IPM(智能功率模块)应用手册
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
MCU
1． 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。她正在影响着工业，消费，军事等电力电子系统。
随着IGBT的工作频率在20KHZ的硬开关及更高的软开关应用中，我们已然把她代替了MOSFET和GTR。
功率器件的应用
IGBT的发展使集外围电路内置于一块功率模块的IPM脱颖而出。IPM已被用于无噪声逆变器，低噪声UPS系统和伺服控制器等设备上。IPM使用户产品的体积减小，缩短上市时间，简化开发步骤。因为她内含：栅极驱动，短路保护，过流保护，过热保护和欠压锁定。
2IPM（智能功率模块）的一般认识
2.1功率电路设计
a.关断浪涌
关断浪涌电压是在关断瞬间流过IGBT的电流时产生的瞬态高压。
1. 2.
图1是半桥感性负载电路，图2是它的波形。
下面的IGBT由一组脉冲来控制导通和关断。每当下臂导通电流都将增加。
当该IGBT关断时，负载电流不能立即变化，由上臂续流二极管导通。如果电路是理想的（不存在寄生电感），关断时下臂上的电压将上升，直到比母线电压高出一个压降值。上臂的续流二极管随后导通以防止电压进一步上升。但实际电路中必有寄生电感（Lp），且增加的电压V P=L P×di/dt,这个电压与电源电源电压叠加并以浪涌形式加在下臂IGBT的两端，在极端情况下可能因超过V CES而损坏。
b.续流二极管的恢复浪涌
当续流二极管恢复时会产生与关断浪涌电压相似的浪涌电压。
当下臂IGBT开通时，续流管电流转移到下臂IGBT而下降。而当恢复时，
线路中的寄生电感产生一个浪涌电压L P×di/dt.
c.接地回路
当控制信号（栅极驱动）与主电流共用一个电流路径时会导致接地回路。
由于主回路有很高的di/dt，至使在具有寄生电感的功率回路产生感应电压，而导致可能感应到栅极把本来截止的IGBT导通。下图描述了避免接地回路的噪声。
图A：这种电路适合于小电流六合一封装的模块。
图B：这种电路适合于200A额定电流的模块。（下臂栅极电源独立）
图C：超过300A的模块推荐使用。
d.减小功率电路之电感
浪涌电压与寄生电感LP成正比。
所以在大电流模块的使用中更要降低回路电感。
迭层母线结构横截面图（极板放大以示细节）
2.2.吸收电路设计
吸收电路用以控制关断浪涌电压和续流二极管恢复浪涌电压。
大电流三相变频器主回路布局
a.吸收电路的类型：
图A：由一个低感电容跨接在C1E2间，六合一的模块接在PN之间。
图B：该二极管箝住瞬变电压，抑制谐振。RC时间常数应为开关周期的约为1/3（τ=T/3=1/3f）.
图C：大电流应用电路。
图D：能有效控制瞬变电压，寄生震荡及噪音。不过高频应用欠佳。
b.吸收电感的作用：
此图中ΔV=L S×di/dt（关断电压波形）
L S=吸收电路的寄生电感；di/dt=关断瞬间或恢复瞬间的di/dt
由此可见大功率IGBT电路必须采用低感吸收电路。
c.母线电感的作用：
设初试浪涌后随着吸收电容的充电，第二次瞬间电压为ΔV2
则：1/2L P I2=1/2CΔV22（P=母线电感，I=工作电流，C=吸收电容；ΔV2=吸收电容峰值；）
则C=LPI2/ΔV22
d.关于功率电路和吸收电路的几点建议
因为电容量和母线电感成正比，所以降低母线电感就能减少吸收电容。
双单元模块吸收电路六，七单元模块吸收电路
推荐吸收电路取值表
2.3.功耗设计
a.功耗估算
通态损耗：
通态总功耗=饱和压降*通态电流。
在感性负载中，可以近似的通过VFM*续流二极管平均电流值来计算续流二极管功耗。
开关功耗：
当PWM信号频率高于5KHZ时功耗会显著增加。
得到最精确的方法是测量IC和VCE的波形。将此波形逐点相乘即得到功耗的瞬时波形，此波形是以焦耳/脉冲为单位的开关能量，该面积用作图积分来
计算。总开关功耗是开通及关断的功耗之和。平均功耗是单脉冲开关能量与PWM频率相乘得到的。
即：P SW=F PWM×（E SW（on）+E SW（OFF））
b.VVVF变频器功耗计算
在变频器应用中IGBT的电流和占空比经常变化，下面公式可以应用时估算。
通用变频器主电路及输出波形
A．IGBT的功耗
B.每一个IGBT开关的损耗
C．每一个IGBT的总功耗
D．二极管功耗
E．每一臂的功耗
符号注释：
E SW(on)：T=125oC;峰值电流ICP下，每个脉冲对应的IGBT开通能量。
E SW（off）：T=125oC；峰值电流ICP下，每个脉冲对应的IGBT关断能量。
F SW：变频器每臂的PWM开关频率（通常FSW=FC）。
I CP：正弦输出的电流峰值。
V CE（sat）:T=125oC;峰值电流ICP下，IGBT的饱和电压。
V EC：IEP情况下，续流二极管的正向压降。
D：PWM信号占空比。
θ：输出电压与电流间的相位角。（功率因数=COSθ）
c.平均结温的估算
I GBT的最大结温是150oC，在任何情况下都不能超过该值。
Rth可以在数据手册中查到。
Rth(j-c)=标定的结壳热阻。
T J=半导体结温。
P T=器件的总平均功耗（PSW+PSS）
T C=模块的基板温度。
热计算方法
d.瞬态结温升的计算
瞬态热阻特性（IGBT部分）瞬态热阻特性（FWD部分）
e.散热器的安装
请在散热器表面使用导热膏脂。
安装时应受力均匀，避免用力过度而损坏，按下图顺序操作。
推荐导热膏制造商型号
Shinetsu G746
Dow corning DC340
Power Device inc Therm.-strate
3．IGBT的使用
3.1IGBT模块的结构和工作原理
GTR MOSFET IGBT
IGBT是通过栅极驱动电压来控制的开关晶体管，工作原理同MOSFET相似，区别在于IGBT是电导调制来降低通态损耗。
3.2.IGBT模块的额定值和特性
a.最大额定值
额定值是IGBT，IPM模块运行的绝对保证,所谓最大值是器件的极值,在任何情况下都不能超过其范围.
