多合一功率器件进展
2004年10月A版
除了少部分其他应用之外, 金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在功率管理系统中几乎都用作开关。这种应用引发了大量的MOSFET技术创新,并为满足应用的需要推出种类繁多的产品。在这段时间内,MOSFET已经从一种简单、容易操作的电压驱动开关发展成为了一种复杂的开关器件; 而这也导致功率电路设计人员转变成为元器件工程师。如今的半导体产业正在帮助设计人员回归到设计上来,因为许多元器件是由控制集成电路芯片和一个或更多的功率器件组合而成的, 它们证明,二合一方案实际上是非常可行的。
二合一
制造“二合一”器件是一回事,而要取得商业上的成功,就必须要能给客户带来非常明显的利益,这一点对客户而言非常明显。“二合一”集成方案的主要优点包括以下5个方面：更快的开关;更高的频率;更低的功耗;元件数量;操作便利。
本文将详细讨论这些方面,并辅以实例说明飞利浦产品如何实现这些优异性能。
更快地开关
MOSFET技术的发展已经到了开关次数经常会被功率器件中的焊接线、器件脚长和器件附近的PCB印制线所限的程度了。过去的五年中,技术进步已经使该产业达到哪怕是几nH的寄生电感变化都会极大地影响电路性能的地步,这种进步的确是不同凡响。在这种应用当中,寄生阻抗会引发各种各样的电磁兼容(EMC)问题,因此布局成了决定电路性能的一个关键因素。所以,集成为这种应用所带来的好处是显而易见的：即可在稳定和可控制的环境中极大降低阻抗。
如飞利浦最近发布的PIP401或操作智能开关(ORIS),它明确表明了二合一结构能够达到传统组件无法达到的性能水平。在这类应用中,MOSFET替代了肖特基二极管,因为这样能够让功耗大大降低。然而,使用MOSFET所带来的一个问题是你需要在故障发生时进行检测,并将它迅速而彻底地关闭。这样的检测与驱动电路很难用传统组件制造出来,然而用像PIP401这样的集成器件,问题就很好解决了。
PIP401在功率管理器件的发展中,是一个再简单不过的概念,然而它的确具有里程碑式的意义：一个两芯片器件,即在25mm2的MOSFET上运用芯片堆叠(Chip-on-Chip)技术安装的传感器驱动器IC。它对于开关的好处最明显地表现在图1左上角的短焊接线上。这种2mm长的焊接线意味着驱动器和MOSFET栅极之间的电感将比使用传统IC 和分立器件的电感低10到20倍。与现行的解决方案相比,这样低的电感能使开关时间缩短50-70%。在或操作的应用中,这个差别显得尤为重要,因为它决定了你的网络是否会掉线。
更高的频率
一般说来,功率器件在开关速度上的突破往往会促使电路设计人员考虑以更高频率开关的应用,使电感器尺寸更小,电容器数量更少。功率管理解决方案的未来发展是和集成与控制功能,功率开关器件的发展休戚相关的。当今达到的发展水平,是开关频率超过1MHz的50W+电源已
