付超

（國家新聞出版廣電總局二〇二二臺新疆喀什市844000）

智能功率集成電路中部分模塊的分析

付超

（國家新聞出版廣電總局二〇二二臺新疆喀什市844000）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電子信息技術(shù)的進(jìn)步，電力電子技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)受到關(guān)注，智能功率集成電路是電力電子技術(shù)的最前沿科技，其能夠有效提升電力電子技術(shù)效率。本文從智能功率集成電路概述入手，探討了智能功率集成電路中的功率控制模塊，分析了控制電路中的穩(wěn)壓器模塊、振蕩器模塊、基準(zhǔn)源模塊以及邏輯模塊。

智能功率集成電路；功率控制模塊；功率半導(dǎo)體；電力電子技術(shù)

前言

在智能功率集成電路的綜合控制下，能夠有效提升電力電子技術(shù)的效率，其將輸出功率器件、接口電路、檢測診斷電路、信息處理系統(tǒng)以及保護(hù)電路在同一芯片上進(jìn)行集成。智能功率集成電路在生活和工作中的應(yīng)用十分廣泛，其在家電照明、電子產(chǎn)品、工業(yè)領(lǐng)域、航天儀器等各個領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。隨著電能處理領(lǐng)域的發(fā)展，效率問題和成本問題越來越受到行業(yè)關(guān)注，而智能功率集成電路則成為了半導(dǎo)體行業(yè)中的關(guān)鍵領(lǐng)域，如何降低電子產(chǎn)品功耗以及成本關(guān)系到智能功率集成電路的未來發(fā)展。基于以上，本文簡要分析了智能功率集成電路中的部分模塊，旨在為促進(jìn)智能功率集成電路的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用作出貢獻(xiàn)。

1 智能功率集成電路概述

智能功率集成電路是電力電子技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的最前沿，其能夠有效提升電力電子技術(shù)的效率。對于電力電子裝置來說，為了實現(xiàn)對電子系統(tǒng)的有效保護(hù)，在電子電路系統(tǒng)中往往應(yīng)用了眾多線路和電氣保護(hù)裝置，通常采用線路狀態(tài)處理模塊并線連接來實現(xiàn)保住裝置的作用，線路保護(hù)裝置能夠?qū)B接進(jìn)入設(shè)備的能源進(jìn)行檢測，實現(xiàn)對相關(guān)線路過壓、過流等故障的檢測，之后將檢測的線路與相關(guān)線路狀態(tài)處理模塊相連接，主要包括不同芯片的高壓功能模塊、低壓功能模塊等，從而實現(xiàn)對電氣設(shè)備的保護(hù)，保證電氣設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性[1]。但需要注意的是，這種保護(hù)設(shè)計方式有著重復(fù)性的特點，增加了電子芯片所在電力電子裝置的成本，如果將所用功能模塊都集成在一塊芯片上，則可以大大降低設(shè)計成本，希艾娜對電力供應(yīng)情況的綜合性、系統(tǒng)化處理，這就是現(xiàn)代電力電子技術(shù)中芯片設(shè)計的重要發(fā)展方向，即功率集成電路，這種單芯片集成設(shè)計模式能夠有效解決電力電子裝置智能化控制問題，因此也將這一集成芯片技術(shù)稱為智能化功率集成電路。

2 智能功率集成電路部分模塊分析

2.1 功率控制模塊

對于智能功率集成電路來說，其主要分為功率控制、傳感保護(hù)以及智能接口三個功能模塊，其中最為重要的功能模塊為功率控制模塊，因此，本文主要從智能功率集成電路的功率控制模塊入手進(jìn)行分析。

功率控制模塊是實現(xiàn)智能功率集成電路重要功能的關(guān)鍵，首先對功率需求和功率現(xiàn)狀進(jìn)行分析，通過分析系統(tǒng)本身會對電力電子裝置的能源模式以及輸入到電力電子裝置接口的線路有著一個明確的認(rèn)識，在智能功率集成電路運(yùn)行的過程中，如何實現(xiàn)現(xiàn)有能源的轉(zhuǎn)化，使其滿足電力電子裝置的需求是關(guān)鍵[2]。在智能功率集成電路功率控制模塊中，現(xiàn)有能源的轉(zhuǎn)化主要依賴于功率半導(dǎo)體器件，以功率半導(dǎo)體器件的特質(zhì)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)功率半導(dǎo)體不同的運(yùn)行狀態(tài)，以此來實現(xiàn)對半導(dǎo)體能源特點的轉(zhuǎn)化，滿足電力電子裝置的能源需求，從而保證電力電子裝置能夠有效、合理的運(yùn)行。

