●   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
，適應係統小型化的要求；

 

同時也要解決“集成”過程中麵臨的一係列的問題，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——這裏麵也有不少門道兒
，真正能做得好
，也不是那麼容易。

 

在這方麵
，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係列非常具有代表性的產品
，形成全麵而多樣化的產品組合
，滿足不同應用的需要（見表 1）。

 

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 轉化器係統可以分為幾個部分：控製器 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。麵對這些可選的“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。

 

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 功率級的性能表現並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℃
，而占板麵積卻壓縮了 33%，提升了整體的功率密度效益。Vishay 在 Power IC 方麵的“集成”功力由此可見一斑。

 

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 在初嚐“高集成度”的勝果之後，當然會在這條路上繼續前行。

 

進一步的“集成”，Vishay 將目標放在了控製器 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製器 IC
、柵極驅動器和兩個針對 PWM 控製與應用優化的 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。

 

圖 3. 集成了 PWM 控製器的 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。

 

而在性能方麵，microBUCK®可以支持 4.5V~60V（SiC46x 係列）很寬的輸入電壓範圍；也可支持單相最高輸出電流達 40A（SiC450, 具 PMBus 功能）應用
；其在效率方麵也很出色
，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。為實現可靠工作並進一步簡化係統，microBUCK®器件還可提供逐周期電流限製、使能引腳
、內部軟啟動、欠壓鎖定
、過壓保護，以及 +150℃ 時熱關斷等功能
，並且在 SiC45x 係列更是提供了 PMBus
，讓使用者能夠自在的調適應用所需的條件。

 

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 係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。比如處於樣品和研發階段的 SiCQ48x 汽車級產品係列，將可以支持高達 65V 的輸入電壓；符合 PMBus 標準的 SiC45x 係列則著力突出在大電流輸出方麵的優勢。

 

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——控製器 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
，那隻有考慮無源元件了，比如將輸出電感集成進來。

 

這個想法並不新鮮，隻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！

 

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 係列的首款產品，它的封裝尺寸為 10.6mm x 6.5mm x 3mm

，與競品相比，麵積縮小 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，但是如果你考慮到裏麵還“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麵積縮小到接近於“零”！ 

 

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：

 

●   一方麵，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。 

 

●   另一方麵
，利用電感器底部較大麵積改進 MOSFET 功率耗散，將 MOSFET 放在電感器下麵可以加大 PCB 有效截麵
，而又不會造成額外的麵積損失。

 

圖 8.microBRICKTM 先進的 3D 封裝示意圖

 

從電氣性能看，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。

 

圖 9.microBRICKTM SiC931 的高效率表現

 

其他性能方麵，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並嚴格調節紋波。

 

作為一款具有領先性的產品
，microBRICKTM 後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範圍（4.5V 至 60V）的 SiC967，以及符合 PMBUS 1.3 標準
、輸出電流為 25A 的 SiC951。

 

圖 10.microBRICKTM 產品路線圖

 

從分立走向集成

 

對於 POL 電源係統來說，傳統的“分立式”方(fang)案(an)固(gu)然(ran)靈(ling)活(huo)性(xing)高(gao)，有(you)助(zhu)於(yu)降(jiang)低(di)物(wu)料(liao)清(qing)單(dan)成(cheng)本(ben)，但(dan)其(qi)需(xu)要(yao)更(geng)長(chang)的(de)設(she)計(ji)和(he)驗(yan)證(zheng)時(shi)間(jian)
，還(hai)需(xu)要(yao)較(jiao)高(gao)的(de)專(zhuan)業(ye)技(ji)術(shu)知(zhi)識(shi)以(yi)及(ji)較(jiao)長(chang)的(de)線(xian)路(lu)調(tiao)適(shi)時(shi)間(jian)，這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)不(bu)可(ke)控(kong)的(de)風(feng)險(xian)也(ye)會(hui)較(jiao)高(gao)。因(yin)此(ci)

，開(kai)發(fa)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)集(ji)成(cheng)度(du)的(de)方(fang)案(an)成(cheng)為(wei)了(le) 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(yi)托(tuo)自(zi)身(shen)創(chuang)新(xin)技(ji)術(shu)和(he)專(zhuan)家(jia)經(jing)驗(yan)
，不(bu)斷(duan)進(jin)行(xing)著(zhe)產(chan)品(pin)的(de)擴(kuo)展(zhan)和(he)優(you)化(hua)。每(mei)個(ge)係(xi)列(lie)都(dou)提(ti)供(gong)大(da)量(liang)高(gao)密(mi)度(du)期(qi)間(jian)帶(dai)有(you)相(xiang)同(tong)引(yin)腳(jiao)組(zu)合(he)，使(shi)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)擴(kuo)展(zhan)以(yi)實(shi)現(xian)成(cheng)本(ben)和(he)性(xing)能(neng)的(de)最(zui)佳(jia)組(zu)合(he)。

 

圖 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。

 

對於用戶來說，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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