松下開(kāi)發(fā)出了利用無(wú)線供電技術(shù)在半導(dǎo)基板上以小面積實(shí)現(xiàn)功率器件驅(qū)動(dòng)電路的技術(shù)。使用該技術(shù)可在基板上制造馬達(dá)逆變器等使用的大功率晶體管的絕緣型柵極驅(qū)動(dòng)電路。將來(lái)有望實(shí)現(xiàn)將柵極驅(qū)動(dòng)電路和功率器件集成在一枚芯片上的逆變器IC。該公司已證實(shí),試制的驅(qū)動(dòng)電路能夠?qū)嶋H驅(qū)動(dòng)GaN(氮化鎵)功率元件注1)。
搭載了此次開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)電路的試制芯片。電路的尺寸為5.0mm×2.5mm。
注1)試制品的驅(qū)動(dòng)電路集成有①電力與信號(hào)的發(fā)送電路(5.8GHz振蕩器、以PWM信號(hào)實(shí)施調(diào)制的混頻器)、②起耦合器作用的一對(duì)天線、③由兩套整流電路構(gòu)成的電力與信號(hào)的接收電路。
在構(gòu)成絕緣型柵極驅(qū)動(dòng)電路時(shí),通常需要配備帶絕緣變壓器的電源電路(絕緣電源)以及光耦合器(圖1)。由于這些元件的制造技術(shù)及材料不同,因此很難集成在一枚半導(dǎo)體芯片上。松下此次通過(guò)利用無(wú)線供電技術(shù),在確保絕緣的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)和電力的傳輸。而且還可省去光電耦合器。利用微波同時(shí)提供加載有晶體管開(kāi)關(guān)控制信息的PWM信號(hào),以及柵極驅(qū)動(dòng)用電力。
松下在功率器件的驅(qū)動(dòng)電路上采用了基于微波的無(wú)線供電技術(shù)。省去了以往方式所需要的光電耦合器,可將柵極驅(qū)動(dòng)部分與功率元件集成為一體。(圖片由《日經(jīng)電子》根據(jù)松下的資料制成)
松下為實(shí)現(xiàn)電力傳輸用耦合器的小型化下了一番工夫。首先是采用了“蝶型”的天線。憑借切掉一部分的環(huán)路形狀,使電磁場(chǎng)集中于特定范圍內(nèi),提高了傳輸效率。
并且,通過(guò)在耦合器的接口間設(shè)置分離布線,可通過(guò)1個(gè)耦合器向電力與信號(hào)的接收部分發(fā)送兩套信號(hào)。通過(guò)采用分離布線可將耦合器的專用面積減小一半。而一般情況下,對(duì)于PWM信號(hào)上升和下降需要準(zhǔn)備兩個(gè)耦合器。
另外,不使用光電耦合器實(shí)現(xiàn)絕緣的方法中還有使用片上變壓器的技術(shù)。美國(guó)亞德諾半導(dǎo)體等公司已推出相關(guān)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的耐壓為2.5kV左右,但松下開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品耐壓高達(dá)9.6kV。