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      一文讀懂:Vishay 高集成度功率IC產品

      2020年05月31日 09:23 ? 次閱讀

      電子系統中 Power IC 的作用就是為計算處理核心器件供電,其中最典型的就是 DC/DC 轉化器模塊,它會將電源總線上的電壓轉化為負載點(POL)所需的電壓。而隨著新一代計算處理核心器件(如 CPU、DSP、FPGAASIC 等)性能的提升和功能的豐富,它們所需要的功率也在增加,與此同時系統的外形空間卻更趨緊湊,這就使得 Power IC 的功率密度不斷攀升,并且還要滿足效率、更寬輸入電壓范圍和更快瞬變響應等要求。而應對這一挑戰最佳的解決方案,就是不斷提升 Power IC 的集成度,將多個功能“塞”進單一緊湊的封裝中。

      這樣的產品設計思路,充分體現在 Vishay 功率 IC 產品定義和開發過程中,歸納起來就是:

      通過不斷提升集成度,滿足更高的功率密度需要,適應系統小型化的要求;

      同時也要解決“集成”過程中面臨的一系列的問題,如效率、散熱、成本等。

      當然,“集成”二字說起來容易,但是真要做起來——應該將哪些功能集成在一起,以及如何集成——這里面也有不少門道兒,真正能做得好,也不是那么容易。

      在這方面,Vishay 有不少成功的經驗和心得,在不斷“集成”的過程中也研發出了一系列非常具有代表性的產品,形成全面而多樣化的產品組合,滿足不同應用的需要(見表 1)。

      一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品

      表 1. Vishay 功率 IC 產品典型應用今天我們就一起來梳理一下,Vishay 功率 IC 產品的“集成”之路。

      DrMOS (VRPower?):集成的第一步

      一個典型的 DC/DC 轉化器系統可以分為幾個部分:控制器 IC、柵極驅動器、MOSFET 和外圍的無源元件——其中一個“大塊頭”就是輸出端的電感。面對這些可選的“集成”對象,Vishay 最先的考慮是將柵極驅動器和 MOSFET 集成在一起,由此也就誕生了 DrMOS (VRPower?)功率級(Power Stage)模塊。

      一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品
      圖 1. DrMOS (= 驅動+上橋與下橋 MOSFET) 的功率級

      這一“集成”帶來的效果是顯著的,DrMOS 功率級的最新封裝尺寸可以小至 4.5mm x 3.5mm,其他封裝規格(5mm x 5mm / 5mm x 6mm / 6mm x 6mm)的身材也很纖小以應不同應用的需求,與傳統分立元器件方案相比,高下立現。

      在 Vishay 先進的柵極驅動、封裝和 MOSFET 技術的加持下,DrMOS 功率級的性能表現并沒有因為高集成度而打折扣。以 5mm x 5mm 封裝的 SiC620R 為例,在一個典型的多相降壓轉化應用中效率可以達到 95% 以上,每相輸出電流可達 60A,而在 5mm x 6mm 封裝的 SiC820/830 中,每相輸出電流更是可以達到 80A。DrMOS 功率級的開關頻率也可高達 1.5MHz。另外 Vishay 最新的 DrMOS 還集成了過電流保護/過溫度保護/上橋 MOSFET 短路偵測以及溫度和電流報告(IMON & TMON)等功能,讓器件的可靠性進一步提升。

      Vishay 的 DrMOS 采用了第 4 代/第 4.5 代的 MOSFET 工藝,與上一代的 DrMOS 器件相比,DrMOS 效率提升了 3%,工作溫度減低超過 50℃,而占板面積卻壓縮了 33%,提升了整體的功率密度效益。Vishay 在 Power IC 方面的“集成”功力由此可見一斑。一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品
      圖 2. Vishay DrMOS 功率級產品性能一覽

      microBUCK?:完整的 DC/DC 降壓模塊

      像 DrMOS 功率級模塊這樣的高顏值產品,無疑會成為市場的寵兒,而 Vishay 在初嘗“高集成度”的勝果之后,當然會在這條路上繼續前行。進一步的“集成”,Vishay 將目標放在了控制器 IC上,如此一來整個 POL 穩壓器就被集成了進來,形成了一個包括先進的控制器 IC、柵極驅動器和兩個針對 PWM 控制與應用優化的 N 溝道 MOSFET(上橋與下橋)的高集成度 DC/DC 降壓方案——這就是 Vishay 的 microBUCK? 產品。

