智能功率集成电路SPIC一般包括

PWM比较器
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PWM比较器仿真图
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驱动电路
Vc 偏置电压 偏置电压 Q11 D rain Q1 栅控电压 Q4 Q7 Q13 C1 Q2 Q3 Q9 Q10 Q15 Q18 Q14 Q17 R1 Q20 Q22 Q24
0
Q5
Q6
Q8 Q12 Q16 Q19 Q21 Q23
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SPIC基本工艺流程

SPIC工艺主要可分为外延层结构工艺和无外延层结构工艺。
这两种工艺技术各有特点，根据电路、器件、特性等方面不
同的要求，其最恰当的兼容工艺方式也大不相同。相比而言， 目前无外延层结构工艺较为普遍。
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功率器件关键参数确定
LDMOS、VDMOS和IGBT等功率器件是SPIC 的核心，一 般功率器件约占整个芯片面积的1/2~2/3。
偏置电路
M3 电路控制 电压 R1 C1 偏置电压1
由之前正常工作的100kHz减小为3kHz，减小功耗。
M6 M5
M7 偏置电压2
M8
M4
Q5
Q9 基准电压
M1
M2
Q1
Q2 R2
R3 Q6
C2 R4 R6 Q10
Q3
Q4
欠压保 欠压保 护输出 护输入
1:8
Q8 R5
Q7
IR5=(VBE6-VBE7)/R5=Vtln(IS6/IS7)/R5 ;
Q25
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最小导通时间延迟模块
• 增加这个电路其实就是加 了一个反馈，利用环路延迟， 使得当误差信号逐步增大到 大于锯齿波信号时，保持一 个最小的占空比。
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组合逻辑电路

最大占空比不超过67%
最小导通时间（占空比 1%） 综合处理各种保护信号

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误差放大器输出
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PMOS宽长比很大， 实现旁路分流的作用
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误差放大器仿真结果
来自百度文库
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锯齿波发生器电路
Q6、Q7的栅电压互反，控制C1的充放电
偏置
方波脉冲
2V
0.7V
偏置
锯齿波输出
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锯齿波电路仿真图
频率为100KHz
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主电路部分
偏置电路、分流调整器/误差放大器电路、锯齿波发生器电路、
PWM比较器电路、最小导通时间延迟、驱动电路、组合逻辑电路

辅助保护电路部分
温度保护电路、过流保护电路、欠压保护电路、8分频复位延时
电路、高压充电电路
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TOP223芯片管脚

DRAIN：输出管MOSFET的漏极。在启动时，通过一个内部 开关控制的高压电流源提供内部偏置电流。
极限参数

漏极电压：-0.3V到700V；
漏极电流增加速度(ΔID/每100ns)： 0.1×ILIMIT(MAX)
控制脚电压：-0.3V到9V 控制脚电流：100mA 储存温度：-65到125℃ 工作结温度：-40到150℃
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TOP223性能参数
电学参数
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保护电路

在TOP223中，保护电路是非常完备的，它包括温度 保护电路、过流保护电路、欠压保护电路等。有关保 护电路可以参考第五章节。


设计性能良好的功率器件是整个智能功率集成电路设计的 关键，其中耐压和导通电阻是SPIC的重要指标。
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功率器件的主要技术参数
击穿电压：源漏击穿电压BVDS、栅源击穿电压BVGS； 静态特性参数：阈值电压、IV特性、栅特性和特征 导通电阻等；


动态特性参数：栅电容、导通时间、关断时间和开关 频率等； 器件安全工作区（SOA）。
开关电源SPIC模块电路
开关电源SPIC的BCD工艺流程
开关电源SPIC的版图设计
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开关电源原理
311V t 2t 3t 4t
TOP223
311V
t
2t
3t
4t
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开关电源TOP223
TOP223芯片是一个自我偏置、自我保护的用线性电流控制占空 比转换的开关电源。主要包括：

CONTROL：作为占空比控制时，是误差放大器和反馈电流的
输入端。也用做内部电路和自动重启动/补偿电容的连接点。

SOURCE：Y型封装时，是输出MOSFET的源极，作为高压电 源的回路。原边控制电流的公共参考点。
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TOP223封装
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TOP223性能参数

最大功率：50W（单一值电压输入）
30W（宽范围电压输入）
*TO-220（Y）封装

导通电阻：7.8Ω (ID=100mA，Tj=25℃) 保护电流：1.00A(Tj=25℃) 最大占空比：67%
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开关电源SPIC—TOP223
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当发生欠压时，偏置电压1调节锯齿波发生器输出频率
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IE9= IE5=2Vtln(IS6/IS7)/R5 ;
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VOUT=VE9=VBE10+2R6Vtln(IS6/IS7)/R5
反馈电流小于2mA，电路以最大占空比67%工作；
误差放大器
反馈电流输入
反馈电流在2~6mA，电路工作占空比67%~1%工作； 反馈电流大于6mA，电路以最小占空比1%工作；

目标
尽可能少的工艺步骤，
功率控制 检测 / 保护 接口电路
实现最佳功率器件性能
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工艺流程选择
SPIC一般实现方案：
在已有的CMOS或者BiCMOS工艺上进行改造，增加若干个 工艺步骤而实现。
工艺改造的好处：
一方面可以减小工艺成本和实现难度，另一方面也提高工艺 的稳定性。

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关键工艺参数的设计

在改造工艺上调整有限的工艺参数使得功率器件性能最 佳是SPIC工艺必须要考虑的问题。

要确定这些最佳工艺参数，可以采用理论推导和TCAD 仿真相结合的方式。
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PWM开关电源SPIC设计实例

开关电源原理及开关电源SPIC


第七章 智能功率集成电路的设计
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主要内容
SPIC设计考虑

PWM开关电源SPIC设计实例
荧光灯驱动SPIC设计实例
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SPIC设计考虑

工艺流程选择
功率器件关键参数确定
关键工艺参数设计
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智能功率集成电路SPIC
一般包括：