符号 参数 定义
V CES
栅极-发射极短路时,允许的断态集-发极最高电压.
集电发射极阻断电压
V GES
栅极-发射极电压 集-发短路时,允许的栅极-发射极最高电压.
I C
集电极电流 最大直流电流
I CM
集电极峰值电流 集电极极值
I E
FWD电流 最大允许FWD直流电流
I EM续流二极管峰值电流
最大允许FWD峰值电流
P C
TC=25度的情况下,每个IGBT开关最大也许的功率损耗.
集电极功耗
T j
结温 工作期间IGBT的结温
T stg
储存温度 无电源供应下的允许温度
V iso
绝缘电压 基片与模块间最大绝缘电压.
a.电气特性
ICES 集电极-发射极漏电流
VCE=VCES和栅极-发射极短路条件下的IC
V GE(th)
栅极-发射极阈值电压 VCE=10V的条件下,栅极发射极电压.
I GES
栅极-发射极漏电流 VGE=VGES和集电极-发射极短路条件下IG
V CE(sat)集电极-发射极饱和压降
IGBT的通态电压
Cies
输入电容 集电极-发射极短路条件下栅极-发射极电容
Coes
输出电容 栅极-发射极短路条件下集电极-发射极电容
QG
栅极总电荷 VC=0.5或0.6Vces;额定IC；VGE=15V条件下的栅极总电荷。
Id(on)
开通延迟时间 开关时间
tr(on)
开通上升时间 开关时间
Tf
关断下降时间 开关时间
Td(off)
关断延迟时间 开关时间
VEC
FWD正向电压 在额定电流下的续流二极管正向电压
Trr
FWD恢复时间 换流时续流二极管反向电压
Qrr
额定电流和di/dt=-1EM/us下，续流二极管反向恢复电荷。
FWD反向恢复电荷
c.热阻
符号 参数 定义
Rth(j-c)
结对外壳的热阻 每个开关管，结同外壳之间的热阻最大值。
Rth(c-f)
接触热阻 每个开关管外壳与散热器之间的热阻最大值。
3.3.特性曲线
a.输出特性
IGBT的输出特性是指在一定的V GE值下，产生某一特定的I C同V CE的相互关系。
典型的输出特性
b.饱和特性
V CE(sat)IGBT饱和压降是结温，集电极电流和栅极-发射极的函数。V GE的增加会加大沟道的电导，从而降低V CE（sat）.
饱和压降与I C的关系
c.开关特性
开关时间：
Ton=td(on)+t r ;
Toff=td(off)+t f;
典型的半桥开关特性
3.4栅极驱动及模块的保护
a.栅极驱动电压：
IGBT需要栅极电压使集电极和发射极之导通。
典型的IGBT栅极驱动电路
开通时建议用15V±10%的正栅极电压，该电压足以使IGBT完全饱和。在任何情况下不应超过（12V-20V）的范围。
为了保证不会因为di/dt噪声产生误开通，故采用反偏压（-5V至-15V）来作为关断电压。
b.串联栅极电阻R G
IGBT的开通和关断是通过栅极电路的冲放电来实现的，数值较小的电阻使栅极电容的冲放电快，从而减小开关时间和开关损耗。
开关时间与栅极电阻的关系开关损耗与栅极电阻的关系
c.栅极驱动功率要求
IGBT的开关消耗栅极电源的功率，此功率受栅极驱动负，正偏压的差值ΔV GE，栅极总电荷Q G和工作频率的影响。
IGBT开关时的栅极总电荷电源最小峰值电源的平均功率其中：QG=栅极总电荷，F=开关频率；
d.栅极驱动布线的几点考虑：
栅极驱动布线对防止寄生震荡，减慢栅极电压的上升，减少噪声损耗，降低栅极欠压保护次数有重大影响。
e.dv/dt的保护
关断时的IGBT由于反并联二极管的恢复过程其dv/dt在集电极与栅极间电容内产生电流，流向栅极驱动电路。
功率模块封装结构及其技术
功率模块封装结构及其技术 摘要：本文从封装角度评估功率电子系统集成的重要性。文中概述了多种功率模块的封装结构形式及主要研发内容。另外还讨论了模块封装技术的一些新进展以及在功率电子系统集成中的地位和作用。 1 引言 功率（电源或电力）半导体器件现有两大集成系列，其一是单片功率或高压集成电路，英文缩略语为PIC或HI VC，电流、电压分别小于10A、700V的智能功率器件/电路采用单片集成的产品日益增多，但受功率高压大电流器件结构及制作工艺的特殊性，弹片集成的功率/高压电路产品能够处理的功率尚不足够大，一般适用于数十瓦的电子电路的集成；另一类是将功率器件、控制电路、驱动电路、接口电路、保护电路等芯片封装一体化，内部引线键合互连形成部分或完整功能的功率模块或系统功率集成，其结构包括多芯片混合IC封装以及智能功率模块IPM、功率电子模块PEBb、集成功率电子模块等。功率模块以为电子、功率电子、封装等技术为基础，按照最优化电路拓扑与系统结构原则，形成可以组合和更换的标准单元，解决模块的封装结构、模块内部芯片及其与基板的互连方式、各类封装（导热、填充、绝缘）的选择、植被的工艺流程的国内许多问题，使系统中各种元器件之间互连所产生的不利寄生参数少到最小，功率点楼的热量更易于向外散发，其间更能耐受环境应力的冲击，具有更大的电流承载能力，产品的整体性能、可能性、功率密度得到提高，满足功率管理、电源管理、功率控制系统应用的需求。 2 功率模块封装结构 功率模块的封装外形各式各样，新的封装形式日新月异，一般按管芯或芯片的组装工艺及安装固定方法的不同，主要分为压接结构、焊接结构、直接敷铜DBC基板结构，所采用的封装形式多为平面型以及，存在难以将功率芯片、控制芯片等多个不同工艺芯片平面型安装在同一基板上的问题。