電源適配器功率集成電路基礎知識

     電源適配器功率集成電路(PIC)是指將高壓功率器件與信號處理系統及外圍接口電路?保護電路?檢測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的不斷發展,兩者在工作電壓和器件結構上(垂直或橫向)都難以嚴格區分,已習慣于將它們統稱為智能功率集成電路?智能功率集成電路是機電一體化的關鍵接口電路,是S)C( System On Chip)的核心技術?它將信息采集?處理與功率控制合一,是引發第二次電子革命的關鍵技術。

     SPlC出現于20世紀70年代后期?由于是單芯片集成,SPIC減少了系統中的元件數?互連數和焊點數,不僅提高了系統的可靠性?穩定性,而且減少了系統的功耗?體積?重量和成本但由于當時的功率器件主要為雙極型晶體管?GTO等,功率器件所需的驅動電流大,驅動和保護電路復雜,PIC的研究并未取得實質性進展?直至20世紀80年代,由MOs柵控制并具有高輸入阻抗?低驅動功耗?容易保護等特點的新型MOS類功率器件,如功率MOSFET?GB等的出現,使得驅動電路簡單,且容易與功率器件集成,才迅速帶動了PIC的發展?但復雜的系統設計和昂貴的工藝成本限制了PIC的應用?進入20世紀90年代后,PIC的設計與工藝水平不斷提高,性能價格比不斷改進,PIC逐步進入了實用階段?產品主要包括功率MO)S智能開關?電源管理電路?半橋或全橋逆變器?PWM專用SPIC?線性集成穩壓器及開關集成穩壓器等?據美國CSFB公司2001年5月23日公布的數據表明,全世界PIC的銷售額已超過100億美元,并將以超過10%的速度增長,預計2006年PIC的市場份額將接近200億美元?

     SPIC的典型代表產品為IR公司的IR2110?IR2130系列功率MO)S柵驅動IC?IR2110?IR2130在500V或600V電壓下工作,最大峰值電流為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1200V,輸出驅動電流為0.4A?同時IR公司最近還推出了命名為ICRIO7113,用于太空應用的第一種高壓抗輻射加固的功率MOS柵驅動IC?其工作電壓為400V,可承受100kRAD的輻射劑量而不會出現性能下降的情況

     SPIC總的技術發展趨勢是工作頻率更高?功率更大?功耗更低和功能更全?目前,SPIC的主要研究內容為:開發高成品率?低成本工藝且兼容于CMOS的產品;針對包括多個大功率器件的單片SPIC的研究;能在高溫下工作并具有較好堅固性的SPIC的研究;大電流高速MOS控制并有自保護功能的橫向功率器件的研究。SPIC的下一個目標是將多個高壓大電流功率器件與低壓電路集成在同一芯片上，使之具備系統功能，進而實現單片式功率系統的集成。最近，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構，這種全兼容的新功率器件為第二次電子革命的真正到來奠下了一塊基石。

功率半導體技術正朝著高溫、高頻、低功耗、高功率容量以及智能化、系統化方向發展，新結構、新工藝硅基功率器件正不斷出現并逼近硅材料的理論極限，新材料功率半導體器件正不斷走向成熟。可以預期，隨著SPIC的不斷發展，人們期望已久的第二次電子革命將最終到來。