智能功率器件IPD带来更高效驱动控制

电子发烧友网报道（文/李宁远）IPD智能功率器件的称呼很多，有的称其为IPS智能电源开关、SMARTMOS、受保护的MOSFET或者智能功率驱动IC。总的来说，它是在单一芯片上集成了输出阶段的功率MOSFET或IGBT以及控制输出阶段的一个电路，是适用于各种应用的功率IC产品，有着紧凑、轻量和功率高效的特点。
 
开关电源电子器件的转变
 
随着工业和汽车应用的不断发展，市场对于开关器件性能的要求也在发生变化。此前通常采用机械继电器或MOSFET来执行电子电路的ON/OFF控制，但这些器件在系统故障时却不具备相应的保护功能，而且并不是那么高效。
 
因此随着半导体技术的发展，更高效的半导体开关开始取代这些传统开关器件，而且现在的工业和汽车市场已经不仅仅限于开关的控制，对内置保护、诊断功能、高效化等先进特性的需求，让智能功率器件正在改变取代传统半导体开关。
 
常见保护功能肯定是必不可少的，如欠电压保护、过电压保护、过电流及短路保护、过热保护等。但这些还不足够，智能功率器件中内置的保护功能更多，如输出电压过冲保护、瞬态电流限制、软启动和最大输入功率限制等，这些内置的保护功能大大提高了整个电子系统的稳定性与可靠性。
 
说到开关肯定离不开MOSFET，独立使用MOSFET开关在遇到短路状况时虽然也能提供保护但MOSFET本身也会故障，IPD则不会受到破坏，仍旧起到开关的作用。
 
另一个常拿来对比的是机械继电器，继电器本身作为一种电控制器件是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。机电式继电器是电子工程里很常见的继电器类型，传统的机械式继电器是根据电流变化而开关状态的变化，当电流通过线圈时，可以产生磁场，磁场会吸引极性相反的触点，这样触点就会接通或断开电路，但一直以来都有其被诟病的地方。
 
继电器对环境温度比较敏感，当环境温度过高或者过低，都可能影响其性能表现，而且在不断的机械切换过程中，其接触点磨损较快，很容易产生电弧和噪音。半导体继电器IPD则完全没有触电磨损、噪音困扰，通过检测电流即可实现控制。
 
BLDC中的IPD
 
近年来，高效节能电机的渗透率逐渐提高，在BLDC驱动领域，IPD的应用越来越多。高压IPD专门用于驱动BLDC电机，通过霍尔器件和控制IC接收高压的控制信号，再配合电平转换驱动IC来控制信号从低压电路传输至高压电路。一般来说，配合高压IPD用于方波驱动或正弦波驱动的霍尔器件也需要由较高的输出电压。
 
虽然和传统大电流控制的继电器相比IPD效率更高，但既然是功率器件，那导通电阻肯定是需要注意的。为了电机本身效率够高，就需要尽可能减少功率损耗，这就意味着导通电阻要尽可能低。
 
IPD的导通电阻和散热能力是相互制约的，想要实现更低的导通电阻和更高的散热能力需要互相平衡，尤其是在现在电机驱动板小型化发展的趋势下，实现IPD兼顾低导通电阻和高散热能力愈发具有挑战。所以一味选择导通电阻最低的器件绝对不是最优解。
 
整个IPD的性能需要从工艺、设计、封装全面的角度来提升，采用更先进的高击穿电压SOI工艺的IPD可以进一步降低电机功率损耗，更全面的电路设计实现更多智能控制功能，功率封装上改进也能提升散热性能，为整个电机驱动带来更好的体验。
 
小结
 
IPD把功率器件与传感、检测和控制电路、保护电路及故障自诊断电路等集成为一体可代替人工来完成复杂的功率控制，因此被冠上了智能控制之名，也电机控制带来了更高的功率控制。