更高的集成度

电子工业有大量的事例证明，为了获得普遍的市场认同，在提高性能的同时减小成本和总尺寸是唯一有效的方法。解决的方法是继续提高系统的集成度。由International Rectifier公司及其技术伙伴Sanyo公司开发的新型iMotion平台和PlugNDrive封装工艺，采用了这种方法。iMotion改进了已有的工艺和产品，尤其适用于简单解决方案以及电器和轻工业电动机驱动器成本更低的市场需求。新型封装平台使用最新的绝缘金属基板工艺(IMST)和模制封装技术，在绝缘单列直插封装中实现了结构非常紧凑、高性能的三相逆变器输出级。

IMST从低成本裸芯片安装方法发展而来，现在是高密度解决方案中实现高性能和高可靠性的出色技术。铝板制成基板，基板的上面形成高压电介质和铜覆层的夹层。使用与常规的印刷线路板类似的方法，对它进行刻蚀形成电路。IMST铝基板具有高导热性，容易制作，因此适用于制造将逆变器功率晶体管、驱动器电路和无源元件集成在一起的混合集成电路，如图1所示。

图1(略)

由International Rectifier公司和Sanyo公司联合开发的模制设计的重要特性是，器件背部的IMS电介质和塑料的双倍绝缘。因此，接地面可以很容易地与衬底的铝基板连接。这种特殊技术解决方案改进了EMI屏蔽。即使在di/dt和dv/dt较高的情况下，传导EMI噪声也可减小10dB。图2表明，与其它解决方案比，PlugNDrive的噪声性能的改进。

图2(略)

应用在模拟消费类功率级或小功率工业电动机驱动器中时，这些创新使开发更容易进行、灵活性更高、性能更高、成本更低。由于去掉了烦琐、复杂的布局优化任务，开发时间大大缩短。基于iMotion平台的很多产品已经投放市场，与常规解决方案比，其优势是尺寸大大缩小、系统可靠性提高。

集成电路驱动器和功率级

IRAM PlugNDrive模块包括6个IGBT管芯，每个管芯有自己的分立栅电阻，6个换向二极管管芯，一个三相单片栅驱动器芯片、3个具有限流电阻的自举二极管和一个用于过温保护的NTC热敏电阻/电阻对。

为改进驱动器的诊断和安全功能，过流保护电路也对来自外部传感元件如电流变压器或传感电阻的输入信号做出响应。类似地，T/Itrip电路的输入管脚具有两个功能：作为过流保护电压的输入管脚和模块温度传感热敏电阻的输出管脚。

自举电路中有一个小电阻，限制二极管中的峰值电流，尤其是在某些操作条件下需要使用大自举电容时。

在第一代IRAM集成MCM产品中，IR公司和Sanyo公司采用最新的600V和1200V非穿通(NPT) IGBT技术。这种技术使用薄晶片实现更低的开态电压和关断损耗。NPT硅器件也具有优化的反向偏置安全工作区(RBSOA)和10 s短路耐受能力，提高了坚固性。与标准晶片厚度PT比，薄晶片NPT IGBT具有的Vce(开态)和开关能量(Esw)优势，使得对相同的电流输出，其管芯尺寸更小，进一步提高了产品的集成度。

这个领域中已经存在的标准分立NPT器件，显示出采用硅平台的优势。例如，对空气调节装置驱动器这样的1.5kW应用来说，需要一个600V的穿通(PT) IGBT，它的管芯尺寸是25mm2,开关频率是8kHz。采用最新的开关频率在12kHz的NPT IGBT技术，可以使管芯尺寸缩小35%。未来的趋势是采用一个沟槽耗尽停止IGBT结构，使用超薄晶片技术：600V时的厚度是70 m，1200V时的厚度是120 m。

PlugNDrive的实现

最后，图3和图4是两个普通家用电器应用中的逆变器设计的实例，说明PlugNDrive技术如何大大减少元件数目和板面积。

图3a 第一代分立逆变器的设计(略)

图3b 使用PlugNDrive技术的新设计(略)

图3（来自Emerson Electric公司）对用作洗衣机控制器的、使用第一代分立逆变器的设计和使用PlugNDrive技术的新设计进行了比较。在第一代产品中，功率部分总共约包括60个零件，包括6个IGBT成组功率MOSFET、3个高压栅驱动器集成电路、18个电容和20个电阻。逆变器大约占130 cm2板空间。使用PlugNDrive的设计将逆变器减少为一个模块，外加9个外部电容和5个电阻（包括分流电阻）。所有的元件数目，包括所有的定位件，减少了67%，降低到18个零件。功率板部分所占的板空间也大约减少70%，只有38cm2。而且，功率电子部分从项目开始到产品发布的开发时间，也大大缩短到总共12个月。

图4a分立解决方案(略)

图4bPlugND的解决方案(略)

图4（来自Danfoss 公司）对用于250W电冰箱压缩机的常规和PlugNDrive逆变器进行了比较。分立解决方案包括24个元件，所占板空间是113 cm2。使用PlugNDrive的解决方案中，3个集成模块包括所有必需的驱动器集成电路、功率开关、一个代替6个IGBT成组MOSFET的自举二极管、以及3个第一代解决方案高压栅驱动器集成电路。不需要热沉。3个电解电容、1个分流电阻和一个自举电阻是需要的所有外部元件。整个板面积是38cm2，在元件数目和板尺寸方面大约节省了70%。

展望未来，在 2004年底将推出下一代IRAM模块，采用新型硅工艺，在功耗和电流额定值方面将提供更大的优势，可以进一步提高总效率。