本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種智能功率裝置，包括封裝成一體的功率半導(dǎo)體芯片、驅(qū)動電路、控制電路和電流傳感器，該功率半導(dǎo)體芯片為四個橋臂結(jié)構(gòu)；驅(qū)動電路與功率半導(dǎo)體芯片的柵極、集電極和發(fā)射極相連；控制電路與驅(qū)動電路連接，以控制功率半導(dǎo)體芯片的開通與關(guān)斷；電流傳感器獲取檢測功率半導(dǎo)體芯片的輸出電流，將輸出電流值發(fā)送到控制電路，控制電路依據(jù)輸出電流值控制功率半導(dǎo)體芯片的功率輸出。本發(fā)明專利技術(shù)集成多個功能元件，集成度較高，可節(jié)約設(shè)備空間。
Intelligent power device
The invention relates to an intelligent power device, including encapsulated power semiconductor chip, integrated drive circuit, control circuit and current sensor, the power semiconductor chip for the four leg structure; driving circuit and power semiconductor chip gate, collector and emitter connected; control circuit is connected with the drive circuit to control the power semiconductor the on and off chip; output current sensor for the detection of power semiconductor chip, the output current value is sent to the control circuit, power output control circuit based on the value of the output current controlled power semiconductor chip. The invention integrates a plurality of functional components with high integration degree and can save equipment space.
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電動汽車領(lǐng)域，特別是涉及一種電動汽車用智能功率裝置。
技術(shù)介紹
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵雙極型晶體管)是由 MOSFET 和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其輸入極為M0SFET，輸出極為P-N-P晶體管，結(jié)合了 這兩種器件的優(yōu)點，既具有MOSFET器件驅(qū)動功率小和開關(guān)速度快的優(yōu)點，又具有雙極型器 件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點。IGBT頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間，可正常工作 于幾十kHz頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在較高頻率的 大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。參見圖1，示出IGBT的等效電路，若在IGBT的柵極G和發(fā)射極E之間加上驅(qū)動正 電壓，則MOSFET導(dǎo)通，這樣PNP晶體管的集電極C與基極之間成低阻狀態(tài)而使得晶體管導(dǎo) 通；若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V，則MOS截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給， 使得晶體管截止。IGBT與MOSFET —樣也是電壓控制型器件，在它的柵極G-發(fā)射極E間施 加十幾V的直流電壓，只有在uA級的漏電流流過，基本上不消耗功率。一般情況下，一個IGBT模塊只作為一個開關(guān)元件來使用，其它各功能元件(如驅(qū) 動電路、控制電路等)設(shè)置在IGBT模塊外，與IGBT模塊連接，共同作用。各功能元件設(shè)置 在IGBT模塊外，會占用較大的空間，集成度較低。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種智能功率裝置，該裝置集成多個功能元 件，并在模塊內(nèi)部實現(xiàn)多個開關(guān)元件的串并聯(lián)，從而實現(xiàn)變流器的功能，且集成度較高，可 節(jié)約設(shè)備空間。本專利技術(shù)提供一種智能功率裝置，包括封裝成一體的功率半導(dǎo)體芯片、驅(qū)動電路、 控制電路和電流傳感器，功率半導(dǎo)體芯片為四個橋臂結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電路與功率半導(dǎo)體芯片的 柵極、集電極和發(fā)射極相連，控制電路與驅(qū)動電路連接，以控制功率半導(dǎo)體芯片的開通與關(guān) 斷；電流傳感器獲取檢測功率半導(dǎo)體芯片的輸出電流，將輸出電流值發(fā)送到控制電路，控制 電路依據(jù)輸出電流值控制功率半導(dǎo)體芯片的功率輸出。優(yōu)選的，還包括與所述裝置封裝成一體的溫度傳感器，溫度傳感器放置在功率半 導(dǎo)體芯片處，信號輸出端與控制電路連接；溫度傳感器檢測功率半導(dǎo)體芯片的溫度，將溫度 值發(fā)送到控制電路，控制電路依據(jù)溫度值控制功率半導(dǎo)體芯片的功率輸入。優(yōu)選的，功率半導(dǎo)體芯片通過若干數(shù)量的IGBT芯片及FRD芯片按比例反并聯(lián)連接 而成。優(yōu)選的，所述功率半導(dǎo)體芯片焊接在襯板上。優(yōu)選的，溫度傳感器焊接在襯板上。優(yōu)選的，電流傳感器焊接在襯板上。優(yōu)選的，所述襯板通過輔助電極連接第一 PCB板。優(yōu)選的，所述智能功率裝置的頂部為第二 PCB板。優(yōu)選的，所述第一 PCB板和第二 PCB板之間通過輔助電極連接。