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2023/3/31,1,第五章 基本功率集成电路模块,2023/3/31,2/51,主要内容,功率集成电路组成电平位移模块栅驱动模块保护电路过流、过热和过欠压,2023/3/31,3/51,功率集成电路分类,20世纪8090年代，功率集成电路根据集成功能、制造工艺及应用范围的不同，自然而然形成了两种不同类型的功率集成电路：一为高压集成电路HV-IC二为智能功率集成电路SPIC。发展到21世纪，PIC技术更加先进，可集成功能和电路模块越来越多，SPIC和HVIC的界限也变得越来越模糊，还出现了系统级功率集成电路，被称为片上功率系统（Power System on a Chip，PSoC）。,2023/3/31,4/51,早期功率电子系统,信号的采集/输入和放大电路信号处理电路（产生功率处理所需的控制信号）功率处理电路（驱动负载工作）,2023/3/31,5/51,PSoC组成,信号采集数据处理控制电路驱动电路功率处理电路电源电路,SoC模块,PIC模块,2023/3/31,6/51,PSoC典型电路结构框图,2023/3/31,7/51,模块功能,输入接口电路 它是系统与外界联系的桥梁，它将外界的信号以电信号方式传送给PSoC系统内部的其他模块，传感器、按键开关、以及无线/有线通信接口都属于这个模块。,2023/3/31,8/51,模块功能,信号处理电路 它是PSoC系统的核心控制部分，包括有微处理器、DSP和MCU等。它将输入接口电路得到的各种信号（传感信号、通信指令或图像等）进行数据处理，并依据处理结果对功率电路进行合理控制；同时它还要对电源进行监视、控制和管理。这部分电路通常采用标准CMOS电路实现，降低系统功耗和提高集成密度。,2023/3/31,9/51,模块功能,电源模块 主要提供系统中其他模块所需的电源形式，包括直流/交流、高压/低压等不同类型的电源电压。电源模块必须具有良好的抗电源干扰、浪涌和EMC等性能，以便保护其他模块不会出现由于电源干扰而导致异常工作。,2023/3/31,10/51,模块功能,存储器 有ROM、RAM、EEPROM和FLASH等几种类型，依据不同的应用和工艺兼容等条件采用合适的存储器类型，对信号处理电路中的数据进行储存。在许多运用场合，出于功率控制参数微调、非线性校正等就需要将相应的参数数据写入存储器中。,2023/3/31,11/51,模块功能,功率处理电路 主要为马达、显示器、照明灯等负载提供与之相匹配的电源能量。同样要处理大电流和高电压，功率处理电路要有良好的保护装置，如过压、过流和过温等。为了配合功率处理电路的功率器件工作，需增加一些驱动放大或栅驱动电路。,2023/3/31,12/51,PSoC产品,PSoC相关的产品还比较少，小功率PSoC雏形已有：ST工艺BCD6工艺的最新开关稳压器ST1S06NXP公司采用A-BCD工艺(0.13 um)的CAN收发器系列Class D音频功放系列IC,2023/3/31,13/51,L6924D,L6924D是采用ST公司的BCD6工艺制造技术的单片充电 器芯片，专门为单电池锂和锂聚合体电池组的充电设计。它集成了功率MOSFET、反向隔离二极管、敏感电阻和 热保护电路。该IC还兼容USB总线标准，可用于深受市 场欢迎的USB供电的PC外设。它包括MOS驱动电路和功率MOSFET、振荡器、热保护、数字逻辑电路和模拟检测等各种模块。,2023/3/31,14/51,L6924D框图,功率MOSFET，最大充电电流1A,输入电压范围2.5V到12V,输出电压为4.1V和4.2V两种电压（精度可达1）,连接热敏电阻，检测电池温度,充电电流大小编程管脚,充电速度编程管脚,预充电电压阈值设置,2023/3/31,15/51,L6924D外围电路,2023/3/31,16/51,L6924D线性充电模式,输入电压,电池电压,电池充电电流,芯片功耗,预充电阈值电压,2023/3/31,17/51,L6924D脉冲充电模式,2023/3/31,18/51,L9805,L9805是一款可软件控制的用于驱动电阻和电感负载的单片系统智能功率集成电路。包含：一个ST7微处理器内核一个4A H桥电机驱动器高速CAN接口一个10位ADC稳压器16KB EPROM、256bit RAM、128bit EEPROM两个定时器两个脉冲宽度调制（PWM）单元,2023/3/31,19/51,L9805框图,2023/3/31,20/51,L9805特点,一个系统级的智能功率集成电路，集成微处理器、CAN接口、存储器和功率处理电路在一块芯片上；集成8M内部Clock振荡器；与USB bus兼容；70m的DMOS H桥电机驱动器；可编程软件控制；自启动功能。