IGBT IPM 是什么?有哪些优缺点?

一、什么是 IGBT IPM?
IPM 是 “Intelligent Power Module” 的缩写,是集成了 IGBT、MOSFET 等元器件单体(分立产品)与驱动电路、保护电路等电路的模块的统称。因其驱动条件和保护功能根据所搭载的功率元器件进行了优化,且易于使用,故被称为 “IPM”,一种智能(Intelligent)的功率模块(Power Module)。
功率元器件的主要形态包括元器件单体(分立产品)、功率模块和 IPM。为加快产业上下游企业交流,艾邦建有功率半导体产业链交流,欢迎识别二维码加入产业链微信群及通讯录。

IGBT IPM 是什么?有哪些优缺点?

功率模块和 IPM 之间的区别在于,功率模块是将多个分立元器件组合在一个封装中的产品,驱动电路和保护电路需要另备。
IGBT IPM 是什么?有哪些优缺点?
最常见的 IPM,则由 6 个 IGBT 和三相栅极驱动器组成逆变器结构, 框图以及封装示例图如下。
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在该示例中,还内置了用来驱动高边 N 沟道 IGBT 的自举二极管和再生用的快速恢复二极管。

二、IGBT IPM 的优点

与分立产品设计相比,IGBT IPM 在各方面有着诸多优点,如易于设计、安全性、可靠性和节省空间等

IGBT IPM 不仅内置 IGBT 器件,还内置了驱动电路和保护电路等,因此综合优点具体如下:
  • 简单易用:使用分立产品进行电路设计时,需要具备处理功率元器件的专业技术技巧,而 IPM 中已经内置了功率元器件并融入了其驱动技术技巧。
  • 节省时间:由于 IPM 已针对功率元器件和驱动电路进行了优化,其工作与特性得到保证,因而可使应用产品的外围电路设计更加容易。
  • 安全性强:内置多种所需的保护功能,可以安全地构建处理大功率的应用产品。
  • 可靠性:IGBT IPM 不仅考虑了电气特性,还考虑了热和 EMC 相关的特性,因此可以避免采用分立产品进行设计时的电路板设计和元器件安装相关的各种问题。
  • 节省空间:在分立结构中,IGBT 和 IC 由于是各自独立的封装,所以需要相应的电路板面积,而 IPM 基本上已经将裸芯片直接安装在模块电路板上了,体积更小,更节省空间,因此可以缩小电路板尺寸、提高效率并简化电路板布线。
  • 提高系统的可靠性:由于是模块,因此部件数量仅为 1 个,有助于提高系统的可靠性
IGBT IPM 是什么?有哪些优缺点?
可以说,相比使用分立产品的设计,使用 IPM 进行设计具有很多优点,如果一定要列举缺点的话,因其规格和特性是固定的,故不适合单独调整等定制化应用。但是,IPM 的规格是在假设主要应用和近似应用的情况下设定的,其原本的使用方法就是根据用途选择合适的产品。

 

三、IGBT IPM 的适用范围和应用

IGBT 等各功率元器件的特点各不相同,适用的应用也有所不同。IGBT IPM 适用的应用领域主要是 IGBT 模块应用领域中输出容量较低的几 kVA 以下的范围。
IGBT IPM 中较受欢迎的产品是由三相栅极驱动器和 6 个 IGBT 组合而成的三相逆变器结构的产品。IPM 已经开始应用于空调等家用电器中,已有几十瓦级到几千瓦级的各种 IPM 产品,适用于风扇电机和压缩机电机等各种应用。从家电到小型工业电机,IGBT IPM 的应用领域非常广泛。
下图是从 IGBT 等功率器件的输出容量和工作频率角度来看的适用范围和适用应用的示意图。通常,IGBT IPM 适用的应用领域主要是 IGBT 模块应用领域中输出容量较低的几 kVA 以下的范围。
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从输出容量和工作频率的角度看各种功率元器件适用范围和应用产品(示意图)
如图所示,IGBT IPM 的适用领域与 IGBT 分立产品和 Si MOSFET 有重叠的区域。在决定选用哪种功率元器件时,则需要考虑 IGBT IPM 的优点,从中选择最有效的方案。

来源:https://techclass.rohm.com.cn/knowledge/category/s-igbt

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作者 808, ab