智能功率模块：走向小型化与高效能

　　使用BLDC马达进行节能处处可见，可以说是尘埃落定。其挑战在于以合理的成本在马达里集成一个复杂的电子控制电路，从而为用户提供服务。优化的功率驱动电路对马达具有巨大的提升性能的潜力，功率驱动电路就像微控制器和马达之间的肌肉，功率器件的开关和传导损耗会影响整个控制器所需的尺寸和散热设计。飞兆半导体提供的高集成度Motion-SPM智能功率模块正是这样的设计方案：尽管客户需要一款紧凑的解决方案，但是功率密度不可能无限制提高。因而，新的功率开关技术能够发挥作用，可以减少损耗，提高功率密度。

　　

　　图1：TinyDIP模块带有用于马达连接的加长引脚

　　HV MOSFET技术提升功率密度

　　飞兆半导体新推UniFET II技术是一种称之为“自对准”技术，采用前一个工序的结构来精确定位下一个工序。利用这种方式，可以更有效地使用设备的边界参数，形成最优的平面MOSFET技术。与先前的产品相比，这些晶体管具有更好的导通电阻（RDSON）/面积数值，有助于提高模块性能。同时，由于芯片面积增大了，相比具有相同RDSON的超级结晶体管，这些晶体管具有更强壮的耐冲击能力。

　　这些晶体管用于飞兆半导体开发的新型500V智能功率模块，新模块是引脚兼容的，因而可以轻易调整为不同的输出功率水平。图1所示为现有封装之一，三个加长引脚可以增加爬电距离。还提供比较传统的DIP及SMD封装模块，后者适合自动拾放设备。需要注意的是，使用SMD封装模块时，安装散热片很需要技巧，因为焊点处的机械压力会降低可靠性。因此，既可以驱动更高功率马达且不需要散热片的新模块具有极大的吸引力。

　　图2所示是典型的模块应用电路结构图，简图显示这个电路集成度很高、外部元件数量很少。最左侧的是微控制器，可以单独控制三个半桥的全部功率开关。根据应用状况，可能需要使用低通滤波器来帮助抑制噪声引起的误触发。在这个电路中，使用三个感应电阻来测量每个马达相位的电流。而根据控制算法，这可能需要也可能不需要，例如在无传感器控制的情况下就不需要。一个完整的应用电路，只需一个辅助电源、电磁干扰（EMI）滤波器、输入整流器和总线电容就够了。特别的是，模块里集成了一个阴极负载二极管，用来生成高侧开关的驱动电压，另外需要少量无源元件。模块中还集成了电路设计中至关紧要的栅极驱动电路，并在模块生产线的最后环节进行测试，这大大简化了应用设计，并提高了产品的可靠性。

　　功率模块趋向小型化

　　使用这些新型功率开关，可以节省多达25%的功率，功耗降低带来许多改善之处。一方面，散热片和整体模块的散热设计可以更紧凑，具有更高的性价比。提供相同的输出功率，但产品的体积更小，这是一项重要的优势，在泵或风扇设计中效果尤为显著。一般来说，通过使用较小的电子驱动器件，可以将受控马达用于以往不可能实现的应用中。而且，减少了生产材料的使用意味着降低生产、运输和回收的成本，这些均可归结为产品寿命周期成本。

　　另一方面，可以提高最大输出功率，同时维持现有设计参数的一致性。采用相同的散热设计而功耗较低的产品，具有更高的可靠性， 因为热偏移较少，故障率就会大大减少。而且，同一种设计，只需更换不同的输出功率芯片，就可以演变出多种不同型款，从而缩短产品上市时间。

　　泵和风扇是两个应用领域

　　泵和风扇是显著受益于这些优点的两个应用领域，我们来做进一步的分析。这两个应用均要求高可靠性和高耐用性，一款较小型应用设计能够带来显著的优势。

　　在泵的应用里，控制电路和马达的集成有着巨大的优势，但是也有弊端。智能功率模块的环境条件受到马达的影响，尤其是其功耗的影响，供给模块使用的功耗减少了，在热液泵的使用中更为明显，例如中央供暖系统，模块的功耗预算变得相当少，所以每一个百分点的效率提高都是非常有用的。

　　在风扇的应用里，环境温度通常不高，情况相对从容。但要达到好的通风效果，就必须有一个最紧凑的设计，因为马达及其控制电路占据风扇的截面区域，减小了空气流通的面积，所以需要体积最小的设计方案。