電源適配器功率集成電路基礎(chǔ)知識(shí)

     電源適配器功率集成電路(PIC)是指將高壓功率器件與信號(hào)處理系統(tǒng)及外圍接口電路?保護(hù)電路?檢測(cè)診斷電路等集成在同一芯片的集成電路?以往,一般將其分為智能功率集成電路(SPIC)和高壓集成電路(HVIC)兩類?但隨著PIC的不斷發(fā)展,兩者在工作電壓和器件結(jié)構(gòu)上(垂直或橫向)都難以嚴(yán)格區(qū)分,已習(xí)慣于將它們統(tǒng)稱為智能功率集成電路?智能功率集成電路是機(jī)電一體化的關(guān)鍵接口電路,是S)C( System On Chip)的核心技術(shù)?它將信息采集?處理與功率控制合一,是引發(fā)第二次電子革命的關(guān)鍵技術(shù)。

     SPlC出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代后期?由于是單芯片集成,SPIC減少了系統(tǒng)中的元件數(shù)?互連數(shù)和焊點(diǎn)數(shù),不僅提高了系統(tǒng)的可靠性?穩(wěn)定性,而且減少了系統(tǒng)的功耗?體積?重量和成本但由于當(dāng)時(shí)的功率器件主要為雙極型晶體管?GTO等,功率器件所需的驅(qū)動(dòng)電流大,驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路復(fù)雜,PIC的研究并未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展?直至20世紀(jì)80年代,由MOs柵控制并具有高輸入阻抗?低驅(qū)動(dòng)功耗?容易保護(hù)等特點(diǎn)的新型MOS類功率器件,如功率MOSFET?GB等的出現(xiàn),使得驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單,且容易與功率器件集成,才迅速帶動(dòng)了PIC的發(fā)展?但復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和昂貴的工藝成本限制了PIC的應(yīng)用?進(jìn)入20世紀(jì)90年代后,PIC的設(shè)計(jì)與工藝水平不斷提高,性能價(jià)格比不斷改進(jìn),PIC逐步進(jìn)入了實(shí)用階段?產(chǎn)品主要包括功率MO)S智能開(kāi)關(guān)?電源管理電路?半橋或全橋逆變器?PWM專用SPIC?線性集成穩(wěn)壓器及開(kāi)關(guān)集成穩(wěn)壓器等?據(jù)美國(guó)CSFB公司2001年5月23日公布的數(shù)據(jù)表明,全世界PIC的銷售額已超過(guò)100億美元,并將以超過(guò)10%的速度增長(zhǎng),預(yù)計(jì)2006年P(guān)IC的市場(chǎng)份額將接近200億美元?

     SPIC的典型代表產(chǎn)品為IR公司的IR2110?IR2130系列功率MO)S柵驅(qū)動(dòng)IC?IR2110?IR2130在500V或600V電壓下工作,較大峰值電流為2A,工作頻率為500kHz,可承受大于±50V/ns的高dv/dt?新推出的IR22233?IR2235工作電壓可高達(dá)1200V,輸出驅(qū)動(dòng)電流為0.4A?同時(shí)IR公司較近還推出了命名為ICRIO7113,用于太空應(yīng)用的第一種高壓抗輻射加固的功率MOS柵驅(qū)動(dòng)IC?其工作電壓為400V,可承受100kRAD的輻射劑量而不會(huì)出現(xiàn)性能下降的情況

     SPIC總的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是工作頻率更高?功率更大?功耗更低和功能更全?目前,SPIC的主要研究?jī)?nèi)容為:開(kāi)發(fā)高成品率?低成本工藝且兼容于CMOS的產(chǎn)品;針對(duì)包括多個(gè)大功率器件的單片SPIC的研究;能在高溫下工作并具有較好堅(jiān)固性的SPIC的研究;大電流高速M(fèi)OS控制并有自保護(hù)功能的橫向功率器件的研究。SPIC的下一個(gè)目標(biāo)是將多個(gè)高壓大電流功率器件與低壓電路集成在同一芯片上，使之具備系統(tǒng)功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單片式功率系統(tǒng)的集成。較近，陳星弼院士提出了一種與CMOS工藝完全兼容的新的橫向耐壓結(jié)構(gòu)，這種全兼容的新功率器件為第二次電子革命的真正到來(lái)奠下了一塊基石。

功率半導(dǎo)體技術(shù)正朝著高溫、高頻、低功耗、高功率容量以及智能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展，新結(jié)構(gòu)、新工藝硅基功率器件正不斷出現(xiàn)并逼近硅材料的理論極限，新材料功率半導(dǎo)體器件正不斷走向成熟。可以預(yù)期，隨著SPIC的不斷發(fā)展，人們期望已久的第二次電子革命將后面到來(lái)。