为开发高性能的产品，以混合IC封装技术为基础的多芯片模块MCM封装成为目前主流发展趋势，即重视工艺技术研究，更关注产品类型开发，不仅可将几个各类芯片安装在同一基板上，而且采用埋置、有源基板、叠层、嵌入式封装，在三维空间内将多个不同工艺的芯片互连，构成完整功能的模块。 压接式结构延用平板型或螺栓型封装的管芯压接互连技术，点接触靠内外部施加压力实现，解决热疲劳稳定性问题，可制作大电流、高集成度的功率模块，但对管芯、压块、底板等零部件平整度要求很高，否则不仅将增大模块的接触热阻，而且会损伤芯片，严重时芯片会撕裂，结构复杂、成本高、比较笨重，多用于晶闸管功率模块。焊接结构采用引线键合技术为主导的互连工艺，包括焊料凸点互连、金属柱互连平行板方式、凹陷阵列互连、沉积金属膜互连等技术，解决寄生参数、散热、可靠性问题，目前已提出多种实用技术方案。例如，合理结构和电路设计二次组装已封装元器件构成模块；或者功率电路采用芯片，控制、驱动电路采用已封装器件，构成高性能模块；多芯片组件构成功率智能模块。DBC基板结构便于将微电子控制芯片与高压大电流执行芯片密封在同一模块之中，可缩短或减少内部引线，具备更好的热疲劳稳定性和很高的封装集成度，DBC通道、整体引脚技术的应用有助于MCM的封装，整体引脚无需额外进行引脚焊接，基板上有更大的有效面积、更高的载流能力，整体引脚可在基板的所有四边实现，成为MCM功率半导体器件封装的重要手段，并为模块智能化创造了工艺条件。
新型结构IGBT功率模块
新型结构IGBT功率模块—flowPHASE lowPHASE、变频器、寄生电感 1 引言 在中大功率变频器的设计中，IGBT模块已经得到越来越广泛的应用。但由于现有IGBT模块继承了以前大功率晶闸管的结构特点，仍然采用螺栓式的连接方法。造成的问题一是寄生电感大，EMI问题严重；二是由于必须通过铜排进行连接，成本高。 泰科电子（Tyco）针对以上问题，推出了新型结构的IGBT功率模块：flowPHASE 0，如图1所示。它是基于Power flow的设计理念进行设计，寄生电感小，而且非常方便布线；另外在结构设计上继续采用Clip in技术，使得电路板，功率模块和散热器的连接更加简单可靠。flowPHASE 0家族的模块是半桥结构，现有产品可以覆盖变频器15kW到30kW的应用。 图1 flowPHASE 0 IGBT模块示意图 2 PCB布线 对于模块本身的设计,结构的紧凑性很重要,但是更重要的是如何合理的布局模块的管脚。泰科flowPHASE 0模块在结构布局上具有以下特点,如图2所示。 图2 全桥逆变使用示意图 ● 模块内部电流流距短； ● 模块内部强弱电隔离分布； ● 在模块内部芯片布局时，综合考虑了外部PCB布线的简易性； ● 模块符合UL认证标准。
这些特点使得模块在实际应用时具有以下优点： ● 功率线短，方便布线且寄生电感小； ● 只要两层电路板就可以满足要求； ● 输入，输出功率线没有交叉，电磁兼容性好； ● 门极驱动管脚靠近驱动电路，驱动特性好； ● 使得变频器紧凑结构设计成为可能。 3 寄生电感 在高频应用场合中，寄生电感是造成IGBT关断过电压，关断损耗增加的罪魁祸首。因为在关断IGBT 时，由于电流突变，会在寄生电感上感应出一个电压。这个电压叠加在直流母线电压上造成关断电压尖峰，具体原理如下式所示： VCE(peak)=VCE+L×di/dt 其中寄生电感L是直流母线上电流流过IGBT所包围的面积的等效电感，如下图3所示。 图3 寄生电感示意图 所以对于变频器设计者来说，如何有效降低回路中的寄生电感就显得非常重要。flowPHASE 0模块由于按照Power flow的设计理念进行设计，模块内部寄生电感小。另外它的结构特点使得用户可以在PCB正反两面叠加布置直流母线，这样可以大大降低直流母线电压正负端的距离，从而减小回路面积，降低模块外部寄生电感。 4 热特性 考虑到模块应用上的高功率密度，模块内部使用了直接铜熔结（DCB-Direct Copper Bonding）陶瓷基板。对于通用型模块，flowPHASE 0使用了三氧化二铝（Al2O3）陶瓷基板，对于高性能产品，使用了氮化铝（AlN）陶瓷基板，它的导热性能要比Al2O3好五倍以上。 为了降低整个IGBT模块的功率损耗，模块内部使用了最新的低损耗型沟槽栅场终止芯片。另外由于flowPHASE 0是半桥结构模块，通过分散放置，可以有效降低中心热点的温度，改善模块的热特性，最大化的利用散热器，具体如图4所示。
(最新整理)功率模块封装结构及其技术
(完整)功率模块封装结构及其技术 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)功率模块封装结构及其技术）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)功率模块封装结构及其技术的全部内容。
