滿足節(jié)能、環(huán)保設計的半導體解決方案

以往是通過簡單的TRIAC控制來調節(jié)水壓(通常分三步)。

TRIAC控制只能用于通用式電動馬達，它的缺點是：總諧波失真(THD)較高、輸入功耗高、調節(jié)效率低。
而利用與現(xiàn)代BLDC(無刷直流)電動機相連并基于智能逆變器的驅動器，可以提高效率(能源節(jié)省高達70%)，還能實現(xiàn)對供熱系統(tǒng)的高效智能控制，并減少天然能源消耗和溫室氣體排放。

隨著供熱和熱水系統(tǒng)對替代能源需求的增加，又出現(xiàn)了太陽能和熱泵應用。這些應用的要求與供熱應用中采用的循環(huán)泵非常相似。要經由媒介(水或液壓油)傳送熱量，高效控制“壓力”值始終是十分重要的。類似情況也適用于空調，即便我們談到更高功率級時亦然。在各種能效規(guī)范和政府限令的推動之下，開發(fā)和使用基于逆變器的解決方案是大勢所趨。

飛兆半導體提供的智能功率模塊(SPM)產品系列專門針對高至120W的功率范圍而設計，并備有TinySMD和TinyDIP封裝，能夠以極小的占位面積取代9個分立式器件。圖5所示為一個采用TinyDIP模塊的典型逆變器應用的原理示意圖。要開發(fā)空間優(yōu)化的印制電路板，除了該模塊外便只需很少外部元件(包括一個微控制器)。

圖5 典型的逆變器應用

環(huán)保設計指令考慮到前面討論過的壽命周期等因素。TinyDIP和TinySMD模塊都是經過預先測試和優(yōu)化的子系統(tǒng)，因而降低了FIT率(故障率)，增強了整體系統(tǒng)的可靠性，最終加速設計進程，加快上市速度，并有助于實現(xiàn)比分立式解決方案更小的占位空間。

除家庭住宅外，辦公建筑、工廠以至學校和醫(yī)院等公共建筑也需要供熱和通風系統(tǒng)。

對于目前的現(xiàn)代建筑物管理，單獨的、無級別的調節(jié)與控制是常見要求。這類環(huán)境使用的設備的功率范圍在100W～kW之間。

大型設備無疑會產生更多的不利影響，比如增加能耗和總諧波失真等。而這又會影響其他設備的運作性能，如IT基礎設施。

飛兆半導體為更高的額定功率提供了相應的功率模塊組合。由于較高功率級通常需要散熱器，這些模塊提供了良好的散熱器連接性能，比小型TinyDIP和TinySMD模塊更適合于高功率級應用。

MiniDIP模塊備有三種不同版本，分別是完全模塑MiniDIP模塊、陶瓷MiniDIP模塊和DBC MiniDIP模塊。三種版本彼此引腳兼容，主要差異在于與散熱器的熱連接方式，以及相應的安裝面積。

DIP模塊有兩種版本，即陶瓷DIP模塊和DBC DIP模塊。

MiniDIP模塊 和DIP模塊的DBC版本如圖6、7所示。圖8比較了陶瓷DIP模塊和DBC DIP模塊的橫截面差異。
圖8中，半導體元件用藍色標注，鍵合連接用黑色標注，引腳框架為淡灰色。

圖6 MiniDIP模塊(DBC)

圖7 DIP模塊(DBC)

圖8 DIP模塊的橫截面，上圖為DBC版本，下圖為陶瓷版本

不論模塊屬于上述哪種類型，其內部驅動器件都直接焊接在引腳框架上(圖左邊)。

在陶瓷類型中，功率器件也直接焊接在引腳框架上，而引腳框架則黏結在陶瓷上。利用陶瓷可實現(xiàn)2.5kV的隔離電壓，以及與散熱器良好的熱連接性。

DBC就是兩面覆銅的陶瓷基板，而模塊外面的銅區(qū)域是均質的。功率器件焊接在銅區(qū)域的內部結構上，類似于PCB。兩個銅區(qū)域可提供相當于熱擴散片的功能，因此熱阻抗相比基于陶瓷的解決方案更低。這種技術也可提供2.5kV的隔離能力。

總結
實施環(huán)保設計指令及其相關法規(guī)是實現(xiàn)高能效應用的重要方法。這些指令和法規(guī)給半導體供應商帶來了重要的商機，推動其開發(fā)高集成度高能效的解決方案，以滿足這些法規(guī)的各項要求。