智能功率模块(SPM)的技术水平分析

　　功率器件

　　由于IGBT技术的进步，自从SPM系列首次在工业市场出现以来，一直不断地经历着升级。随着亚微米设计规则的引入，不仅芯片尺寸减小的速度加快，同时电流密度大幅度地增加。最新一代的IGBT芯片实现了关断损耗和导通压降之间更好的性能平衡关系，同时确保拥有足够的SOA。图1表示IGBT技术方面的改进。显然，V5 IGBT具有出色的器件性能，从而可以在更小的封装中增大功率容量。

　　低功耗运作常常需要更快的开关速度，这造成了恢复电流的增加和dv/dt的升高，会带来较大的电磁干扰(EMI)、高浪涌电压和电机泄漏电流。在SPM系列的开发过程中，已经考虑了EMI问题，并优化了栅极驱动的设计，牺牲高开关速度以控制集成IGBT的开关速度。正是由于IGBT具有低导通压降，能够保持总体功耗不变，同时实现低EMI特性。图2所示为SPM的典型dv/dt特性。在其额定电流下，开启和关断dv/dt低于5kV/μs。

　　此外，为了获得更佳的ESD保护，在栅极和发射极之间使用了具有足够的箝位电压的多硅背靠背二极管。2,350×2,350平方微米的芯片面积能够获得HBM 2.5kV和MM 300V的ESD电平。使用集成式保护二极管，所有的SPM产品都达到工业标准ESD电平。

　　图1. SPM制造过程中IGBT的改进

　　图2. 开关dv/dt特性(Vpn=300V、Vcc=15V、25度、20A额定电流)

　　驱动器IC

　　由于成本效益的原因，HVIC和LVIC设计为具有最少的必要功能，特别适合于消费电器的逆变器驱动。设计方面的考虑包括：借助精细工艺技术减小芯片尺寸;由3V馈入微控制器直接驱动有效的“高电平”接口;低功耗;更高的抗噪声能力;抗温度变化的更好稳定性等等。

　　HVIC的一个特性是内置高电平偏移功能，如图3所示，能够将来自微控制器的PWM输入直接转换至高边功率器件。此外，使用外部充电反向电容，可以采用单一控制电源驱动SPM。