滿足節(jié)能、環(huán)保設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體解決方案

以往是通過簡單的TRIAC控制來調(diào)節(jié)水壓(通常分三步)。

TRIAC控制只能用于通用式電動馬達(dá)，它的缺點(diǎn)是：總諧波失真(THD)較高、輸入功耗高、調(diào)節(jié)效率低。
而利用與現(xiàn)代BLDC(無刷直流)電動機(jī)相連并基于智能逆變器的驅(qū)動器，可以提高效率(能源節(jié)省高達(dá)70%)，還能實(shí)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(yīng)用。這些應(yīng)用的要求與供熱應(yīng)用中采用的循環(huán)泵非常相似。要經(jīng)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(diào)，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(dǎo)體提供的智能功率模塊(SPM)產(chǎn)品系列專門針對高至120W的功率范圍而設(shè)計(jì)，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(yīng)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(yīng)用

環(huán)保設(shè)計(jì)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(jīng)過預(yù)先測試和優(yōu)化的子系統(tǒng)，因而降低了FIT率(故障率)，增強(qiáng)了整體系統(tǒng)的可靠性，最終加速設(shè)計(jì)進(jìn)程，加快上市速度，并有助于實(shí)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(xué)校和醫(yī)院等公共建筑也需要供熱和通風(fēng)系統(tǒng)。

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

大型設(shè)備無疑會產(chǎn)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(shè)備的運(yùn)作性能，如IT基礎(chǔ)設(shè)施。

飛兆半導(dǎo)體為更高的額定功率提供了相應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)體元件用藍(lán)色標(biāo)注，鍵合連接用黑色標(biāo)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(nèi)部驅(qū)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(jié)在陶瓷上。利用陶瓷可實(shí)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(zhì)的。功率器件焊接在銅區(qū)域的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，類似于PCB。兩個銅區(qū)域可提供相當(dāng)于熱擴(kuò)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(shù)也可提供2.5kV的隔離能力。

總結(jié)
實(shí)施環(huán)保設(shè)計(jì)指令及其相關(guān)法規(guī)是實(shí)現(xiàn)高能效應(yīng)用的重要方法。這些指令和法規(guī)給半導(dǎo)體供應(yīng)商帶來了重要的商機(jī)，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(xiàng)要求。