功率模块封装结构及其技术 摘要：本文从封装角度评估功率电子系统集成的重要性。文中概述了多种功率模块的封装结构形式及主要研发内容。另外还讨论了模块封装技术的一些新进展以及在功率电子系统集成中的地位和作用。 1 引言 功率（电源或电力）半导体器件现有两大集成系列，其一是单片功率或高压集成电路,英文缩略语为PIC或HIVC,电流、电压分别小于10A、700V的智能功率器件/电路采用单片集成的产品日益增多，但受功率高压大电流器件结构及制作工艺的特殊性，弹片集成的功率/高压电路产品能够处理的功率尚不足够大，一般适用于数十瓦的电子电路的集成；另一类是将功率器件、控制电路、驱动电路、接口电路、保护电路等芯片封装一体化，内部引线键合互连形成部分或完整功能的功率模块或系统功率集成，其结构包括多芯片混合IC封装以及智能功率模块IPM、功率电子模块PEBb、集成功率电子模块等。功率模块以为电子、功率电子、封装等技术为基础，按照最优化电路拓扑与系统结构原则，形成可以组合和更换的标准单元，解决模块的封装结构、模块内部芯片及其与基板的互连方式、各类封装(导热、填充、绝缘）的选择、植被的工艺流程的国内许多问题,使系统中各种元器件之间互连所产生的不利寄生参数少到最小，功率点楼的热量更易于向外散发，其间更能耐受环境应力的冲击,具有更大的电流承载能力,产品的整体性能、可能性、功率密度得到提高,满足功率管理、电源管理、功率控制系统应用的需求。 2 功率模块封装结构 功率模块的封装外形各式各样，新的封装形式日新月异，一般按管芯或芯片的组装工艺及安装固定方法的不同，主要分为压接结构、焊接结构、直接敷铜DBC基板结构，所采用的封装形式多为平面型以及，存在难以将功率芯片、控制芯片等多个不同工艺芯片平面型安装在同一基板上的问题。为开发高性能的产品，以混合IC封装技术为基础的多芯片模块MCM封装成为目前主流发展趋势，即重视工艺技术研究，更关注产品类型开发,不仅可将几个各类芯片安装在同一基板上,而且采用埋置、有源基板、叠层、嵌入式封装,在三维空间内将多个不同工艺的芯片互连，构成完整功能的模块. 压接式结构延用平板型或螺栓型封装的管芯压接互连技术，点接触靠内外部施加压力实现，解决热疲劳稳定性问题，可制作大电流、高集成度的功率模块,但对管芯、压块、底板等零部件平整度要求很高，否则不仅将增大模块的接触热阻，而且会损伤芯片，严重时芯片会撕裂,结构复杂、成本高、比较笨重，多用于晶闸管功率模块。焊接结构采用引线键合技术为主导的互连工艺，包括焊料凸点互连、金属柱互连平行板方式、凹陷阵列互连、沉积金属膜互连等技术，解决寄生参数、散热、可靠性问题，目前已提出多种实用技术方案。例如，合理结构和电路设计二次组装已封装元器件构成模块；或者功率电路采用芯片，控制、驱动电路采用已封装器件，构成高性能模块;多芯片组件构成功率智能模块。 DBC基板结构便于将微电子控制芯片与高压大电流执行芯片密封在同一模块之中，可缩短或减少内部引线，具备更好的热疲劳稳定性和很高的封装集成度，DBC通道、整体引脚技术的应用有助于MCM的封装，整体引脚无需额外进行引脚焊接，基板上有更大的有效面积、更高的载流能力,整体引脚可在基板的所有四边实现,成为MCM功率半导体器件封装的重要手段，并为模块智能化创造了工艺条件.
现代功率模块及器件应用技术
现代功率模块及器件应用技术(1)-IGBT和MOSFET功率模块 0 引言 最近20年来，功率器件及其封装技术的迅猛发展，导致了电力电子技术领域的巨大变化。当今的市场要求电力电子装置要具有宽广的应用范围、量体裁衣的解决方案、集成化、智能化、更小的体积和重量、效率更高的芯片、更加优质价廉、更长的寿命和更短的产品开发周期。在过去的数年中已有众多的研发成果不断提供新的、经济安全的解决方案，从而将功率模块大量地引入到一系列的工业和消费领域中。 因此，有必要就功率模块的应用技术，如选型、驱动、保护、冷却、并联和串联以及软开关电路等，进行一次全面的系列介绍。 1 IGBT和MOSFET功率模块 1.1 应用范围 如图1所示，当前众多的电力电子电路可由功率MOSFET或IGBT来实现。从上世纪80年代开始，它们先后出现于市场。与传统的晶闸管相比，它们具有一系列的优点，如可关断的特性（包括在短路状态下）、不需要缓冲网络、控制单元简单、开关时间短、开关损耗低等。
图1 功率半导体的应用范围 现在，电力电子技术不断地渗透到新的应用领域中，这首先归功于IGBT和功率MOSFET的迅速发展。同时，它们的应用在其现有的领域内也在不断地深化。数年前，高耐压双极型功率晶体管还被广泛地应用着。而现在只能在少数例外情况下发现它的踪影，其位置已几乎完全被IGBT所取代。 在电流达数十A或以上的应用中，功率MOSFET及IGBT大多为含有硅芯片的绝缘式功率模块。这些模块含有一个或数个晶体管单元，以及和晶体管相匹配的二极管（续流二极管），某些情况下还含有无源元件和智能部分。 虽然功率模块存在仅能单面冷却的缺点，但它还是被广泛地应用于大功率电力电子技术中，与同期问世的平板式IGBT/二极管器件一争高低。尽管平板式器件在双面冷却的条件下可以多散发约30％的热损耗，但功率模块仍然受到用户广泛的欢迎。其原因除了安装简易外，还在于模块的芯片和散热器之间的绝缘、其内部多个不同元器件的可组合性、以及由于大批量生产而导致的低成本。 在当今的市场上，尽管各种有竞争性的功率器件都在不断地发展，但是IGBT模块却稳稳胜出，它的功率范围也在不断延伸。目前生产的IGBT模块已具有了65kV、4.6kV、3.3kV和2.5kV的正向阻断电压。