作区 (21)a.开关安全工作区b.短路安全工作区4.4.IPM的保护功能 (21)a.自保护特性b.控制电源的欠压锁定（UV）c.过热保护（OT）d.过流保护（OC）e.短路保护（SC）4.5.IPM的选用 (24)4.6.控制电路电源a.IPM的控制电源功率消耗b.布线指南c.电路结构4.7.IPM接口电路 (25)a.接口电路要求b.布线c.内部输入输出电路d. 连接接口电路e. 死区时间（T d ）f.故障信号FO 输出的使用 g. IPM 的一般应用h.一般变频系统的结构MCU1． 引言:把MOS管技术引入功率半导体器件的思想开创了革命性的器件：绝缘栅双极晶体管IGBT。
第5代IPM应用手册Part 2第5代IPM应用手册L系列L系列智能功率模块 系列智能功率模块 应用和设计手册61第5代IPM应用手册１. L系列IPM的 概 念1.1 IPM的优点IPM自从三菱电机最初开发和量产以来，其有用性已经得到广泛认可并占据了功率器件的一个分支。
越来越多 的制造商开发了同样概念的产品。
本应用手册介绍的L系列IPM具有如下优点。
L系列IPM通过采用低功耗IGBT减少了噪声的产生，实现了高性能和环保的两者兼顾。
另外，由于同系列IPM 600V/1200V产品封装相同，从而也有助于实现装置的小型化。
TM 由于采用CSTBT ，实现了低功耗。
影响噪声产生的输出电流在小电流范围内时放慢开关速度，以此降低IPM 放射噪声。
因此不需要噪声滤波器，使得装置的小型化和高性能化成为可能。
小型・新封装◆ ◆ ◆ 50～150A/600V, 25～75A/1200V的模块开发了新的小型封装。
～75A的模块，除了主端子是螺丝型的模 块外，还有一部分节省空间的针型引脚的模块产品线。
450～600A/600V, 200～450A/1200V容量级的模块第一次开发出内含6单元IGBT的小型封装。
200～300A/600V, 100～150A/1200V在开发了新封装的同时，也实现了与原来的S-DASH系列的兼容。
低功耗◆ 采用了第5代1μm IGBT硅片(CSTBT )，降低了功耗，可以减小了散热器的体积。
TM缩短了项目开发周期◆ 内置IGBT的栅极驱动电路。
控制电源只需+15V（不需要反向偏压电源），简化了周边电路的设计。
实现了控制电路CMOS化，降低了控制电路的电力功耗。
内置故障检测和保护电路（短路过电流、过温、控制电源欠压）。
这样就减少了原来的设计 >> 试制 >> 评价 >> 再设计的多次循环工作。
◆不需要防静电措施◆ 和双极性TTL一样使用，不需要另外针对IGBT模块的措施。
用IPM 模块构成的大功率逆变电源近处来，随着我国经济快速增长、工业建设和城市扩张的大规模进行，而我国能源建设的步伐跟不上，特别是电力供应方面，全国很多地区和省市，不得不对工矿企业、商业用电进行拉闸限电，甚至连生命用电也受到了影响。
特别是今春以来，电力供应进入有历史以来最为紧张的年份。
另外，我国经济声速增长，各种轿车和客车大量使用，而且车内供娱乐的设备越来越多，对车内二次电源的变换器也提出了更高的使用要求。
目前使用的逆变器，存在如下点：1、体积庞大；2、转换效率低；3、适应负载能力差。
而我研究所研制的IPM DC-AC 率逆模块，具有如下特点：1、体积小，重量轻；转换效高；适应负载能力强；4、各种保护功能全；5、具有程控接口，可实现对模块的控制。
用IPM 模块构成的低频逆变电源（DC-AC，40HZ/50HZ/60HZ/400HZ/600HZ），具有应用快捷、简单和高效的特点。
下面是我研究所的DC-AC 模块的介绍：一、IPM 模块内部方框原理图图1二、模块内部结构概述●辅助电源：由启动电源和内反馈电源组成，它要求电压在20—500 伏范围内能正常工作（一般情况下在交流200 伏整流后350 伏直流电压下工作。
）●电流型PWM 及辅助保护电路。
所谓电流型即在比较器的输入端直接用感应到的输出电流信号与误差放大器输出信号进行比较，来控制输出的峰值电流跟随误差电压变化。
这种控制方式可以改善整个开关电源电压和电流的调整率，改善整个系统的瞬态响应。
电流型PWM 还具有重迭脉冲抑制电路，消除在一种输出里出现两个连续脉冲的可能性。
这对于半桥电路或全桥电路组成的开关电源能否可靠工作是极为重要的。
而一般电压型PWM 在受干扰时，常出现一路输出中有两个连续重迭脉冲，造成桥电路上下直通而烧毁功率管。