      一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品

      圖 3. 集成了 PWM 控制器的 DC/DC 降壓模塊

      我們還是先從外形上看,microBUCK? 產品包括 MLP 4mm x 4mm / 5mm x 5mm / 5mm x 7mm 幾種封裝類型,“小身材”保持得不錯。

      而在性能方面,microBUCK?可以支持 4.5V~60V(SiC46x 系列)很寬的輸入電壓范圍;也可支持單相最高輸出電流達 40A(SiC450, 具 PMBus 功能)應用;其在效率方面也很出色,以 SiC471 為例,在峰值功率時的效率高達 98.5% (42VIN / 28VOUT),在輕負載情況下也可保持在 90%以上。為實現可靠工作并進一步簡化系統,microBUCK?器件還可提供逐周期電流限制、使能引腳、內部軟啟動、欠壓定、過壓保護,以及 +150℃ 時熱關斷等功能,并且在 SiC45x 系列更是提供了 PMBus,讓使用者能夠自在的調適應用所需的條件。

      一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品
      圖 4. microBUCK?產品 SiC471 的效率表現

      目前 microBUCK? 已經形成了包括 SiC43x、SiC45x、SiC46x、SiC47x、SiCQ48x 系列在內的完整的產品陣列,它們各具特點,可以滿足不同應用的需要。比如處于樣品和研發階段的 SiCQ48x 汽車級產品系列,將可以支持高達 65V 的輸入電壓;符合 PMBus 標準的 SiC45x 系列則著力突出在大電流輸出方面的優勢。

      一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品
      圖 5. microBUCK? 產品路線圖

      microBRICKTM:把電感“裝”進來

      現在,我們再回過頭來去看 microBUCK?產品的結構——控制器 IC、柵極驅動器、MOSFET 等半導體器件都已經被集成了起來,如果想進一步提高集成度,那只有考慮無源元件了,比如將輸出電感集成進來。

      這個想法并不新鮮,只是實現起來著實不簡單,搞不好出來的產品會缺乏足夠的經濟性,或者在性能上會有所妥協。而這一難題,Vishay 憑借著自身在半導體和無源元件兩個領域的專業經驗,成功解決了!

      一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品
      圖 6. 集成電感的高集成度 DC/DC 降壓模塊解決方案

      Vishay 這個集成了電感的 DC/DC 降壓模塊就是 microBRICKTM!SiC931 是 microBRICKTM 系列的首款產品,它的封裝尺寸為 10.6mm x 6.5mm x 3mm,與競品相比,面積縮小 30%,體積減小 50%。如果和 VRPower?和 microBUCK?模塊相比,雖然microBRICKTM 尺寸大了一點,但是如果你考慮到里面還“裝”了一個電感,這個封裝尺寸幾乎與電感器大小一樣——也就是說,整個半導體有源電路的占位面積縮小到接近于“零”!

      一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品
      圖 7.microBRICKTM 模塊封裝

      在外人看來,集成如此大塊頭的電感應該是個負擔,但是 Vishay 巧妙地利用了電感固有的特性,通過創新的 3D 封裝,使電感成為優化高功率密度模塊散熱性能的一個絕招:

      一方面,將溫度最高的元件 (如 MOSFET) 與較大的冷卻器件 (電感器) 熱耦合,讓電感器起到內置散熱器的作用。

      另一方面,利用電感器底部較大面積改進 MOSFET 功率耗散,將 MOSFET 放在電感器下面可以加大 PCB 有效截面,而又不會造成額外的面積損失。

      一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品

      圖 8.microBRICKTM 先進的 3D 封裝示意圖

      電氣性能看,microBRICKTM 模塊 3D 封裝結構還消除了 PCB 電感器與開關節點之間的互連電阻,減少了總損耗。這種獨特結構,與其他先進的設計和工藝技術一起,使得 microBRICKTM 模塊保持了高效率的優勢。