以此为基础，MW 级的、电压至6kV的变流器（采用IGBT串联的电路）已经出现。 另一方面，MOSFET则被应用于越来越高的频率范围。今天，使用合适的电路拓扑与封装技术，已经可以在500kHz 以上实现较大的电流。 IGBT和MOSFET模块已经成为集成电子系统的基本器件，同时也正在成为集成机电系统的基本器件。 1.2 结构和基本功能 下面所述的功率MOSFET和IGBT均指n沟道增强型，因为，它代表了构成功率模块的晶体管的主流。 在一个正向的驱动电压作用下，一块p导通型的硅材料会形成一个导电的沟道。这时，导电的载流子为电子（多子）。在驱动电压消失后，该器件处于截止状态（自截止）。 在大多数情况下，人们采用图2和图4所示的垂直式结构。在这里，栅极和源极（MOSFET）或发射极（IGBT）均位于芯片上表面，而芯片底面则构成了漏极（MOSFET）或集电极（IGBT）。负载电流在沟道之外垂直通过芯片。 在图2所示的功率MOSFET和图4所示的IGBT具有平面式栅极结构，也就是说，在导通状态下，导电沟道是横向的（水平的）。 平面栅极（在现代高密度晶体管中更发展为双重扩散栅极）仍是目前功率MOSFET和IGBT中占统治地位的栅极结构。 平面式MOSFET和IGBT结构是从微电子技术移植而来的，其漏极或集电极由n＋（MOSFET）或p＋（IGBT）井区构成，位于芯片表面。负载电流水平地流经芯片。借助于一个氧化层，n区可以与衬底相互隔离，从而有可能将多个相互绝缘的MOSFET或IGBT与其他结构一起集成于一个芯片之上。 由于平面式晶体管的电流密度仅能达到垂直式结构的30％，因而明显地需要更多的安装面积，所以，它们主要被用在复杂的单芯片电路中。 从构造上来看，功率MOSFET（图2）以及IGBT（图4）由众多的硅微单元组成。每cm2芯片上的单元数可达8.2×105（最新的耐压为60V的MOSFET）以及1×105（高耐压IGBT）。 图2、图4显示了MOSFET和IGBT具有相似的控制区结构。 n－区在截止状态下构成空间电荷区。p导通井区被植入其内，它在边缘地带的掺杂浓度较低（p－），而在中心地带则较高（p＋）。
三电平IGBT功率模块
电子知识 为了充分发掘系统层面的设计优势，以往主要集中在大功率应用的三电平中点钳位(NPC)拓扑电路近来也开始出现在中、小功率应用中。低电压器件改进后的频谱性能和更低的开关损耗，使得UPS系统或太阳能逆变器等需要滤波器的产品受益匪浅。迄今为止，为了实现三电平电路，只能通过采用分立式器件或至少将三个模块结合在一起。现在，采用针对较高击穿电压的芯片技术，通过将三电平桥臂集成到单独模块中，再配上驱动电路，就能够使得这种拓扑在新的应用中更具吸引力。 三电平NPC拓扑的工作原理 在三电平NPC的拓扑中，每一个桥臂由四个带反并二极管的IGBT以串联的方式连接，另外再配上两个二极管DH和DL，将它们中间节点连接到直流母线的中性点。其中所采用的所有功率半导体都具备相同的击穿电压。根据输出电压和电流的特点，一个周期的基频输出有四个不同续流工作状态。 图1. 三电平NPC中某一个桥臂的换流回路。a) 短换流回路； b) 长换流回路 从图1a可以看出，电压和电流处于正方向，T1和DH组成了BUCK电路的工作方式，而T2则以常通的方式输出电流。而电压和电流处于负向期间，T4与DB 组成了BOOST电路的工作方式，T3以常通方式输出电流。在上述两种情况下，换流只有发生在两个器件中，我们称之为短续流。然而当输出电流为负向而电压为正向的情况下，流过T3和DB的电流必须如图1b)所示换相至D2和D1。这种换流涉及到四个器件，因此称之为长换流回路。在其它情况下，会存在另一个长换流路径。在设计三电平变换器时，如何控制好长换流回路的杂散电感和过压问题，是设计人员所要面临的又一挑战。
图2 EasyPACK 2B封装 针对三电平NPC拓扑的最新IGBT模块 虽然总共集成4个IGBT和6个二极管的IGBT模块并不适用于高功率产品，但是只要功率范围一定，并且控制管脚数允许采用标准封装，它是可以适用于中、小功率产品的。 图3 EconoPACK 4 封装 对于小功率产品而言，如图3所示的EasyPACK 2B封装具备足够的DBC面积来集成一个完整的150A三电平模块桥臂。由于可在给定的栅格内任意布臵管脚，这些管脚即可以作为功率端子也可作为控制端子，因此这个封装可提供非常理想的连接方式。这种封装可提供辅助发射极端子，可确保IGBT的高速开关。对于电源端子而言，最多可采用8个端子并联，确保获得所需的额定电流以及降低杂散电感和PCB热量。 对于中功率的产品，全新推出的EconoPACK 4封装提供了一种理想选择，它可集成三电平中所有功率器件。右边的三个功率端子用来把直流母线分开，为三电平逆变器带来极低的寄生电感，与它相对的两个功率端子并联起来作为每一个桥臂的输出端子。在模块封装的两侧是控制引脚，PCB驱动板可以通过这些端子直接连接。这种封装的三电平模块中的桥臂的最高电流高达300A。 就降低杂散电感而言，将一个三电平相桥臂的所有器件集成至一个模块，是一种很有前景的解决方案。然而，很明显仅600V 的器件耐压使它很难满足典型应用，原因在于：母线电压的均压不理想，而且600 V器件开关速度太快。 为了使设计更加容易并且确保器件在应用中具有更高的裕量，这些模块采用了增强型IGBT和二极管芯片，耐压达到650V。这些新的芯片与众所周知的600V IGBT3器件一样，具有相同