,2023/3/31,21/51,SPIC电路,SPIC将输出功率器件与低压控制的信号处理以及传 感、保护、检测、诊断等功能电路集成到同一芯片。它一般包含功率控制、检测/保护和接口电路三部分。,2023/3/31,22/51,SPIC基本组成,2023/3/31,23/51,TNY26X系列芯片,TinySwitch-II在PI公司在TOPSwtch-II系列的基础上，推 出的小功率离线开关电源管理IC。该系列芯片由控制、保护电路和功率MOSFET三部分组 成，其中功率MOSFET器件版图占整个芯片的主要部分。,2023/3/31,24/51,TNY26X系列芯片外围,2023/3/31,25/51,TNY26X系列芯片框图,2023/3/31,26/51,HV-IC电路,高压集成电路是将数个高压功率器件与低压数字/模拟电 路集成在同一芯片上的单片IC，常用于各种显示驱动、照 明、电机驱动和中小功率电源等高压电路当中。其中单个 功率器件一般处理的电流较小。高压集成电路一般由低压数字/模拟电路、电平位移电路 和高压输出级电路三部分组成。,2023/3/31,27/51,IR2155,高频电子镇流器芯片IR2155是IR公司比较早推出的一款荧光灯照明驱动芯片。,2023/3/31,28/51,IR2155外围,2023/3/31,29/51,IR2155框图,2023/3/31,30/51,IR2155版图,2023/3/31,31/51,STP24DP05,STP24DP05芯片是一款驱动电流高达80mA的24路恒流输出RGB LED驱动器，是目前比较新的一款LED驱动器。,2023/3/31,32/51,STP24DP05框图,2023/3/31,33/51,ATA6837,ATA6837是爱特梅尔公司Atmel推出的高温六路半桥驱动器 芯片，可用于汽车的功率电子系统。采用0.8m SOI-BCD工 艺。传统驱动器IC芯片工作温度一般只能达到150C，而SOI工 艺的ATA6837工作温度为200C。ATA6837可被用于高温的环境中，如汽车涡轮充电器、废气 再循环系统和引擎上电子装置。,2023/3/31,34/51,ATA6837 框图,2023/3/31,35/51,PIC电路与普通IC电路的区别,PIC电路与普通IC电路相比增加的电路模块：电平位移模块栅驱动模块各种检测和保护模块,2023/3/31,36/51,电平位移模块,电平位移电路将低压逻辑信号转化为高压 驱动信号并提供一定驱动电流。,2023/3/31,37/51,典型电平位移电路,典型的高低电平位移电路,典型的高低电平位移电路的波形,2023/3/31,38/51,薄栅氧电平位移电路,2023/3/31,39/51,简化的高低电平位移电路结构,2023/3/31,40/51,栅驱动模块,栅驱动模块给功率器件的栅结构提供充分的充 电/放电电流，保证功率器件的快速开启和关断。由于功率器件面积很大，驱动栅极电压相当于 驱动一个很大的电容负载，因而需要很大的驱 动电流。,2023/3/31,41/51,CMOS反相器级联的栅驱动模块,M一般取410之间,2023/3/31,42/51,保护电路,过流保护过热保护过/欠压保护,2023/3/31,43/51,过流保护电路,目前功率器件电流检测主要有以下几种方法:在输出回路中串接电阻导通电阻RDS检测在输出回路中加入互感线圈Sense FET 的方法,2023/3/31,44/51,Sense FET 的方法,Sense FET 感知电流方法来源于电流镜。,2023/3/31,45/51,Sense FET方法误差分析,在实际过程中，由于Sense FET和主功率器件电流路径不同，从而会对电流感知的准确度造成很大的影响。其中影响比较大的有：源极连线电阻的影响PAD连线的影响虽然R1电阻很小，但是R1检测电阻存在会造成Sense FET源极 电压上升，特别是电流很大时，影响更大由于Sense FET的衬底实际上是接地的，因而增加R1会导致Sense FET存在衬偏效应,2023/3/31,46/51,改进导通电阻RDS检测,高压阻塞电路,利用功率器件导通电阻作为感应电阻的方法,2023/3/31,47/51,具体的过流保护电路,2023/3/31,48/51,过热保护电路,热保护电路一般是利用晶体管BE（PN）结电压的负温度系数效应设计的，一般VBE的 温度系数约为-2mV/左右。,2023/3/31,49/51,过热保护电路,热迟滞回路曲线,温度保护电路原理,2023/3/31,50/51,过热保护电路,2023/3/31,51/51,过/欠压保护电路,