      一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品
      圖 9.microBRICKTM SiC931 的高效率表現

      其他性能方面,SiC931 開關頻率高達 2MHz,提供 4.5V 至 18V 的輸入電壓、低至 0.6V 的可調輸出電壓,連續輸出電流為 20A。此外,microBRICKTM 還具有超快瞬變響應,極輕負載時可最大限度減小輸出電容容量并嚴格調節紋波。

      作為一款具有領先性的產品,microBRICKTM 后續的產品路線圖也日漸清晰,除了已經發布的 SiC931,Vishay 還將陸續推出寬輸入電壓范圍(4.5V 至 60V)的 SiC967,以及符合 PMBUS 1.3 標準、輸出電流為 25A 的 SiC951。

      一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品
      圖 10.microBRICKTM 產品路線圖

      從分立走向集成

      對于 POL 電源系統來說,傳統的“分立式”方案固然靈活性高,有助于降低物料清單成本,但其需要更長的設計和驗證時間,還需要較高的專業技術知識以及較長的線路調適時間,這個過程中的不可控的風險也會較高。因此,開發具有更高集成度的方案成為了 Power IC 發展的必然之路。Vishay 的 Power IC 產品——DrMOS(VRPower?)、microBUCK?和microBRICKTM ——的發展進程,可以說完美詮釋了這一趨勢(見圖 11),而且在這個過程中,Vishay 依托自身創新技術和專家經驗,不斷進行著產品的擴展和優化。每個系列都提供大量高密度期間帶有相同引腳組合,使設計人員可以擴展以實現成本和性能的最佳組合。

      一文讀懂:Vishay 高集成度功率 IC產品
      ?11. Vishay 公司 Power IC 產品發展路線圖

      伴隨著不斷擴展的產品線,自然是更廣闊的應用版圖(見表 1),而且產品與目標應用的匹配度也更高。

      對于用戶來說,如此多的高集成度 Power IC 產品選項無疑會給設計帶來極大的便利,他們就可以根據實際應用的需要,從不同類型、豐富的產品組合中選取自己所需的產品和方案,開始創新設計之旅。

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      Vishay推出的新款FRED Pt? Ultr...

      100 V和 200 V器件與SOD-128封裝占位兼容,引線寬度大于SlimSMA封裝器件
      發表于 2020-02-27 08:35? 271次閱讀
      Vishay推出的新款FRED Pt? Ultr...

      Vishay推出帶有I2C接口新型RGBC-IR...

      除數碼相機和電視外,VEML3328和VEML3328SL還適用于各種工業和消費類電子應用,其優異的....
      發表于 2020-02-26 08:38? 1054次閱讀
      Vishay推出帶有I2C接口新型RGBC-IR...

      Vishay推出首款經AEC-Q200汽車級認證...

      器件可直接安裝在散熱器上,額定功率800 W,脈沖處理能力達1500 J。
      發表于 2020-02-24 10:37? 226次閱讀
      Vishay推出首款經AEC-Q200汽車級認證...

      Flex電源模塊推出面向工業應用的微型DC-DC...

      不需要最小負載 隔離電壓高達6000V 堅固、可靠且符合標準 多種器件滿足特定的應用要求 Flex電....
      發表于 2020-02-19 16:05? 521次閱讀
      Flex電源模塊推出面向工業應用的微型DC-DC...

      低成本高效率DC-DC 恒流LED升壓的設計

      DC-DC 恒流LED的設計 2835  0.5wLED 10串3并 以及 7030LED1w 10串  電源24v蓄電池 ...
      發表于 2020-02-14 03:46? 408次閱讀
      低成本高效率DC-DC 恒流LED升壓的設計

      意法半導體推出針對智能工業應用的高集成度、高靈活...