功率模块封装工艺
功率模块封装工艺 摘要：本文从封装角度评估功率电子系统集成的重要性。文中概述了多种功率模块的封装结构形式及主要研发内容。另外还讨论了模块封装技术的一些新进展以及在功率电子系统集成中的地位和作用。 1 引言 功率（电源或电力）半导体器件现有两大集成系列，其一是单片功率或高压集成电路，英文缩略语为PIC或HI VC，电流、电压分别小于10A、700V的智能功率器件/电路采用单片集成的产品日益增多，但受功率高压大电流器件结构及制作工艺的特殊性，弹片集成的功率/高压电路产品能够处理的功率尚不足够大，一般适用于数十瓦的电子电路的集成；另一类是将功率器件、控制电路、驱动电路、接口电路、保护电路等芯片封装一体化，内部引线键合互连形成部分或完整功能的功率模块或系统功率集成，其结构包括多芯片混合IC封装以及智能功率模块IPM、功率电子模块PEBb、集成功率电子模块等。功率模块以为电子、功率电子、封装等技术为基础，按照最优化电路拓扑与系统结构原则，形成可以组合和更换的标准单元，解决模块的封装结构、模块内部芯片及其与基板的互连方式、各类封装（导热、填充、绝缘）的选择、植被的工艺流程的国内许多问题，使系统中各种元器件之间互连所产生的不利寄生参数少到最小，功率点楼的热量更易于向外散发，其间更能耐受环境应力的冲击，具有更大的电流承载能力，产品的整体性能、可能性、功率密度得到提高，满足功率管理、电源管理、功率控制系统应用的需求。 2 功率模块封装结构 功率模块的封装外形各式各样，新的封装形式日新月异，一般按管芯或芯片的组装工艺及安装固定方法的不同，主要分为压接结构、焊接结构、直接敷铜DBC基板结构，所采用的封装形式多为平面型以及，存在难以将功率芯片、控制芯片等多个不同工艺芯片平面型安装在同一基板上的问题。为开发高性能的产品，以混合IC封装技术为基础的多芯片模块MCM封装成为目前主流发展趋势，即重视工艺技术研究，更关注产品类型开发，不仅可将几个各类芯片安装在同一基板上，而且采用埋置、有源基板、叠层、嵌入式封装，在三维空间内将多个不同工艺的芯片互连，构成完整功能的模块。 压接式结构延用平板型或螺栓型封装的管芯压接互连技术，点接触靠内外部施加压力实现，解决热疲劳稳定性问题，可制作大电流、高集成度的功率模块，但对管芯、压块、底板等零部件平整度要求很高，否则不仅将增大模块的接触热阻，而且会损伤芯片，严重时芯片会撕裂，结构复杂、成本高、比较笨重，多用于晶闸管功率模块。焊接结构采用引线键合技术为主导的互连工艺，包括焊料凸点互连、金属柱互连平行板方式、凹陷阵列互连、沉积金属膜互连等技术，解决寄生参数、散热、可靠性问题，目前已提出多种实用技术方案。例如，合理结构和电路设计二次组装已封装元器件构成模块；或者功率电路采用芯片，控制、驱动电路采用已封装器件，构成高性能模块；多芯片组件构成功率智能模块。DBC基板结构便于将微电子控制芯片与高压大电流执行芯片密封在同一模块之中，可缩短或减少内部引线，具备更好的热疲劳稳定性和很高的封装集成度，DBC通道、整体引脚技术的应用有助于MCM的封装，整体引脚无需额外进行引脚焊接，基板上有更大的有效面积、更高的载流能力，整体引脚可在基板的所有四边实现，成为MCM功率半导体器件封装的重要手段，并为模块智能化创造了工艺条件。
功率模块选型设计
功率模块选型设计 对于一个具体的应用来说，选择功率模块时需要考虑其在任何静态、动态、过载（如短路）的运行情况下： ①器件耐压； ②在实际的冷却条件下，电流的承受力； ③最适合的开关频率； ④安全工作区(SOC)限制； ⑤散热条件与最高运行温度限制； ⑥封装和安装方式 ⑦成本和技术风险 (1)器件耐压设计=(+)K2 =(1.15*600+200)*1.1 =979(V) (1) 式中： ——过电压系数 ——安全系数 ——额定直流电压 ——关断即将结束时的尖峰电压 考虑到回馈制动，电压波动，开关过程引起的电压尖峰等因素，通常选择功率管器件耐压都是母线电压的一倍，故IGBT的电压额定值选用1200V。 (2)器件的电流选择
在电力电子设备中，选择功率管模块时，通常先计算通过功率管的最大电流值，然后根据该设备的特点，考虑到过载、电压波动、开关尖峰、温度等因素考虑一倍的安全余量来选择相应的功率管。 流过IGBT的最大电流为： = =300××1.2×1×1.5 =763.56(A) (2) 式中： ——电流尖峰系数 ——温度降额系数 ——过载系数 ——牵引电动机峰值电流 IGBT的电流额定值选用=800A (3)合适的开关频率 功率管的损耗主要由通态损耗和开关损耗组成，不同的开关频率，通态损耗和开关损耗所占的比例不同。而决定功率管通态损耗的饱和压降和决定开关损耗的开关时间（,）又是一对矛盾，因此应根据不同的开关频率来选择不同特征的功率管。 在低频如<10kHz时，通态损耗是主要的，这需要选择低饱和压降型功率管；当≥15kHz时，开关损耗是主要的，通态损耗占的比例比较小。
智能功率模块的原理与应用
