| ---能源效率是个热门话题，全世界都知道我们需要节约能源以保护环境，同时还要控制成本，这就要求从政府到消费者的每一个人承担各自的职责。由于现在工业设备、家用电器和其他许多应用中都包含大量小尺寸和中尺寸电机，出于节省能源的考虑，制造商不得不更加认真地审视功率电子的作用。这门技术对于开发低成本、高效率的电机驱动和电机控制系统起着至关重要的作用，而这些系统会大大节省能源。然而很久以来，对于非专业的设计者来说，设计优化、高性能和可调速的电机驱动一直是件很困难的事。
---国际整流器公司的解决方案iMOTION包括一个软硬件集成设计平台和混合信号芯片组，可以使设计者很快完成复杂系统的设计。设计者拥有了这些工具后，就可以在更短的时间内，以更低的成本、更低的风险来设计更高性能的产品。 iMOTION：一个完全集成的设计平台
---iMOTION综合了国际整流器公司领先的功率半导体技术、在电机控制算法开发和混合信号设计领域的丰富经验，完全可以满足高性能电机控制应用的需要。该平台包括了由“无感应器”控制算法驱动的数字控制IC、混合信号高压IC、高性能电源管理器件和创新的封装，同时提供了一个强大的、可配置的控制引擎，这样工程师们就可以简单、方便地通过硬件逻辑来调整控制算法和一些具体应用参数。另外，该开发系统还配备了PC控制板、电机和编程接口，以加速和简化设计周期。
---采用这个集成设计平台，设计者可以降低40%的开发费用，减少50%的开发时间。也就是说，通过这个系统，全球用于驱动电机的能量可以节省一半左右。
---iMOTION包括以下几个部分，如图1所示。
● 一个用来配置和开发编程接口的软件配置工具
● 一个内嵌算法和特殊运动外设的数字控制器
● 一个集成所有数字、模拟和高压电路的混合信号控制器
● 一个包括最新硅工艺和封装工艺的功率级 数字控制器
 
---借助Accelerator技术，国际整流器公司开发了采用完全不同结构的专有电机控制处理器。新处理器采用了专有FOC和与应用层低成本微处理器内核集成在了一起的无感应器控制引擎。图2是一个方块图，展示了专有电机控制处理器和同步设计的模拟混合信号控制芯片组。
---FOC、无感应器和PFC/EMI控制引擎在实现过程中并没有采用基于指令的算法，而是采用了可配置的硬件逻辑。平行处理比那些基于指令和执行的算法快很多，在时钟频率为33MHz时，执行时间只需8μs。
---为保证灵活性，在基于硬件的控制引擎中设计了可配置参数。这些可配置参数可通过片上的微处理器内核或者外部寄存器接口，用寄存器映射的方法进行存取。另外，专有特殊运动外设在设计时就考虑到了与控制引擎的适配问题，带有一个与高压IC的接口。
---整个解决方案是完全无缝集成的。控制引擎、运动设备和混合信号控制用的外部高压IC是做为一个单独的芯片组来设计的。这样做的好处就是没有浪费的接口，也没有额外的延迟，而延迟会降低运算速度或导致需要额外的数字滤波器来纠正的误差。 混合信号运动控制
 ---iMOTION芯片组中混合信号控制部分包含很多功能，包括：
● 三相IGBT输出级高压门驱动
● 电流侦测电路，通过同相脚或相位输出
● 用于DC总线、有时也用于相位输出的电压侦测电路
● 不同类型传感器用的信号处理电路
● 与数字控制器接口的模数转换器
● 电源控制器，通常为反激拓扑PWM型
● 功率因素控制器，一般是升压或降压升压拓扑PWM型
● 其他模拟和数字电路，主要用途是保护和接口功能
---电路种类其实是个挑战，不仅仅因为其种类繁多，而且因为在应用过程中，这些电路会趋向于要求采用那些没有针对特定应用进行内部操作优化的的分立器件。结果就是，电路在性能、设计时间和成本上不断变化。
---在600V或1200V量级，国际整流器公司的高电压IC(HVIC)技术集成了所有的模拟控制功能，参见图3。其实，600V HVIC半桥门驱动现在是IGBT门驱动事实上的标准，正在大量取代电器和一些低功率工业应用中的光耦合器。举例来说，对于一个工程师来讲，在自举配置中采用HVIC设计电源远比用光耦合器来得简单。
---将门驱动集成到三相式单芯片的设计体现了节省空间和降低成本的发展方向。HVIC也可以提供包括电流侦测、电压侦测、电源控制和功率因素控制等在内的其他功能，并且是作为分立产品形式出现的。
---国际整流器公司正在开发新一代HVIC，它把亚微米特性和设计原则结合到了一起，可以把低压和高压器件集成到同一个芯片上。例如，同一块芯片上可以有高速3.3V的CMOS电路、20V模拟CMOS、600V N沟道和P沟道LDMOS电路。