      日前,意法半導體推出L6983 38V/3A同步整流DC/DC轉換器,在任何負載時都能保持高能效,最....
      發表于 2020-02-13 16:02? 427次閱讀
      意法半導體推出針對智能工業應用的高集成度、高靈活...

      Vishay Intertechnology推出...

      2020年1月27日,Vishay Intertechnology,Inc.通過其新型RGBC-IR....
      發表于 2020-01-31 09:49? 3130次閱讀
      Vishay Intertechnology推出...

      Vishay推出超小體積的功耗僅為6 μA的新型...

      Vishay Semiconductors VCNL36821S和VCNL36826S分別在2.55....
      發表于 2020-01-16 08:31? 474次閱讀
      Vishay推出超小體積的功耗僅為6 μA的新型...

      Vishay推出全集成新型接近傳感器 提高了消費...

      日前,Vishay Intertechnology, Inc.(NYSE 股市代號:VSH)推出兩款....
      發表于 2020-01-15 14:31? 275次閱讀
      Vishay推出全集成新型接近傳感器 提高了消費...

      常用DC/DC芯片的工作原理圖

      在利用DC/DC芯片設計電路時,電感和二極管是必不可缺少的元器件,這與電源的拓撲結構有關系。
      發表于 2020-01-11 06:15? 3286次閱讀
      常用DC/DC芯片的工作原理圖

      Vishay發布采用新工藝的高性能CMOS模擬開...

      Vishay Intertechnology, Inc.宣布,推出具有1.5?低導通電阻的新款±15....
      發表于 2020-01-09 15:00? 268次閱讀
      Vishay發布采用新工藝的高性能CMOS模擬開...

      XP Power推出新款30W DC-DC電源模...

      該系列共有22個電壓模塊可選,從0-200VDC到0-6KVDC的全可控輸出在正負極都有。22至30....
      發表于 2020-01-08 15:14? 953次閱讀
      XP Power推出新款30W DC-DC電源模...

      分享一個DC-DC降壓型高效率摩托車專用大燈的IC

      這是一款外圍電路簡單的 Buck 型平均電流檢測模式的 LED 恒流驅動器,適用于8-100V電壓范圍的非隔離式大功率恒...
      發表于 2019-12-27 10:04? 679次閱讀
      分享一個DC-DC降壓型高效率摩托車專用大燈的IC

      薄膜鉑電阻SPICE模型溫度掃描用于IC電子電路...

      本文介紹一種含有一個中央無源器件溫度傳感器的通用IC電子設計,制造商新的精確模型增加了應用價值。
      發表于 2019-12-16 17:51? 477次閱讀
      薄膜鉑電阻SPICE模型溫度掃描用于IC電子電路...

      ADI公司推出四通道輸出DC/DC μModul...

      高度集成的LTM4668和LTM4668A在加快設計的同時,減少了組件數量、電路板空間,降低了功耗。
      發表于 2019-12-13 17:53? 617次閱讀
      ADI公司推出四通道輸出DC/DC μModul...

      Vishay推業內最低RS-S(ON)60V共漏...

      Vishay推出采用小型熱增強型PowerPAK? 1212-8SCD封裝新款共漏極雙N溝道60 V....
      發表于 2019-12-13 15:54? 631次閱讀
      Vishay推業內最低RS-S(ON)60V共漏...

      Vishay推出IHDF邊繞電感器,高度僅為15...

      這款通孔器件采用鐵粉磁芯技術,直流電阻低,有助于減少功耗,提高效率。
      發表于 2019-12-12 16:43? 562次閱讀
      Vishay推出IHDF邊繞電感器,高度僅為15...

      【技術探討】BUCK電路設計技術要點

      BUCK電路DC-DC芯片外置Mosfet與內置Mosfet優缺點,與LDO優缺點、BUCK DC-....
      發表于 2019-12-10 18:47? 0次閱讀
      【技術探討】BUCK電路設計技術要點

      Vishay推出采用小型5x5 PowerPAK...

