智能功率芯片的過流保護(hù)分析與設(shè)計.pdf

1、智能功率集成電路(Smart Power IC，SPIC)是將功率器件與控制、保護(hù)電路集成在同一塊襯底上。相比較于傳統(tǒng)的多芯片單封裝的智能功率模塊(Intelligent Power Module，IPM)，SPIC具有功率密度高、封裝尺寸小、性能參數(shù)一致性好等優(yōu)點。目前SPIC已廣泛應(yīng)用于無刷直流電機(jī)(Brushless DC Motor，BLDCM)驅(qū)動、LED照明、電源管理以及各種消費電子產(chǎn)品，并成為國內(nèi)外研究熱點。隨著功率密度的

2、提升，為確保芯片安全性，全面可靠的過流保護(hù)電路不可或缺。
　　本文首先詳細(xì)分析了BLDCM系統(tǒng)發(fā)生過流故障的原因，研究了過流導(dǎo)致SPIC失效的機(jī)理，進(jìn)而推導(dǎo)出短路、過流的理論閾值;其次，結(jié)合對傳統(tǒng)過流檢測方案的分析，提出了一種適用于單片集成的SPIC的新型無損檢測方案，即利用IGBT金屬寄生電阻進(jìn)行過流檢測、利用VCE退飽和效應(yīng)進(jìn)行短路檢測的方案。隨后，分析并仿真了該方案的工藝、電壓、溫度(PVT)穩(wěn)定性;在此基礎(chǔ)上，結(jié)合對傳統(tǒng)過

3、流處理技術(shù)的分析，提出了具有軟關(guān)斷功能的過流處理策略。該策略對短路立刻進(jìn)行軟關(guān)斷保護(hù)，而對過流進(jìn)行周期性保護(hù)。從而最大程度地提升了效率和降低了電壓負(fù)過沖，進(jìn)而提高了系統(tǒng)的可靠性;最后，在CSMC600V0.5μm SOI-BCD工藝下設(shè)計Testkey電路，并對流片結(jié)果進(jìn)行探針測試。
　　測試結(jié)果表明，本文提出的過流保護(hù)方案的過流檢測精度為±7mA@1A，短路檢測精度為±60mA@4A，短路時軟關(guān)斷di/dt＜2.1A/μs，可有