2.7.2  PM和IPM

一般的功率变换装置几乎并不使用单个开关器件，而是以几个SD（开关器件）的组合来构成SDA（开关器件组合）。伴随着把多个半导体器件封装在一起的技术进步，便于使用、性能优良的功率模块也在进步。例如，图2.21所示为基本三相变换电路的SDA功率模块构成，6个IGBT与各自二极管反向并联连接，构成6臂3支路的桥式电路。器件厂家从一开始就出售封装在一起的这种构成电路，这对简化结构工序起着很大的作用。这样被模块化的器件封装称为功率模块（Power Module，PM）^[10]。这不仅仅限于IGBT，对适于模块化的SD而言它是广泛采用的手法。

图2.21 三相变换电路的SDA功率模块构成（参考图5.43）(https://www.daowen.com)

在SDA的实用阶段遇到了各种各样的问题，正如后面章节阐述的那样，包括栅极端子的驱动问题，对过电流或短路电流的保护问题（与安全工作区（Safety Operation Area，SOA）相关，参考2.9.1节），控制电源欠电压问题，防止温度异常上升问题等，应对这些问题需要各种各样的硬件设备。PM必须使用这批器件，若电路的额定值以及使用方法都已确定，则器件厂家在一开始就可以制造出具有功能来应对这些问题的PM，这对生产成本下降、可靠性提高、产品小型化等做出了积极贡献。这样的PM称为IPM（Intelligent Power Module，智能功率模块），图2.22所示为它的构成。

图2.22 IPM内部组成

IPM基本上是针对IGBT而开发的，IGBT是电压控制器件，其需要的驱动功率比较小，易于并联来进行分流检测工作，反并联二极管的连接等内部布线技术也相当成熟，这些方面都为IPM的发展奠定了良好的基础。图2.22中将IGBT的发射极分开，其中的一部分连接分流电阻r用于检测电流，当检测到过电流或短路电流后，直接封锁栅极驱动，保护了器件并同时向外部发送跳闸信号。具有了这些优化保护功能，最近的IPM中也可以不考虑SOA问题。除此之外，IPM还具备了器件的过热保护功能和驱动电源欠电压检测功能。当驱动电源欠电压时，器件的驱动能力陷入不足的状态，对开关特性和正向压降都带来不利影响，所以需要立即关断器件。

对于其他的装置，为了消耗电动机再生制动时通过逆变器返回的大量能量，安装了开关器件，它能随时开通，从而使得电流流过制动电阻来消耗回馈能量（详细参考图7.3所示的通用逆变器构成图）。

由于IPM的开发，带来了装置特性好、可靠性高、小型化、制造工序简化等众多优点，所以成为促进IGBT普及的重要力量。