功率元器件智能化，車(chē)載IPD性能提升需求上漲

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）在以前的ECU中，大多數(shù)將繼電器用作驅(qū)動(dòng)電路中的開(kāi)關(guān)元件，后來(lái)這種機(jī)械繼電器開(kāi)始向半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。并且這一趨勢(shì)迅速席卷了整車(chē)各個(gè)應(yīng)用，尤其是在電機(jī)和加熱器控制應(yīng)用中。

智能功率元器件，IPD，Intelligent Power Device，是一種單片功率IC，在單一芯片上集成了輸出階段的功率MOSFET或IGBT以及控制輸出階段的一個(gè)電路。IPD具有緊湊、輕量和功率高效的特點(diǎn)，且不受接觸磨損限制，從而形成帶自保護(hù)功能的高度可靠系統(tǒng)，在汽車(chē)電子中有著廣闊的應(yīng)用空間。

高壓IPD與低壓IPD

所謂智能功率元器件，這類(lèi)器件可代替人工來(lái)完成復(fù)雜的功率控制，因此它被賦予智能的特征。常見(jiàn)的保護(hù)功能有我們熟悉的欠電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流及短路保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等。此外，在某些智能功率器件中還具有輸出電壓過(guò)沖保護(hù)、瞬態(tài)電流限制、軟啟動(dòng)和最大輸入功率限制等保護(hù)電路，可以大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。根據(jù)羅姆給出的數(shù)據(jù)，目前IPD在工業(yè)市場(chǎng)上規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了約2.18億美元，在車(chē)載市場(chǎng)上的需求量也是日益增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)幅度超過(guò)7.3億美元。

IPD也有高壓與低壓之分，車(chē)用、工業(yè)用的低壓IPD又分高邊與低邊，高邊IPD是位于電源和負(fù)載之間的開(kāi)關(guān)，低邊IPD位于負(fù)載和GND之間。低壓IPD在正常工作、過(guò)流工作、熱關(guān)斷狀態(tài)以及開(kāi)路狀況下會(huì)有不同的工作真值。檢測(cè)到異常情況，IPD診斷功能會(huì)驅(qū)動(dòng)DIAG端為高電平或低電平。當(dāng)過(guò)流保護(hù)、熱關(guān)斷或開(kāi)路負(fù)載檢測(cè)跳閘時(shí)，會(huì)發(fā)出異常情況信號(hào)。通過(guò)MCU或邏輯電路處理輸入并診斷輸出信號(hào)，可識(shí)別IPD中的異常情況。

高壓IPD專(zhuān)門(mén)用于驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī)，高壓IPD通過(guò)霍爾效應(yīng)器件、霍爾效應(yīng)傳感器和一個(gè)控制IC接收控制信號(hào)。高壓側(cè)器件的柵極驅(qū)動(dòng)IC需要非常高的電壓，此電壓等于高壓電源和柵極－源極電壓之和。由于低壓側(cè)控制信號(hào)不能直接驅(qū)動(dòng)高邊柵極驅(qū)動(dòng)IC，因此高壓IPD需要配一個(gè)電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)IC來(lái)控制信號(hào)從低壓電路傳輸至高壓電路。高壓IDP可以配合與高壓兼容的小型貼片式封裝進(jìn)一步減小安裝面積，比如東芝的智能功率高壓IPD系列采用的SSOP30和HSSOP31封裝，該系列的高壓IPD也采用新的高擊穿電壓SOI工藝進(jìn)一步降低了損耗。

IPD的低導(dǎo)通電阻與高散熱能力

如同其他功率器件，IPD的導(dǎo)通電阻和散熱能力一直是相互制約的，想要實(shí)現(xiàn)更低的導(dǎo)通電阻和更高的散熱能力想要居中權(quán)衡，尤其是在IPD現(xiàn)在小型化的趨勢(shì)下，實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻和高散熱能力愈發(fā)困難。

近期羅姆面向引擎控制單元和變速箱控制單元等車(chē)載電子系統(tǒng)、PLC等工業(yè)設(shè)備，開(kāi)發(fā)出40V耐壓?jiǎn)瓮ǖ篮碗p通道輸出的8款I(lǐng)PD通過(guò)獨(dú)家的TDACC工藝在導(dǎo)通電阻和散熱上實(shí)現(xiàn)了較好的平衡。

羅姆的工藝可以將溝槽MOS和CMOS集成在同一芯片當(dāng)中，這有利于降低導(dǎo)通電阻，而TDACC技術(shù)可以讓IPD產(chǎn)品具有熱分散式有源鉗位電路。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)在正常工作時(shí)，TDACC使得流過(guò)電流通道多實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻，但是在有源鉗位功能發(fā)揮作用的時(shí)候，TDACC通過(guò)電路控制使得工作的柵極變少，以此實(shí)現(xiàn)高的散熱能力。而在封裝上，羅姆則根據(jù)功率器件散熱性要求開(kāi)發(fā)了固晶材料，在封裝上保證IPD良好的散熱性。

小結(jié)

良好的導(dǎo)通電阻特性有利于IPD在啟動(dòng)時(shí)可能發(fā)生故障的應(yīng)用里發(fā)揮更有效的作用，通過(guò)低損耗技術(shù)和新制造工藝進(jìn)一步降低損耗值并保證散熱性，能大大提高器件可靠性拓展IPD在汽車(chē)電子中的應(yīng)用，提升整車(chē)的器件保護(hù)性能。