电流型PWM 可根据检测电路送来的电流信号实行逐个检测，信号大时逐个关断，超过极限时全保护关断。
（此时需关机启动，或延时3 秒软启动。
功率模块IGBT、IPM、PIM 的性能及使用时有关问题的综述1 IGBT主要用途IGBT是先进的第三代功率模块，工作频率1-20KHZ，主要应用在变频器的主回路逆变器及一切逆变电路，即DC/AC变换中。
例电动汽车、伺服控制器、UPS、开关电源、斩波电源、无轨电车等。
问世迄今有十年多历史，几乎已替代一切其它功率器件，例SCR、GTO、GTR、MOSFET，双极型达林顿管等,目今功率可高达1MW的低频应用中，单个元件电压可达4.0KV（PT结构）— 6.5KV（NPT结构），电流可达1.5KA，是较为理想的功率模块。
追其原因是第三代IGBT模块，它是电压型控制，输入阻抗大，驱动功率小，控制电路简单，开关损耗小，通断速度快，工作频率高，元件容量大等优点。
实质是个复合功率器件，它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体化。
又因先进的加工技术使它通态饱和电压低，开关频率高（可达20KHZ），这两点非常显著的特性，最近西门子公司又推出低饱和压降（2.2V）的NPT—IGBT性能更佳，相继东芝、富士、IR、摩托罗拉亦已在开发研制新品种。
IGBT发展趋向是高耐压、大电流、高速度、低压降、高可靠、低成本为目标的，特别是发展高压变频器的应用，简化其主电路，减少使用器件，提高可靠性，降低制造成本，简化调试工作等，都与IGBT有密切的内在联系，所以世界各大器件公司都在奋力研究、开发，予估近2-3年内，会有突破性的进展。
目今已有适用于高压变频器的有电压型HV-IGBT，IGCT，电流型SGCT等。
2 关断浪涌电压在关断瞬时流过IGBT的电流，被切断时而产生的瞬时电压。
它是因带电动机感性负载(L)及电路中漏电感(Lp)，其总值L*p = L + Lp则Vp* = Vce + Vp而Vp = L*p di/dt在极端情况下将产生Vp* Vces（额定电压）导致器件的损坏发生，为此要采取尽可能减小电感(L)，电路中的漏电感(Lp)—由器件制造结构而定，例合理分布，缩短到线长度，适当加宽减厚等。
一、IPM模块的结构形式直流无刷电机驱动：SD20M60、SD18M10二、IPM模块的优点智能功率模块 IPM（Intelligent Powr Module）不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到 CPU或 DSP 作中断处理。
它由高速低工耗的管芯和优化的门级驱动电路以及快速保护电路构成。
即使发生负载事故或使用不当，也可以IPM自身不受损坏。
IPM一般使用 IGBT作为功率开关元件，并内藏电流传感器及驱动电路的集成结构。
IPM模块是集外围电路内置于一块功率模块的器件，IPM以其高可靠性，使用方便赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器和各种逆变电源，广泛应用于交流电机变频调速和直流电机斩波调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电以及各种高性能电源（如UPS、感应加热、电焊机、有源补偿、DC-DC等）、工业电气自动化等领域，有着广阔的市场，一种非常理想的电力电子器件。
1）开关速度快。
IPM 内的 IGBT芯片都选用高速型，而且驱动电路紧靠 IGBT芯片，驱动延时小，所以 IPM 开关速度快，损耗小。
2）低功耗。
IPM 内部的 IGBT 导通压降低，开关速度快，故 IPM 功耗小。
3）快速的过流保护。
IPM 实时检测 IGBT 电流，当发生严重过载或直接短路时，IGBT将被软关断，同时送出一个故障信号。
4）过热保护。
在靠近 IGBT 的绝缘基板上安装了一个温度传感器，当基板过热时，IPM内部控制电路将截止栅级驱动，不响应输入控制信号。
5）桥臂对管互锁。
在串联的桥臂上，上下桥臂的驱动信号互锁。
有效防止上下臂同时导通。
6）抗干扰能力强。
优化的门级驱动与 IGBT 集成，布局合理，无外部驱动线。
7）驱动电源欠压保护。
当低于驱动控制电源（一般为 15V）就会造成驱动能力不够，增加导通损坏。
IPM自动检测驱动电源，当低于一定值超过 10?s时，将截止驱动信号。
