使用BLDC馬達進行節能處處可見，可以說是塵埃落定。其挑戰在于以合理的成本在馬達里集成一個復雜的電子控制電路，從而為用戶提供服務。優化的功率驅動電路對馬達具有巨大的提升性能的潛力，功率驅動電路就像微控制器和馬達之間的肌肉，功率器件的開關和傳導損耗會影響整個控制器所需的尺寸和散熱設計。飛兆半導體提供的高集成度Motion-SPM智能功率模塊正是這樣的設計方案：盡管客戶需要一款緊湊的解決方案，但是功率密度不可能無限制提高。因而，新的功率開關技術能夠發揮作用，可以減少損耗，提高功率密度。

　　圖1：TinyDIP模塊帶有用于馬達連接的加長引腳

　　HV MOSFET技術提升功率密度

　　飛兆半導體新推UniFET II技術是一種稱之為“自對準”技術，采用前一個工序的結構來精確定位下一個工序。利用這種方式，可以更有效地使用設備的邊界參數，形成最優的平面MOSFET技術。與先前的產品相比，這些晶體管具有更好的導通電阻（RDSON）/面積數值，有助于提高模塊性能。同時，由于芯片面積增大了，相比具有相同RDSON的超級結晶體管，這些晶體管具有更強壯的耐沖擊能力。

　　這些晶體管用于飛兆半導體開發的新型500V智能功率模塊，新模塊是引腳兼容的，因而可以輕易調整為不同的輸出功率水平。圖1所示為現有封裝之一，三個加長引腳可以增加爬電距離。還提供比較傳統的DIP及SMD封裝模塊，后者適合自動拾放設備。需要注意的是，使用SMD封裝模塊時，安裝散熱片很需要技巧，因為焊點處的機械壓力會降低可靠性。因此，既可以驅動更高功率馬達且不需要散熱片的新模塊具有極大的吸引力。

　　圖2所示是典型的模塊應用電路結構圖，簡圖顯示這個電路集成度很高、外部元件數量很少。最左側的是微控制器，可以單獨控制三個半橋的全部功率開關。根據應用狀況，可能需要使用低通濾波器來幫助抑制噪聲引起的誤觸發。在這個電路中，使用三個感應電阻來測量每個馬達相位的電流。而根據控制算法，這可能需要也可能不需要，例如在無傳感器控制的情況下就不需要。一個完整的應用電路，只需一個輔助電源、電磁干擾（EMI）濾波器、輸入整流器和總線電容就夠了。特別的是，模塊里集成了一個陰極負載二極管，用來生成高側開關的驅動電壓，另外需要少量無源元件。模塊中還集成了電路設計中至關緊要的柵極驅動電路，并在模塊生產線的最后環節進行測試，這大大簡化了應用設計，并提高了產品的可靠性。

　　功率模塊趨向小型化

　　使用這些新型功率開關，可以節省多達25%的功率，功耗降低帶來許多改善之處。一方面，散熱片和整體模塊的散熱設計可以更緊湊，具有更高的性價比。提供相同的輸出功率，但產品的體積更小，這是一項重要的優勢，在泵或風扇設計中效果尤為顯著。一般來說，通過使用較小的電子驅動器件，可以將受控馬達用于以往不可能實現的應用中。而且，減少了生產材料的使用意味著降低生產、運輸和回收的成本，這些均可歸結為產品壽命周期成本。

　　另一方面，可以提高最大輸出功率，同時維持現有設計參數的一致性。采用相同的散熱設計而功耗較低的產品，具有更高的可靠性， 因為熱偏移較少，故障率就會大大減少。而且，同一種設計，只需更換不同的輸出功率芯片，就可以演變出多種不同型款，從而縮短產品上市時間。

