为何智能功率模块会盛行，ROHM的600V产品有哪些特色

1 低碳时代驱动功率转换的变革

当前，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，我国也提出了碳达峰和碳中和的目标，这对电子产品的降低能耗提出了巨大挑战。因为随着物联网的普及，产品需要有更长的待机时间；由于产品的性能提高和功能丰富，也会增加工作能耗。这就需要功率转换元器件和模块的效率进一步提升，因此，近年来IPM（智能功率器件）开始盛行。

2 适合小功率电机的IPM

IPM的优势是高效率、低功耗、模块化。以空调市场为例，全球空调市场的出货量这两年约1.5亿台，数量可观。该市场的技术也在不断更新。

1）效率提高。①各国对空调的能耗限制也越来越严苛。例如2020年7月1日，我国实施了新的能效标准，要求空调的产品效率达80%以上。为了满足这一要求，变频成为大势所趋，占有八九成的市场，定频空调已基本被淘汰。②待机功耗方面，新要求是制冷能力在4.5kW以下的机型，待机功耗从3W将为1W以下。

2）满足新机型的快速设计。对于制造企业来说，如何提高开发速度，生产更快更好的产品是面临的主要挑战。这就需要设计平台能够尽量标准化、模块化。

具体地，空调的开发周期越来越短，国外一般是2年或以上的周期，国内的开发周期更短，基本上6个月或以内必须要有产品上市，如果再用原来的分立器件，连测试的周期都不能保证。

对于实际生产，用分立器件还会有匹配问题，因为分立器件不仅牵扯到产品本身的功耗、效率、选型等，如此多的器件要求保证稳定，对于生产保障是要求比较高的。因为即便是同样规格的产品，不同厂家、性能的产品会有一些差异，工程师在切换的时候会遇到一些技术问题，包括驱动、噪声等。而且在不同的PCB板上用同样产品的时候，也会发现各种各样的问题。

而IPM避免了上述问题，因为所有的功率器件在IPM内部已经匹配、固化好，因此非常利于设计和操作。

所以现在不仅是空调行业，包括通用的工业伺服领域，7kW以内的产品已在大批量采用IPM。

3）价格有竞争力。IPM价格并不是太大的障碍了，因为对于制造，无论是贴装、测试等，时间成本和人力成本都是很高的。IPM可以降低这方面的成本。

4）节省面积空间。IPM不同于普通的功率模块(PM)。功率模块是把需要用到的一些功率器件集合在一个封装里。设计时还需要外围匹配合适的驱动等电路来驱动功率模块。

IPM不仅把功率器件集成进去了，还把驱动电路以及周边的保护电路集成到模块里。IPM的应用更加简单，就像控制逻辑器件一样来控制功率模块。

以空调电机的压缩机控制板为例。下图左边蓝色边框内的部分是以往的功率驱动板，它把功率器件、驱动电路和电流检测保护电路分布在板子上，实现了功率转换。现在，这些众多的器件在新的板子上都被1个IPM代替，面积只有原来的1/3。所以从节省空间和易于设计的角度来看，IPM有很大的优势。

当然，IPM不会完全取代分立器件。在偶尔的一些性能指标上，由于分立器件可以更灵活地对外围器件做调整，所以占有一定的优势。不过，随着IPM性能越来越可靠，应用越来越适用，而且现在对调节电路的要求也越来越弱化了，因此在设计上很少会牵扯到这方面的要求。

另外，IPM目前面向小功率的家电设备和工控设备的，例如10kW或15kW以下的产品，用IPM的可能性更大；更大功率的产品目前还是以“驱动+PM(功率模块)”为主。

3 ROHM兼具出色降噪和低损耗的600V耐压IGBTIPM

IPM有何新品？近日，全球知名半导体制造商ROHM开发出兼具出色的降噪和低损耗特性的600V耐压IGBTIPM“BM6437x系列”，有助于进一步减少白色家电和小型工业设备的功耗和设计工时。