      通用器件輸入電壓范圍寬達4.5V至60V,內部補償功能減少外部元器件。
      發表于 2019-12-09 17:10? 454次閱讀
      Vishay推出采用小型5x5 PowerPAK...

      大功率DC/DC轉換器的EMC和效率優化

      選擇合適的電容器技術、存儲電感、開關頻率和半導體——相較其它因素——對于提高具有相對較高輸入和輸出電....
      發表于 2019-12-09 14:04? 4261次閱讀
      大功率DC/DC轉換器的EMC和效率優化

      Vishay推出了三款目前業界體積最小的新型商用...

      器件節省空間,高度僅為1.0 mm,適用于計算機和電信應用 賓夕法尼亞、MALVERN—2019年1....
      發表于 2019-12-09 10:04? 1338次閱讀
      Vishay推出了三款目前業界體積最小的新型商用...

      資深產品硬件研發工程師,與你討論電路設計

      廖工,硬件工程師,十多年工程實戰經驗, 一直從事數碼產品、電子電器電路,電子產品硬件開發,技能專長....
      發表于 2019-12-04 12:10? 4次閱讀
      資深產品硬件研發工程師,與你討論電路設計

      Vishay推三款小型商用電感器,工作溫度可達+...

      Vishay宣布,推出三款公司迄今體積最小的新型商用IHLP?超薄、大電流電感器--- IHLP-1....
      發表于 2019-12-04 11:36? 368次閱讀
      Vishay推三款小型商用電感器,工作溫度可達+...

      Vishay HVCC系列產品榮獲2019 As...

      Vishay 宣布,公司的HVCC系列徑向引線高壓單層瓷片電容器榮獲2019 AspenCore全球....
      發表于 2019-12-04 09:04? 418次閱讀
      Vishay HVCC系列產品榮獲2019 As...

      金升陽主導編制直流-直流電源行業標準權威發布

      廣州金升陽科技有限公司(以下簡稱“金升陽”)主導編制的電源行業標準《定壓輸入非穩壓輸出隔離型直流-直....
      發表于 2019-12-02 18:21? 334次閱讀
      金升陽主導編制直流-直流電源行業標準權威發布

      Vishay推出了新系列汽車級交流和脈沖金屬化聚...

      日前,Vishay Intertechnology,Inc.(NYSE 股市代號:VSH)宣布,推出....
      發表于 2019-11-26 08:52? 1340次閱讀
      Vishay推出了新系列汽車級交流和脈沖金屬化聚...

      Vishay 推出適用于混合動力和電動汽車的聚丙...

      Vishay宣布,推出新系列汽車級交流和脈沖金屬化聚丙烯薄膜電容器---MKP385e,適用于混合動....
      發表于 2019-11-25 17:29? 627次閱讀
      Vishay 推出適用于混合動力和電動汽車的聚丙...

      Vishay T22表面貼裝液鉭電容器

      Vishay Sprague推出業內首款真正表面貼裝(SMD)液鉭電容器,繼續保持液鉭和固鉭電容器一....
      發表于 2019-11-25 09:12? 457次閱讀
      Vishay T22表面貼裝液鉭電容器

      Vishay推出了全新的表面貼裝高速紅外發射器系...

      日前,Vishay Intertechnology,Inc.宣布,推出新型2 mm x 1.25 m....
      發表于 2019-11-22 09:04? 1383次閱讀
      Vishay推出了全新的表面貼裝高速紅外發射器系...

      Vishay新型紅外發射器輻照強度提高了30%

      傳統PCB封裝采用全透明環氧樹脂內嵌發射器芯片,導致側光在攝像圖像中產生光暈。日前發布的紅外發射器側....
      發表于 2019-11-20 16:06? 1567次閱讀
      Vishay新型紅外發射器輻照強度提高了30%

      Vishay推出高速紅外發射器,亮度提高30 %...

      850 nm、890 nm和940 nm器件采用帶側光擋板的小型0805表面貼封裝,輻照強度達13 ....
      發表于 2019-11-20 09:27? 362次閱讀
      Vishay推出高速紅外發射器,亮度提高30 %...
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