电子知识 2015年10月23日 深圳华强北华强集团2号楼7楼 电池管理系统能实时监控电池状态，延长电池续航时间、避免电池过充过放的情况出现，在电子产品中起着至关重要的作用。特别是可穿戴设备的兴起对电池管理系统提出新的挑战，此次“消费电子电池管理系统技术论坛”，我们将邀请业界领先的半导体厂商、方案设计商与终端产品制造商，共探消费电子电池管理系统市场发展趋势及创新技术，助力设计/研发工程师显著改进电池管理系统，进而从技术的层面为业界解决电子产品的电池续航问题。 立即报名>> IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。 IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。 IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准确模型，同时考虑了封装寄生参数与ESD结构；提供比结构化
方法更快仿真速度；可用于系统板级或多板信号完整性分析仿真。可用IBIS模型分析信号完整性问题包括：串扰、反射、振荡、上冲、下冲、不匹配阻抗、传输线分析、拓扑结构分析。IBIS尤其能够对高速振荡和串扰进行准确精细仿真，它可用于检测最坏情况上升时间条件下信号行为及一些用物理测试无法解决情况；模型可以免费从半导体厂商处获取，用户无需对模型付额外开销；兼容工业界广泛仿真平台。 IBIS模型核由一个包含电流、电压和时序方面信息列表组成。IBIS模型仿真速度比SPICE快很多，而精度只是稍有下降。非会聚是SPICE模型和仿真器一个问题，而在IBIS仿真中消除了这个问题。实际上，所有EDA供应商现在都支持IBIS模型，并且它们都很简便易用。大多数器件IBIS模型均可从互联网上免费获得。可以在同一个板上仿真几个不同厂商推出器件。 IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。 IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。欲使用IBIS进行实际仿真，需要先完成四件工作：获取有关芯片驱动器和接收器原始信息源；获取一种将原始数据转换为IBIS格式方法；提供用于仿真可被计算机识别布局布线信息；提供一种能够读取IBIS和布局布线格式并能够进行分析计算软件工具。 IBIS模型优点可以概括为：在I/O非线性方面能够提供准
元器件功率模块技术需求元器件功率模块性能指标
元器件(功率模块)技术需求 一、元器件(功率模块)性能指标 元器件1 名称：DC/DC变换器技术指标数量:52只 1、电性能指标 （1）输入电压范围：80V-120V,典型值100V；160V/1ms浪涌 （2）输出电流： Io≤0.5A； （3）输出电压：14.85V～15.15V，-14.85V～-15.15 V（常温）；（4）效率：≥80%（常温）； （5）负载调整率：≤1%； （6）电压调整率：≤1%； （7）工作温度（Tc）：-55℃～125℃； （8）产品尺寸：≤51mm×29mm×8.9mm（有法兰）； （9）总剂量TID≥100krad(Si)（加偏置）， 抗单粒子LET（SEB）≥75MeV·cm2/mg。 2、外形尺寸及引脚定义 （1）电路采用全密封金属外壳封装，外壳外形及尺寸应按图1的规定。
单位为毫米 图1外形尺寸 （2）引脚定义
图 2引出端排列 元器件2 名称DC/DC变换器技术指标数量:52只 1、电性能指标 （1）输入电压范围：80V-120V,典型值100V；160V/1ms浪涌 （2）输出电流： Io≤3.0A； （3）输出电压：5V±0.05V（常温）； （4）效率：≥75%（常温）； （5）负载调整率：≤1%； （6）电压调整率：≤1%； （7）工作温度（Tc）：-55℃～125℃； （8）产品尺寸：≤51mm×29mm×8.9mm（有法兰）； （9）总剂量TID≥100krad(Si)（加偏置）， 抗单粒子LET（SEB）≥75MeV·cm2/mg。 2、外形尺寸及引脚定义 （1）电路采用全密封金属外壳封装，外壳外形及尺寸应按图3的规定。
IPM(智能功率模块)应用手册
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
功率模块的烧结技术
功率模块的烧结技术 良好设计的封装 Christian G?bl ，赛米控新技术主管 诸如汽车诸如汽车、、风力发电风力发电、、太阳能发电和标准工业驱动器等的大功率应用要求功率模块满足高可靠性太阳能发电和标准工业驱动器等的大功率应用要求功率模块满足高可靠性、、耐热性以及电气坚固性等需求及电气坚固性等需求。。通过应用最先进的封装技术通过应用最先进的封装技术，，如无焊接的弹簧压接以及烧结技术如无焊接的弹簧压接以及烧结技术，，可以满足这些要求。在德国纽伦堡在德国纽伦堡，，赛米控新技术部的开发工程师正面临挑战赛米控新技术部的开发工程师正面临挑战，，开发开发、、优化和利用这种新封装技术优化和利用这种新封装技术。。 1994年以来，银烧结技术已被用于芯片和基板之间的连接。当时，许多国际会议都对银烧结键合层的性能和在可靠性方面的优势进行了分析和报告。然而，当时认为这种键合技术还不适用于大型工业电子产品。 这些烧结芯片/基板间连接完全由特殊的银粒子制成。