ROHM半导体（上海）有限公司技术中心高级经理顾伟俊称，，新产品有三大特点。

● 同时能够降低噪声和功耗。这两个指标有一定的冲突，所以能够同时满足这两点绝非易事。

● 新产品在输出温度、监控精度上做了很大的提高，满足了现阶段家电和普通小功率工控设备的基本要求。

● 为了满足客户对生产、制造、品质的保障，新增了产品识别功能，可以在线测试该型号的IPM，防止其他器件的导入产生误装。

详解如下。

1）噪声和节能方面，ROHM新一代的IPM在功耗方面可以与市场中领先的产品达到基本同样的水平。但是在这个基础上，新IPM比普通产品可以降低6dB以上的噪声（下图左）。这对于工程师是一个难得的好消息，因为要调整到如此低的噪声，工作量是很大的。

据悉，降噪不仅是通过工艺的改善，最主要的是实现各功率器件的合理匹配。因为EMI降噪与IGBT的开关速度有直接的关系：速度越快，噪声越大；但为了减少损耗，要求开关速度尽可能地快。因此需要平衡各功率器件之间的噪声等级，包括IGBT管，快恢复二极管（FRD），其他HVIC（驱动电路）里的逻辑电路等。

2）高精度温度控制方面，普通的IPM时本身会有一个温度输出，但是温度输出并不是IPM以前比较侧重的地方，所以精度相对较差，约在5%。

不过，有时IPM功率器件的温度误差决定了整个系统是否安全可靠。因此，IPM的温度输出的误差越大，必须考量的设计冗余就越大，对于IPM的使用限制就会越多。因此，有些客户会采用外置的热敏电阻来增加可靠的温度检测，这将额外地增加成本。

ROHM新一代IPM将温度输出的精度设计到与添加外置热敏电阻后基本相同的2%精度，所以在同样的应用中完全可以省略掉外置热敏电阻等外围电路，节约成本，也能加快开发速度。

IPM里的温度检测是在靠近主功率器件的HVIC上。以前由于HVIC的功率比较简单，所以温度输出的精度不高，ROHM在新IPM产品里更新了HVIC的工艺。

3）增加了产品识别功能。普通的IPM由于背面有一个很大的散热片，要考虑到散热的问题，因此产品标签往往印在了模塑表面。当普通IPM插在PCB板上后，将看不到标签，所以无法通过光学的手段辨别所采用的型号是否正确（如下图）。

为了便于在线测试时不会产生误操作或混入其他料号，ROHM新一代IPM增加了产品识别功能，通过阻抗测量仪就能区分不同的型号以及是否是其他厂商产品混入的状态，保障了生产的可靠性。

4 ROHM的IPM发展规划

未来ROHM将继续扩大IPM产品阵容。

1）在提高空调节能性能的IPM开发方面，ROHM在积极推动比IGBT的节能性能更出色的Si-MOS IPM的开发。因为变频空调在实际应用中，约80%的时间是在低功耗、维持温度的工作状态，这相比于实际应用的功率并不是很大。在小电流应用的工作环境中，与IGBT相比，Si-MOS 有更高的效率。因此,ROHM针对于空调市场推出了使用自产Si-MOS——PrestoMOS™的高效率IPM产品，目前已经有部分产品在官网公布。在使用该产品以后，普通的变频空调在常年工作中，可以降低50%左右的功率损耗。

在Si-MOS IPM与IGBT IPM的关系方面，目前ROHM开发的Si-MOS主要针对的是新一代的空调的市场，因为空调市场是比较特殊的：变频空调的大部分时间是工作在低功耗状态下，只有在开机和一开始的阶段才会在高功耗的状态里，因此Si-MOS管就足够了，因为MOS管在小电流的时候效率高。只有电流达到一定功率后，IGBT的性能优势才会体现出来。

因此总体上，IGBT产品目前还是市场的主流，因为目前Si-MOS管的用量还没有真正起来，所以成本并不占优势。但是小电流应用的工作环境下，Si-MOS管的性能优势是比较明显的。

IGBT和SiC的关系方面，短期内IGBT仍是主流产品，尤其在家电和通用的消费类产品里，主要由于IGBT具有成本优势。碳化硅的应用还处于早期，有一些问题还在探索中。

2）ROHM已经投入到了车载级产品的开发。新能源汽车的空调系统完全是电控的，因此对IPM的需求是非常强烈的。但是现在很少有能满足车规级的产品，因为不仅是产品本身的品质要提高，还有认证、生产、制造、设计等都要有所改变。

3）ROHM的产品迎合市场需求，除了效率、性能的提升，还在寿命和可靠性上做突破。