優(yōu)選的，所述驅(qū)動電路和控制電路設(shè)置在第一 PCB板或第二 PCB板上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點本專利技術(shù)智能功率裝置是在傳統(tǒng)IGBT模塊封裝的基礎(chǔ)上，將驅(qū)動電路、控制電路、 電流傳感器、及溫度傳感器全部集成一個IGBT模塊內(nèi)，該智能功率裝置的封裝工藝與傳統(tǒng) IGBT模塊的封裝工藝相兼容。從功能上看，本專利技術(shù)智能功率裝置就是一個變流器，而不再是 一個簡單的開關(guān)元件。本專利技術(shù)溫度傳感器和電流傳感器集成到功率半導(dǎo)體芯片上，從而可 以更加準確地檢測溫度和電流，提高系統(tǒng)的可靠性。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案，下面將對現(xiàn)有技術(shù)和實施例中所 需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實施 例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲 得其他的附圖。圖1為現(xiàn)有IGBT的等效電路圖；圖2為本專利技術(shù)智能功率裝置結(jié)構(gòu)圖；圖3為本專利技術(shù)功率半導(dǎo)體芯片單元結(jié)構(gòu)圖；圖4為本專利技術(shù)功率半導(dǎo)體芯片結(jié)構(gòu)圖；圖5為智能功率裝置電路原理圖；圖6為智能功率裝置剖視圖。具體實施例方式為使本專利技術(shù)的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實 施方式對本專利技術(shù)作進一步詳細的說明。本專利技術(shù)將電動汽車變流器功能集成到IGBT模塊內(nèi)，使IGBT模塊不僅可以實現(xiàn)開 關(guān)功能，還可以實現(xiàn)變流器的功能，成為智能功率裝置，從而減少對設(shè)備體積的占用，還可 有效提高可靠性。參見圖2，示出本專利技術(shù)智能功率裝置結(jié)構(gòu)，包括封裝成一體的功率半導(dǎo)體芯片21、 驅(qū)動電路22、控制電路23、溫度傳感器M和電流傳感器25。驅(qū)動電路22與功率半導(dǎo)體芯 片21的柵極、集電極和發(fā)射極相連，控制電路23與驅(qū)動電路22連接，以控制功率半導(dǎo)體芯 片21的開通與關(guān)斷，外部信號經(jīng)過控制電路23和驅(qū)動電路22輸入功率半導(dǎo)體芯片21 ；溫 度傳感器M放置在功率半導(dǎo)體芯片21處，其信號輸出端與控制電路23連接；電流傳感器 25的感應(yīng)端連接在功率半導(dǎo)體芯片21的三個臂橋的電流輸出端，電流傳感器25的信號輸 出端連接控制電路23。參見圖3和圖4，功率半導(dǎo)體芯片21包括多個IGBT芯片和FRD芯片，IGBT芯片與 FRD芯片反并聯(lián)連接，構(gòu)成IGBT單元，多個IGBT單元按一定規(guī)則連接，構(gòu)成功率半導(dǎo)體芯片 21。功率半導(dǎo)體芯片21通過若干數(shù)量的IGBT芯片及FRD芯片反并聯(lián)連接。即IGBT芯片的發(fā)射極與FRD芯片的陽極相連，IGBT芯片的集電極與FRD芯片的陰極相連，構(gòu)成8個開 關(guān)電路單元。圖4中，開關(guān)電路單元8只有FRD芯片而沒有IGBT芯片，8個開關(guān)單元兩兩串 聯(lián)，組成4個并聯(lián)的橋臂，每個橋臂的中間都有一個輸出端，分別為端口 A、B、C、D。工作時，溫度傳感器M檢測功率半導(dǎo)體芯片21的溫度，將溫度值發(fā)送到控制電路 23，控制電路23根據(jù)溫度值控制功率半導(dǎo)體芯片21的功率輸入，避免功率半導(dǎo)體芯片21 溫度過高，損壞功率半導(dǎo)體芯片21。電流傳感器25獲取檢測功率半導(dǎo)體芯片21的輸出電流，將輸出電流值發(fā)送到控 制電路23，控制電路23依據(jù)輸出電流值控制功率半導(dǎo)體芯片21的功率輸出，帶動負載運 行。本專利技術(shù)溫度傳感器M和電流傳感器25集成到功率半導(dǎo)體芯片上，從而可以更加 準確地檢測溫度和電流，提高系統(tǒng)的可靠性。圖5為智能功率裝置電路原理圖。Inl和為功率輸入端，接直流母線；A、B、C 為功率輸出端，接電機；D端接斬波電阻。la、lb、Ic和Ichop為用于檢測電流的取樣電阻， 起到電流傳感器的作用；T為用于檢測溫度的溫度傳感器M。圖6為智能功率裝置剖視圖。將功率半導(dǎo)體芯片21 (IGBT芯片和FRD芯片)按照 一定的比例通過焊料焊接在襯板51上，其中IGBT芯片與FRD芯片為反并聯(lián)連接，將溫度傳 感器M和電流傳感器25焊接在襯板上。將多個襯板21通過焊料焊接到基板52上，功率半導(dǎo)體芯片21的電極都將通過引 線53在襯板上進行互連；襯板51與襯板51的互連需要使用PCB (Printed Circuit Board) 板56來進行輔助，從而形成如圖6所示的電路結(jié)構(gòu)。而PCBl與襯板51之間使用輔助電極 54進行連接。智能功率裝置裝配塑料外殼55，對塑料外殼55內(nèi)灌注絕緣膠。智能功率裝置的頂 部為PCB板57，該PCB板57與PCB板56通過輔助電極進行連接，PCB板57集成了控制電 路22和驅(qū)動電路23。智能功率裝置被安裝到散熱器上，構(gòu)成了電動本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種智能功率裝置，其特征在于，包括封裝成一體的功率半導(dǎo)體芯片、驅(qū)動電路、控制電路和電流傳感器，功率半導(dǎo)體芯片為四個橋臂結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電路與功率半導(dǎo)體芯片的柵極、集電極和發(fā)射極相連，控制電路與驅(qū)動電路連接，以控制功率半導(dǎo)體芯片的開通與關(guān)斷；電流傳感器獲取檢測功率半導(dǎo)體芯片的輸出電流，將輸出電流值發(fā)送到控制電路，控制電路依據(jù)輸出電流值控制功率半導(dǎo)體芯片的功率輸出。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：丁榮軍，覃榮震，忻蘭苑，黃建偉，羅海輝，劉國友，
申請(專利權(quán))人：株洲南車時代電氣股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：43
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