　　泵和風扇是兩個應用領域

　　泵和風扇是顯著受益于這些優點的兩個應用領域，我們來做進一步的分析。這兩個應用均要求高可靠性和高耐用性，一款較小型應用設計能夠帶來顯著的優勢。

　　在泵的應用里，控制電路和馬達的集成有著巨大的優勢，但是也有弊端。智能功率模塊的環境條件受到馬達的影響，尤其是其功耗的影響，供給模塊使用的功耗減少了，在熱液泵的使用中更為明顯，例如中央供暖系統，模塊的功耗預算變得相當少，所以每一個百分點的效率提高都是非常有用的。

　　在風扇的應用里，環境溫度通常不高，情況相對從容。但要達到好的通風效果，就必須有一個最緊湊的設計，因為馬達及其控制電路占據風扇的截面區域，減小了空氣流通的面積，所以需要體積最小的設計方案。

　　即插即用設計成趨勢

　　開發一種高度可靠的功率電子子系統不是件容易的任務，尤其要詳細而周全地考慮系統對于耐用性和可靠性的要求，如果再加上經典的高電流密度設計就更是一個挑戰。與此同時，設計上要緊湊、成本要合理，電磁輻射水平不要太高，只有這樣才能輕松通過資格和符合性測試。

　　那么使用智能功率模塊來設計功率電子子系統，就會使這個開發任務變得簡單，因為與許多應用方面相關的智能功率模塊，其中許多關鍵的連接件，特別是柵極驅動電路，已經集成在模塊內部，這就減少了設計時間和精力。

　　實現驅動方案組合中的一項實用性設計很吸引人：模塊的輸出功率不同但引腳兼容。在這項設計里，盡管印刷電路板設計通常可以保持相同，但散熱設計要符合預定的最大功耗。例如，FSB50250，FSB50450和FSB50550三種模塊，RDSON值不同，但引腳是兼容的，可以互換使用。它的好處是當所需要的輸出功率要增加或減少時，僅僅通過更換一個簡單的模塊就實現了。

　　具備更高的智能性

　　電子控制BLDC馬達的主要缺點是需要控制電路，但也可能成為其最大的優點！控制電路可以實現額外的功能，為用戶增添價值。例如冰箱的壓縮機就不會在啟動和停止時產生很大噪聲，而是根據應用需求以較低轉速來運作，從而大大降低噪音。另一個案例是加熱泵，通過動態調整參數能夠顯著節能;而且，當有物體機械地阻塞了加熱泵時，它可以反向轉動來清除阻塞，而這是老式驅動器所做不到的。

　　目前，業界正在探討基于寬帶隙半導體材料之功率開關的新技術，盡管這些技術有一些引人注目的性能表現，但用于工業用途還為時尚早，因為新材料的生產目前仍然是成本高，良率低，而且失效機理和可靠性方面的研究還不充分，尤其是在要求高可靠性和高耐用性的工業應用領域。

　　可以預見，未來的智能功率模塊會加進更多的功能，將具備更高的智能性。一種方式是集成控制IC，也可以集成附加保護功能或其它功率電子元件。實現這些附加功能的關鍵技術是靈活耐用的多芯片封裝技術，飛兆半導體SPM模塊就是采用這種技術實現的。

　　圖2：SPM模塊的應用電路結構圖

　　相關鏈接

　　兩種HV MOSFET技術的不同應用

　　目前，兩類HV MOSFET技術正在爭奪市場份額，即超級結（superjunction）MOSFET和平面型MOSFET技術，超級結制造技術提供最低的傳導和開關損耗，不足之處是制造工藝復雜。為了在這兩種不同的損耗機制之間取得均衡，芯片尺寸變得非常小，并且由于芯片主要由邊緣結構組成，可以獲得高電流密度并占用較少的產能。

　　兩種HV MOSFET技術的不同應用

　　目前，兩類HV MOSFET技術正在爭奪市場份額，即超級結（superjunction）MOSFET和平面型MOSFET技術，超級結制造技術提供最低的傳導和開關損耗，不足之處是制造工藝復雜。為了在這兩種不同的損耗機制之間取得均衡，芯片尺寸變得非常小，并且由于芯片主要由邊緣結構組成，可以獲得高電流密度并占用較少的產能。