功率元器件智能化，車載IPD性能提升需求上漲

電子發燒友網報道（文/李寧遠）在以前的ECU中，大多數將繼電器用作驅動電路中的開關元件，后來這種機械繼電器開始向半導體開關轉換。并且這一趨勢迅速席卷了整車各個應用，尤其是在電機和加熱器控制應用中。

智能功率元器件，IPD，Intelligent Power Device，是一種單片功率IC，在單一芯片上集成了輸出階段的功率MOSFET或IGBT以及控制輸出階段的一個電路。IPD具有緊湊、輕量和功率高效的特點，且不受接觸磨損限制，從而形成帶自保護功能的高度可靠系統，在汽車電子中有著廣闊的應用空間。

高壓IPD與低壓IPD

所謂智能功率元器件，這類器件可代替人工來完成復雜的功率控制，因此它被賦予智能的特征。常見的保護功能有我們熟悉的欠電壓保護、過電壓保護、過電流及短路保護、過熱保護等。此外，在某些智能功率器件中還具有輸出電壓過沖保護、瞬態電流限制、軟啟動和最大輸入功率限制等保護電路，可以大大提高系統的穩定性與可靠性。根據羅姆給出的數據，目前IPD在工業市場上規模已經達到了約2.18億美元，在車載市場上的需求量也是日益增長，年增長幅度超過7.3億美元。

IPD也有高壓與低壓之分，車用、工業用的低壓IPD又分高邊與低邊，高邊IPD是位于電源和負載之間的開關，低邊IPD位于負載和GND之間。低壓IPD在正常工作、過流工作、熱關斷狀態以及開路狀況下會有不同的工作真值。檢測到異常情況，IPD診斷功能會驅動DIAG端為高電平或低電平。當過流保護、熱關斷或開路負載檢測跳閘時，會發出異常情況信號。通過MCU或邏輯電路處理輸入并診斷輸出信號，可識別IPD中的異常情況。

高壓IPD專門用于驅動BLDC電機，高壓IPD通過霍爾效應器件、霍爾效應傳感器和一個控制IC接收控制信號。高壓側器件的柵極驅動IC需要非常高的電壓，此電壓等于高壓電源和柵極－源極電壓之和。由于低壓側控制信號不能直接驅動高邊柵極驅動IC，因此高壓IPD需要配一個電平轉換驅動IC來控制信號從低壓電路傳輸至高壓電路。高壓IDP可以配合與高壓兼容的小型貼片式封裝進一步減小安裝面積，比如東芝的智能功率高壓IPD系列采用的SSOP30和HSSOP31封裝，該系列的高壓IPD也采用新的高擊穿電壓SOI工藝進一步降低了損耗。

IPD的低導通電阻與高散熱能力

如同其他功率器件，IPD的導通電阻和散熱能力一直是相互制約的，想要實現更低的導通電阻和更高的散熱能力想要居中權衡，尤其是在IPD現在小型化的趨勢下，實現低導通電阻和高散熱能力愈發困難。

近期羅姆面向引擎控制單元和變速箱控制單元等車載電子系統、PLC等工業設備，開發出40V耐壓單通道和雙通道輸出的8款IPD通過獨家的TDACC工藝在導通電阻和散熱上實現了較好的平衡。

羅姆的工藝可以將溝槽MOS和CMOS集成在同一芯片當中，這有利于降低導通電阻，而TDACC技術可以讓IPD產品具有熱分散式有源鉗位電路。簡單來說在正常工作時，TDACC使得流過電流通道多實現低導通電阻，但是在有源鉗位功能發揮作用的時候，TDACC通過電路控制使得工作的柵極變少，以此實現高的散熱能力。而在封裝上，羅姆則根據功率器件散熱性要求開發了固晶材料，在封裝上保證IPD良好的散熱性。

小結

良好的導通電阻特性有利于IPD在啟動時可能發生故障的應用里發揮更有效的作用，通過低損耗技術和新制造工藝進一步降低損耗值并保證散熱性，能大大提高器件可靠性拓展IPD在汽車電子中的應用，提升整車的器件保護性能。