隨著電子技術的發(fā)展，功率半導體技術已成為現(xiàn)代電力電子技術的核心。以絕緣柵雙極晶體管（IGBT）為代表的功率器件廣泛用于許多工業(yè)控制領域。
IGBT作為典型的雙極MOS復合功率器件，結(jié)合了MOSFET和GTR（高功率晶體管）的優(yōu)點，具有輸入阻抗高，開關速度快，熱穩(wěn)定性好，驅(qū)動電路簡單等優(yōu)點。它還具有低導通電壓，高耐壓和大電流的優(yōu)點。
IPM由一個高速，低功耗的IGBT芯片和一個首選的門級驅(qū)動和保護電路組成，如圖1所示。根據(jù)內(nèi)部電源電路配置，IPM分為四種類型：H型，D型類型，C型和R型。
在圖中，一個IGBT封裝在H型中，兩個IGBT封裝在D型中，六個IGBT封裝在C型中，七個IGBT封裝在R型中。 IPM內(nèi)部設有柵極驅(qū)動控制電路，故障檢測電路和各種保護電路，帶有電流傳感器的IGBT芯片用于監(jiān)控IGBT的主電流。
內(nèi)部故障保護電路主要用于檢測過流，過熱和欠壓等故障。圖2顯示了IPM的功能框圖。
智能功率模塊的內(nèi)置驅(qū)動和保護電路使系統(tǒng)硬件電路簡單可靠，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，提高了系統(tǒng)在故障條件下的自我保護能力。與普通IGBT模塊相比，智能功率模塊由于增加了保護電路，系統(tǒng)性能和可靠性大大提高。
智能功率模塊的保護功能包括控制電壓欠壓保護，過熱保護，過流保護和短路保護。如果智能功率模塊模塊中的保護電路產(chǎn)生動作，則其內(nèi)部IGBT柵極驅(qū)動單元關閉柵極電流并輸出故障信號（Fo）。
（1）控制電壓欠壓保護（UV）：智能電源模塊使用單個15 V電源。如果電源電壓低于12.5 V且時間超過toff = 10 ms，則會發(fā)生欠壓保護，柵極驅(qū)動電路被阻斷，輸出被阻斷。
故障信號Fo。如圖3所示。
（2）過熱保護（0T）：溫度傳感器安裝在靠近IGBT芯片的絕緣基板上。當智能功率模塊的溫度檢測到基板的溫度超過溫度值時，發(fā)生過熱保護，并且柵極驅(qū)動電路被阻斷。
輸出故障信號Fo。 （3）過電流保護（0C）：如果流過IGBT的電流值超過過電流工作電流且時間超過toff，則發(fā)生過電流保護，柵極驅(qū)動電路被阻斷，輸出故障信號Fo。
為避免過大的電流變化率di / dt，大多數(shù)智能電源模塊使用兩級關斷模式。如圖4所示。
（4）短路保護（SC）：如果負載短路或控制系統(tǒng)故障，導致短路，流過IGBT的電流值超過短路動作電流，立即發(fā)生短路保護，柵極驅(qū)動電路被阻斷，輸出故障信號。與過流保護一樣，大多數(shù)智能功率模塊使用兩級關斷模式，以避免過大的電流變化率di / dt。
為了縮短電流檢測的響應時間和過流保護的故障動作，在智能功率模塊內(nèi)部使用實時電流控制電路（RTC），使響應時間小于100 ns，有效抑制電流和電流。功率峰值，提高保護效果。
當智能電源模塊在UV，OC，OT和SC中的任何一個發(fā)生故障時，智能電源模塊將立即輸出故障信號Fo，其持續(xù)時間tFo為1.8 ms（SC持續(xù)時間將更長）。智能電源模塊阻斷門驅(qū)動器并關閉智能電源模塊。
當故障輸出信號持續(xù)時間結(jié)束時，智能電源模塊將自動復位，柵極驅(qū)動通道將重新打開。智能電源模塊設備自身產(chǎn)生的故障信號是非保持性的。
如果在tFo結(jié)束后仍未消除故障源，則智能電源模塊重復自動保護過程并重復該動作。過流，短路和過熱保護動作是非?？量痰牟僮鳁l件，應在設計時避免。
因此，智能功率模塊的內(nèi)部保護電路不能完全實現(xiàn)器件的自我保護。為了使系統(tǒng)真正安全可靠地運行，通常需要設計輔助外圍保護電路。
同時，當發(fā)生欠壓，過流，短路和過熱等故障時，智能功率模塊輸出相同的故障信號Fo，因此主控系統(tǒng)無法判斷故障的具體原因，需要進一步的故障診斷技術。