功率半导体器件是电力设备和系统工作的基础,其安全性、稳定性和可靠性对电力装置和系统的稳定性影响很大。硅基IGBTIPM作为功率模块的代表,以高集成度和高功率密度被市场认可,并得到广泛应用。在IPM关键技术中,除了芯片技术和封装制造技术,驱动技术和短路保护技术都直接影响着IPM的稳定性和可靠性,因此对大功率IPM的驱动保护技术研究具有重要意义。本文对IPM模块结构及驱动保护技术进行研究,主要工作和创新性成果如下:1.为了解决大功率IPM采用的VCE退饱和短路检测方法存在检测消隐时间问题,本文提出了一种在IPM内部Direct Bonded Copper(DBC)上集成分流器的方案,从而实现无消隐时间的快速短路检测。分流器集成在IGBT芯片的发射极E端,通过测量分流器两端的电压,就可以精准测量IC。然而分流器集成到IPM模块内部,会带来寄生参数和产生热量。为了研究分流器的功率损耗情况和对模块工作温度的影响,首先对集成分流器的IPM功率单元的功耗进行了分析,给出了对应的功耗计算方法;然后根据热力学理论,建立了 Cauer热网络模型,给出了功率单元热阻计算方法;最后使用有限元法对模块功率单元进行布局研究,通过仿真发现交错式布局热分布均匀,芯片之间热耦合降低,模块热应力减小,从而验证了方案的可行性。2.针对模块驱动策略优化难问题,本文提出了一种基于思维进化算法优化的反向传播神经网络预测大功率IGBT最优驱动策略的方法,实现IGBT模块驱动参数的智能优化。建立了神经网络预测模型去预测IGBT可变栅极电阻主动栅极驱动器的开通和关断驱动策略。利用思维进化算法对神经网络的权值和偏差进行优化,从而得到最优的权值和偏差。为了验证本文提出的驱动策略预测方法的有效性和通用性,以4500V/900A的IGBT模块为例进行验证。与传统的栅极驱动器相比,预测的驱动策略使开通能量损耗、开通时间、电流过冲、综合评价方法、开启延迟时间和拖尾电压持续时间分别降低了59.31%、46.38%、36.99%、65.65%、1.9μs、2.9μs。3.针对IGBT驱动器设计中存在的开关损耗和电压电流过冲折衷问题以及驱动效果评价方法不统一问题,本文提出一种以开关时间作为约束条件的开关损耗和过冲量同时优化方法,并提出一种五坐标雷达图驱动效果评价方法。该优化方法以开关时间作为约束条件,在不增加开关时间的情况下,使得开关损耗和过冲都变小,从而解决了开关损耗和过冲之间的折衷问题。本文以开关损耗、开关过冲、开关时间、开关延时和电流电压变化率这五种参数制定了五坐标雷达图驱动效果评价方法,以传统驱动器驱动效果为评价标准。根据评价方法,驱动效果的五种参数都优于传统方法的策略,被称为好的驱动策略,从而为驱动策略预测模型提供了一种驱动效果评价方法。4.针对IPM短路保护问题,本文设计了内部集成分流器的大功率IPM短路保护电路,实现了无消隐时间的快速短路检测。试制了 1700V/150A型IPM样品,实验结果表明,集成分流器法的效果明显优于VCE退饱和法。所提出的方法分别只需要380ns和1.4us来检测一类和二类短路故障。一类和二类短路的短路承受时间分别只有2.06μs和0.62μs。此外,与VCE退饱和法相比,一类和二类短路的短路能量损耗分别降低了 66%和64.3%。综上所述,本文提出的驱动策略预测方法可以用于指导大功率IGBT和IPM模块驱动器的驱动策略制定。集成分流器的短路故障检测方法很好的解决了 IPM短路检测具有消隐时间问题,取得了良好的短路保护效果。