目前，采用低于750W電壓范圍的電機超過20億臺，通過采用電子控制變速解決方案所能實現的節能效果將非常顯著。事實上，目前所產生的總電力能量的55%是用于驅動各種尺寸、各種形狀以及各種效率的電機。由于變速驅動器通過改變負載的速度可以節省多達70%的能量成本，適用于風扇和水泵等應用的新能效標準要求采用電子控制電機。
在60多年前的發展初期，
國際整流器公司(IR)的使命就一直是將功耗最小化，從而通過高效的功率轉換解決方案來節約能源。一直堅守著這一目標，在最近的60年里，IR公司開創性地做出了芯片技術及封裝技術的多項創新。
例如，在IGBT領域，IR提供了從600V至1200V廣泛電壓范圍的豐富產品系列，支持對于高性能逆變器的功率需求，從極小的馬力到30kW以至更高。然而，在更低范圍的電機驅動功率應用中(如低于200W的應用中)，以及在那些大多數時間里都采用小整體負載功率運行的電機中，與IGBT相比較，FredFet提供了最大的效率優勢和更加經濟的封裝解決方案，因為它不需要任何的反并聯續流二極管。
IR公司的新款μIPM(超小型智能
功率模塊)系列產品展示了IR公司致力于節能型產品和解決方案開發的最新示例，并且提供了工程師社區，以及更簡易、更方便、更高效的方式，讓工程師可以設計并發布能夠滿足客戶需求和規則標準的產品。
針對30~200W逆變電機驅動市場的傳統型IPM解決方案相對要求采用低效的大型結構，或者采用一個外部的散熱器，以實現讓人滿意的散熱性能。這種方法使電機控制器在電機系統費力、笨重并且通常不經濟的狀態下實現了完整的集成，從而使其可以被廣泛地采用。
IR公司面向這一市場領域，率先開發的新款可選方法(申請專利中)采用PCB銅箔布線，用于從模塊散熱，通過小型封裝設計來實現節能，并且在一些特定的應用中省掉了外部散熱器。
新的μIPM系列器件使得設計人員可以解決在設計先進節能解決方案時遇到的技術挑戰，符合適用于風扇(散熱和通風)或
水泵(水循環)的最新能源標準(最高達200W)。該系列采用基于解決方案的高效率、超緊湊和高度集成的QFN封裝。μIPM系列同時也提供了一個新的基準，在尺寸上可與任何同類競爭解決方案相匹敵。該系列比現有的主流3相電機控制功率IC的面積縮小60%以上。
μIPM系列采用QFN類封裝，包括了一系列完整的集成型3相或單相(半橋)電機控制電路解決方案。通過采用最強勁、最高效的高壓FredFet MOSFET開關，特別優化了變頻器應用。IR公司最先進的HV驅動器IC，μIPM產品系列具有1A至10A的額定DC范圍和250V與500V的電壓。
μIPM的總體尺寸僅為12x12x0.9mm，是目標市場中能夠采用的最小型IPM(圖1)。目前可用的典型封裝解決方案是基于單邊引線的直插形式，適用于通孔應用，或是基于SOP28以及相似類型封裝的鷗翼式引線封裝。其總體占位面積縮減了60%。這一優勢對于持續降低材料成本、尺寸和總體重量限制等方面的需求至關重要。
圖1：μIPM封裝尺寸比較
鷗翼式引線和DIP封裝內的模塊在PCB散熱方面較差，而耗散功率的唯一方法是通過一個外部散熱器實現，但這卻增加了成本，并帶來了振蕩和其它的物理壓力。IR公司的μIPM PQFN封裝是業界首款完全集成型逆變器解決方案的示例。它將PCB用作散熱器，這與負載點和VRM應用中所采用的模塊解決方案非常相似，但是第一次擺脫了僅適用于低壓產品的局限(圖2)。
圖2：傳統的DIP-IPM鷗翼式引腳封裝和IR的μIPM PQFN設計
與采用負載點或VRM QFN類封裝類似，μIPM的功率半導體(500V FredFet)和HVIC模塊也與暴露在外的引線連接并焊接到PCB的引線框。然而，要實現更小型的尺寸并降低通過PCB的功耗，卻有一些需要應對的挑戰，以便完全實現電機驅動設計中的最佳整體性能。
一般來說，IPM電流能力取決于DC
總線電壓、環境溫度、開關頻率(而對于所有這些元件，其頻率越高則損耗越高)、調制機制(例如3相和2相)、dV/dt相位電壓，當然還有FET特性(RDSON、IRec等)。
在這種表面安裝解決方案的情況下(例如在μIPM系列所提供的解決方案中)，電流能力還取決于PCB設計，特別是銅板厚度、銅盤區域和層數，并最終取決于最大可允許的PCB溫度。換名話說，事實上，功率半導體的最大結溫不如最大PCB溫度重要。
通過提高PCB銅板厚度，可以將與環境之間的總熱阻降低，并且最終將PCB的溫度降低。圖3顯示了將PCB銅板厚度從1oz增至2oz，對電流能力所產生的影響。輸出電流的能力隨著ΔTCA的提升而提升，并且當采用一個2相調制和一個3相調制機制的時候有所提升。這樣僅僅通過降低開關頻率、降低開關損耗，就可以實現更高的輸出電流。
圖3：μIPM額定電流與PCB銅板厚度及調制機制的示例
然而，還有一些其它的高性價比方法可以進一步提高μIPM的性能，例如，利用熱導線路或在熱導線路上采用銅線/跳線。采用這些簡易的方法，其它更多的傳統封裝都很難獲得更多的電流提升。當與那些采用更多傳統封裝的其它IPM解決方案相比較時，在相同的應用和負載條件下，μIPM器件能夠實現提升的電流能力和更高的效率。當與競爭產品相比較時，通過PCB進行散熱的性能立即突顯出來。例如，在一個風扇控制器的應用中，采用1oz PCB，工作電流為100mA、15kHz，在320V DC總線下采用一個2相調制。
在室溫條件下，采用傳統封裝的競爭器件比IRSM636-015MB的溫度高出34.8℃，并在功率IC(SOI)中心顯示出了熱點，而對于IRSM636-015MB，最高的溫度位于高端通用排水點上，與控制IC模塊很遠(圖4)。在需要更多負載的情況下，在與μIPM的溫度和功耗性能相比時，目前大多數可用的傳統產品則顯示出更多的嚴重局限(圖5)。
圖4：鷗翼引線SSOP IPM與IR的μIPM IRSM636-015MB
圖5：300mA輸出電流與頻率下的溫度比較
本文小結
通過選擇一款創新型的封裝解決方案，IR公司的μIPM產品在輸出電流能力和系統效率方面，與更多的傳統低功率電機驅動集成型解決方案相比，實現了增量的優勢。產品將簡單易用性、更高的散熱性能相結合，并降低了總的系統尺寸。μIPM系列將協助系統設計人員和為系統集成器在家電和照明工業應用，提供更高的成本效率以及更多的高級電機控制解決