这些银粒子在某种环境下，产生烧结架桥形态，在两个需键合组件之间形成一个可靠的连接。图1显示了烧结前后的银粒子。在这方面，有一点很重要，那就是要知道每个粒子是被特殊涂层材料所包围。产生键合很简单：只需在两个需键合组件之间，根据所需粘接层的厚度，放置一定数量的粒子并施加特定的温度和压力，经过一段特定时间后，就可以生产稳定的烧结连接。但是，这个基本过程只适用于最初的技术评估。 图1 . 烧结处理前烧结处理前（（左）和处理后和处理后（（右）的银扩散层 过去几年，一直在对烧结技术的工业化进行研究。已经开发出的独立烧结粘贴层，是如今赛米控所认可和实现的烧结粘贴层的基础。此外，已经开发生产出烧结工程工具来制造5“*7“的多 芯片DCB 。烧结压机被设计用来根据加工行为处理压力负荷。负责装配的生产工作人员训练有素，并且现场过程还在不断改善。 芯片与基板之间烧结层的接触强度非常高。在可靠性测试中，烧结层显示出高负载循环能力。烧结技术更进一步的优势是没有必须被清洗掉的焊接停止层。芯片相对于基板的定位精度达到50μm 。相比之下，采用焊接技术的定位精度只有400 μm ，这在后续的图像处理过程中会成为相当大的负担。 图2 . 烧结芯片与焊接芯片的功率循环能力对比
探秘 高功率密度模块电源应用了哪些新技术
探秘高功率密度模块电源应用了哪些新技术 高功率密度的模块电源产品目前在供电系统中的应用范围非常广泛，最近几年中也已经开始出现了逐步取代小功率电源模块主导地位的趋势。和以往的体积笨重、性能一般的大功率模块电源相比，以半砖、全砖封装形式为代表的高功率密度模块电源，具有体积小、效率高、温升低等独特优势。那幺，这些优势又是依靠哪些新型技术达到的呢？就让我们一起来看看吧。 ?采用先进的同步整流技术代替普通二极管整流技术 ?传统的大功率电源模块中所使用的整流方案为二极管整流，低压条件下一般采用肖特基二极管，和其他二极管整流器件相比它具有开关速度快，正向压降小的特点，但是正向压降也有0.5～0.6V，且反向漏电流较大，同步整流技术采用低导通电阻，低耐压的场效应管（MOSFET）代替普通二极管整流，由于同步整流MOSFET具有导通电阻低、阻断时漏电流小、开关频率高的特点，因而可以大大减小整流部分的开关损耗，系统效率明显提高。 ?采用软开关架构，减小开关损耗，提高可靠性 ?在软开关的启动方式被研发成功之前，一般的电源模块PWM方式开关均为硬开关，开关过程dv/dt和di/dt都比较大，因而开关损耗大、冲击大，对其使用寿命的损害相当大。目前国内半砖、全砖形势的高功率密度电源模块基本上都已经采用ZVS（零电压方式）和ZCS（零电流方式）开关架构，这种软开关的启动方式可以使开关过程更加平滑，损耗和冲击更小，因而可以降低开关管结温从而大大提高其工作寿命，另外高频开关本身也是模块电源中一个主要的噪声源，大的dv/dt和di/dt都会在输入输出的信号频谱上有所反映，采用软开关技术后，dv/dt和di/dt大大减小，系统本身也获得了较好 的电磁兼容性（EMC）。
IPM功率模块分析
引言 IPM智能功率模块是先进的混合集成功率器件，由高速、低功耗的IGBT芯片和优化的门极驱动以及保护电路构成。由于采用了能连续监测功率器件电流的、有电流传感功能的IGBT芯片，从而可实现高效的过流保护和短路保护。由于IPM智能功率模块集成了过热和欠压锁定保护电路，因而系统的可靠性得到了进一步提高。 IPM智能功率模块的性能特点 IPM智能功率模块的优点 使用智能功率模块可以使生产厂家降低在设计、开发和制造上的成本。与普通的IGBT 相比，在系统性能和可靠性上有进一步的提高。由于IPM集成了驱动和保护电路，使得用户的产品设计变得相对容易，并能缩短开发周期；由于IPM通态损耗和开关损耗都比较低，使得散热器减小，因而系统尺寸也减小；所有的IPM均采用同样的标准化与逻辑电平控制电路相联的栅极控制接口，在产品系列扩充时无需另行设计电路。IPM 在故障情况下的自保护能力，也减少了器件在开发和使用中过载情况下的损坏机会。 IPM智能功率模块安全工作区 IPM内置的栅极驱动电路和保护电路可以对许多违反IGBT模块安全工作区（SOA）的运行模式加以保护，智能功率模块的开关安全工作区和短路安全工作区定义概述如下： 开关安全工作区 开关（关断）安全工作区通常定义为在重复关断运行时的最大允许瞬时电压和电流。对于IPM，内置栅极驱动取消了因不正确的栅极驱动而造成的许多电压和电流的危险组合，此外，最大工作电流受过流保护电路的限制。根据这些限制条件，开关安全工作区可用图1中的波形来定义，只要主电路直流母线电压低于数据手册中的Vcc(port)指标，每个IPM功率单元的C-E间关断瞬时电压低于VCES指标，Tj小于125℃，控制电源电压在13.5V和16.5V之间，IPM将会安全工作。波形中的IOC是IPM的过流故障不会动作的最大允许电流。换句话说，它正好处在OC动作数值以下。该波形定义了硬关断操作的最坏情况，当电流高于OC动作数值时，IPM将关断该电流。 短路安全工作区 图2是一个典型的短路运行波形。标准测试条件用最小阻抗短路来产生流过该器件的最大短路电流。在测试中，短路电流（ICS）只受器件特性的限制，只要主电路直流母线电压低于Vcc(port)规定值，每个IPM功率单元的C-E间所有瞬时电压低于VCES指