智能功率集成电路中部分模块的分析

2016-01-28付超

大科技 2016年24期

关键词：电子装置半导体器件功率管

付超

（国家新闻出版广电总局二〇二二台新疆喀什市844000）

智能功率集成电路中部分模块的分析

付超

（国家新闻出版广电总局二〇二二台新疆喀什市844000）

随着经济的发展和电子信息技术的进步，电力电子技术的应用愈发受到关注，智能功率集成电路是电力电子技术的最前沿科技，其能够有效提升电力电子技术效率。本文从智能功率集成电路概述入手，探讨了智能功率集成电路中的功率控制模块，分析了控制电路中的稳压器模块、振荡器模块、基准源模块以及逻辑模块。

智能功率集成电路；功率控制模块；功率半导体；电力电子技术

前言

在智能功率集成电路的综合控制下，能够有效提升电力电子技术的效率，其将输出功率器件、接口电路、检测诊断电路、信息处理系统以及保护电路在同一芯片上进行集成。智能功率集成电路在生活和工作中的应用十分广泛，其在家电照明、电子产品、工业领域、航天仪器等各个领域中都有着广泛的应用。随着电能处理领域的发展，效率问题和成本问题越来越受到行业关注，而智能功率集成电路则成为了半导体行业中的关键领域，如何降低电子产品功耗以及成本关系到智能功率集成电路的未来发展。基于以上，本文简要分析了智能功率集成电路中的部分模块，旨在为促进智能功率集成电路的进一步发展和应用作出贡献。

1 智能功率集成电路概述

智能功率集成电路是电力电子技术发展和应用的最前沿，其能够有效提升电力电子技术的效率。对于电力电子装置来说，为了实现对电子系统的有效保护，在电子电路系统中往往应用了众多线路和电气保护装置，通常采用线路状态处理模块并线连接来实现保住装置的作用，线路保护装置能够对连接进入设备的能源进行检测，实现对相关线路过压、过流等故障的检测，之后将检测的线路与相关线路状态处理模块相连接，主要包括不同芯片的高压功能模块、低压功能模块等，从而实现对电气设备的保护，保证电气设备运行的安全性和可靠性[1]。但需要注意的是，这种保护设计方式有着重复性的特点，增加了电子芯片所在电力电子装置的成本，如果将所用功能模块都集成在一块芯片上，则可以大大降低设计成本，希艾娜对电力供应情况的综合性、系统化处理，这就是现代电力电子技术中芯片设计的重要发展方向，即功率集成电路，这种单芯片集成设计模式能够有效解决电力电子装置智能化控制问题，因此也将这一集成芯片技术称为智能化功率集成电路。

2 智能功率集成电路部分模块分析

2.1 功率控制模块

对于智能功率集成电路来说，其主要分为功率控制、传感保护以及智能接口三个功能模块，其中最为重要的功能模块为功率控制模块，因此，本文主要从智能功率集成电路的功率控制模块入手进行分析。

功率控制模块是实现智能功率集成电路重要功能的关键，首先对功率需求和功率现状进行分析，通过分析系统本身会对电力电子装置的能源模式以及输入到电力电子装置接口的线路有着一个明确的认识，在智能功率集成电路运行的过程中，如何实现现有能源的转化，使其满足电力电子装置的需求是关键[2]。在智能功率集成电路功率控制模块中，现有能源的转化主要依赖于功率半导体器件，以功率半导体器件的特质为基础，实现功率半导体不同的运行状态，以此来实现对半导体能源特点的转化，满足电力电子装置的能源需求，从而保证电力电子装置能够有效、合理的运行。

半导体器件在智能功率集成电路功率控制模块中的作用至关重要，其能够一定程度上决定了智能功率集成电路的发展，能够保证智能功率集成电路能够发挥调节作用。早期功率半导体器件主要是半控型晶闸管，这种半导体器件的应用主要还是以自身特性为基础来实现线路功率的调节，但需要注意的是，这种功率调节过程中，有一般的工作状态属于不可控状态，因此将其称为半控型晶闸管，其其只能够在开启状态下实现对线路能源状态的调整，不能够保证线路的完全绝缘，且这种半控型晶闸管体积较大，不符合智能功率集成电路的要求，指导LDMOS器件的出现，智能功率集成电路才实现了对功率半导体器件的引用，从而实现了对电力电子装置能源供应的智能化管理和控制。

2.2 控制电路部分模块分析

2.2.1 稳压器模块

稳压器模块的主要作用是控制工作电压，为低压控制电路提供电源电压，在进行稳压器模块的设计中，应当考虑稳压器模块对供电引脚电压的电源抑制比，同时要考虑稳压器模块对输出负载电流变化的具体响应[3]。在芯片中可以设计两个稳压器模块，两个稳压器模块有着不同的作用，一个给控制电路使用，另一个则给功率管栅驱动模块使用。在开启功率管的过程中，在短时间内，功率管栅驱动模块会处处较大电流，只有这样才能够保证功率管开启时间符合电路的具体要求，因此需要提供一个单独的稳压器模块来供功率管栅驱动模块使用。虽然芯片中两个稳压器模块的功能和作用不同，但二者结构类似。

2.2.2 基准源模块

基准源模块指的是基准电压源，基准电压源能够给电路中各个模块提供基准电压，此基准电压与有着稳定性好、精确性高的特点。以带隙基准电压为例，其主要原理是将随温度升高而降低电压加载随温度上高而增加的电压上，这样就能够保证电压不随温度变化而变化，得到一个稳定的电压。

2.2.3 振荡器模块

在电路中，控制功率管开关的触发器每个周期都需要脉冲信号，通过脉冲信号来实现触发器的置位，从而开启功率管，由此可见，振荡电路是必不可少的，其对于整个电路的工作频率有着决定性的作用。在进行振荡器模块的设计过程中，需要振荡器在基准源提供位置下起振，以此来提供一个固定的频率和固定的占空比，产生方波信号[4]。

2.2.4 逻辑模块

逻辑模块主要以振荡器输出的方波信号为基础，在每个周期开始的时候实现栅驱动电路的置位，从而保证功率管的开启。如果周期中出现的功率管电流较大、芯片温度较高的情况，或出现控制电路电源电压异常情况，逻辑模块则可以实现功率管的关断，当以上异常情况消失之后，则可以对功率管进行重新启动。