半導(dǎo)體器件在智能功率集成電路功率控制模塊中的作用至關(guān)重要，其能夠一定程度上決定了智能功率集成電路的發(fā)展，能夠保證智能功率集成電路能夠發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。早期功率半導(dǎo)體器件主要是半控型晶閘管，這種半導(dǎo)體器件的應(yīng)用主要還是以自身特性為基礎(chǔ)來實現(xiàn)線路功率的調(diào)節(jié)，但需要注意的是，這種功率調(diào)節(jié)過程中，有一般的工作狀態(tài)屬于不可控狀態(tài)，因此將其稱為半控型晶閘管，其其只能夠在開啟狀態(tài)下實現(xiàn)對線路能源狀態(tài)的調(diào)整，不能夠保證線路的完全絕緣，且這種半控型晶閘管體積較大，不符合智能功率集成電路的要求，指導(dǎo)LDMOS器件的出現(xiàn)，智能功率集成電路才實現(xiàn)了對功率半導(dǎo)體器件的引用，從而實現(xiàn)了對電力電子裝置能源供應(yīng)的智能化管理和控制。

2.2 控制電路部分模塊分析

2.2.1 穩(wěn)壓器模塊

穩(wěn)壓器模塊的主要作用是控制工作電壓，為低壓控制電路提供電源電壓，在進(jìn)行穩(wěn)壓器模塊的設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)考慮穩(wěn)壓器模塊對供電引腳電壓的電源抑制比，同時要考慮穩(wěn)壓器模塊對輸出負(fù)載電流變化的具體響應(yīng)[3]。在芯片中可以設(shè)計兩個穩(wěn)壓器模塊，兩個穩(wěn)壓器模塊有著不同的作用，一個給控制電路使用，另一個則給功率管柵驅(qū)動模塊使用。在開啟功率管的過程中，在短時間內(nèi)，功率管柵驅(qū)動模塊會處處較大電流，只有這樣才能夠保證功率管開啟時間符合電路的具體要求，因此需要提供一個單獨的穩(wěn)壓器模塊來供功率管柵驅(qū)動模塊使用。雖然芯片中兩個穩(wěn)壓器模塊的功能和作用不同，但二者結(jié)構(gòu)類似。

2.2.2 基準(zhǔn)源模塊

基準(zhǔn)源模塊指的是基準(zhǔn)電壓源，基準(zhǔn)電壓源能夠給電路中各個模塊提供基準(zhǔn)電壓，此基準(zhǔn)電壓與有著穩(wěn)定性好、精確性高的特點。以帶隙基準(zhǔn)電壓為例，其主要原理是將隨溫度升高而降低電壓加載隨溫度上高而增加的電壓上，這樣就能夠保證電壓不隨溫度變化而變化，得到一個穩(wěn)定的電壓。

2.2.3 振蕩器模塊

在電路中，控制功率管開關(guān)的觸發(fā)器每個周期都需要脈沖信號，通過脈沖信號來實現(xiàn)觸發(fā)器的置位，從而開啟功率管，由此可見，振蕩電路是必不可少的，其對于整個電路的工作頻率有著決定性的作用。在進(jìn)行振蕩器模塊的設(shè)計過程中，需要振蕩器在基準(zhǔn)源提供位置下起振，以此來提供一個固定的頻率和固定的占空比，產(chǎn)生方波信號[4]。

2.2.4 邏輯模塊

邏輯模塊主要以振蕩器輸出的方波信號為基礎(chǔ)，在每個周期開始的時候?qū)崿F(xiàn)柵驅(qū)動電路的置位，從而保證功率管的開啟。如果周期中出現(xiàn)的功率管電流較大、芯片溫度較高的情況，或出現(xiàn)控制電路電源電壓異常情況，邏輯模塊則可以實現(xiàn)功率管的關(guān)斷，當(dāng)以上異常情況消失之后，則可以對功率管進(jìn)行重新啟動。

3 結(jié)論

綜上所述，智能功率集成電路的應(yīng)用前景十分廣闊，本文簡要分析了智能功率集成電路的功率控制模塊，強(qiáng)調(diào)了功率半導(dǎo)體器件的重要作用，之后介紹了控制電路中的穩(wěn)壓器模塊、振蕩器模塊、邏輯模塊和基準(zhǔn)源模塊，探討了各個模塊的相關(guān)原理和功能。

[1]楊銀堂，朱海剛.BCD集成電路技術(shù)的研究與進(jìn)展[J].微電子學(xué)，2006，03：315～319.

[2]解鴻國.智能功率集成電路中功率半導(dǎo)體器件的研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015，01：118.

[3]譚開洲，石紅，楊國渝，胡剛毅，蒲大勇，馮健，毛儒炎.一種SOICMOS/ LDMOS單片智能功率集成電路[J].微電子學(xué)，2004，02：164～167.

[4]成建兵，張波，李肇基.用于智能功率集成電路的PTG-LDMOST[J].中國集成電路，2011，12：51～54+59.

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1004-7344（2016）24-0080-01

2016-8-5