---采用了这些器件后，所有的模拟控制功能就可以集成到一个芯片上了。另外，高集成度CMOS电路可被用来设计串行通讯接口，这个接口可以连接到同步设计芯片组上的数字控制器。 功率硅片和封装
---在选择用在运动控制应用中的功率半导体时，工程师们的选择结果一般是IGBT和超快速FRED。由于现在的IGBT提供很低的Vce(on)，并提供在高达20kHz的通常频率范围内可接受的开关性能，它们很适合被用在低功率电器驱动上，比如冰箱压缩机和小型风扇。工业逆变器通常要求IGBT工作在600V和1200V范围内，电器设备中的逆变器大多数用600V。
---国际整流器公司最新的研究成果进一步减少了传导损失，不仅如此，这么做的同时并没有以增加开关损耗为代价，而这种损耗会降低开关速度并增加能耗。为做到这一点，对漂移区的少数载流子密度分布进行了优化，与之相对的则是漂移区本身的厚度则被最小化了。随着进一步的成果，包括advanced-planar或沟道栅(trench gate)(目标都是使表面几何密度最大化)，这些特性将继续以每年8%的速度提高IGBT的Vce(on)。
---进一步的益处包括可以以更小的模块来处理一个给定的输出电流级别。如一个1.5kW的应用，早先的击穿型600V IGBT技术在开关频率为8Hz时，要求的模块尺寸为25mm2。应用最新的NPT(non-punch-through，非击穿)IGBT技术，在开关频率为12kHz时，所用的模块尺寸只有13mm2。更进一步的话，采用损耗阻滞沟堑(depletion stop trench)IGBT工艺，开关速度为16kHz时的模块尺寸只需9.5mm2，减少了超过60%。
---iMOTION集成设计平台家族的部分产品，比如国际整流器公司的新型600V NPT IGBT(安装在TO－220完全绝缘的封装内)，最小的绝缘电压为2kV。这些IGBT和国际整流器公司的新一代超快速、软恢复二极管一同封装，并采用国际整流器公司的薄片技术，就拥有了更好的电热性能和更低的传导损耗，开关损耗也并没有增加。
---IGBT不像半导体闸流管、MCT或其他闭锁器件，可被设计用来通过门驱动电压来限制电流，这样就可以安全经受长达10～20μs的短路。当和独立的优化二极管一起工作时，IGBT是个高性能的解决方案，甚至可以满足未来几年的运动控制需求。
---对于综合的驱动来讲，超快速二极管的性能其实和IGBT一样重要。通过少数载流子注入，这些二极管可以取得很低的截止频率，但现在工程师们的主要任务是降低恢复性充电，恢复性的充电必须由同相脚的对应IGBT来去除。
---寿命控制也很重要，不只可以提高性能，还可以加快速度、降低损耗，并实现软恢复特性。在靠近阴极重要区域的局部寿命控制特别有效，可以和大多数寿命降低技术一起使用(如电子辐射或涂铂)。
---一个分级漂移区(graded-drift region)也可以帮助实现软恢复和快恢复。为了得到最好的应用参数组合，还需要进行更多细致的调整。
---封装方面的未来趋势是把所有的分立IGBT和二极管集成到一个单独的电源封装内的逆变器应用。一些客户也喜欢将模拟控制电路也集成进去。图5显示了国际整流器公司的PlugNDrive集成电源模块工艺，将功率模块和高压IC集成在一起，在绝缘单列直插(SIP)封装内实现结构紧凑、高性能的三相逆变器输出级。PlugNDrive将低成本的绝缘金属基板工艺(IMST)和超模高导热率塑料工艺融合到了一起，使得模块中的模板能够快速散热并保持在合理的温度范围内。
---采用这种技术，可以将很多元器件组装到一起，包括功率模板、三相门驱动控制芯片和所有的表面贴装无源和有源分立器件。
---国际整流器公司16A额定IRAMX16UP60A模块是PlugNDrive集成功率模块家族的最新成员，专为750W～1.2kW变速电机驱动应用而设计，如室内空调系统、商用冷藏柜及大容量洗衣机。它将低损耗NPT短路额定IGBT和三相、高压、高速驱动IC和超过20个零部件结合到了一个封装内。
---iMOTION集成硬软件设计平台，代表了在数字控制、混合信号IC工艺和封装领域的领先技术水平，包括：数字控制方面的专有电机控制处理器;模拟控制方面的高压IC;更低损耗的IGBT工艺;超模功率封装的多芯片集成。 | 
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