CN108391459A - 系统级封装以及电机驱动电路装置 - Google Patents

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Abstract

一种连接至逆变器输出电路而使用的系统级封装，具有：模拟电路芯片，其包括向端子电极输出控制逆变器输出电路的开关动作的栅极驱动信号的多个栅极驱动电路；以及计算机芯片，其具有存储电机控制程序的存储器。所述系统级封装能够切换第一模式和第二模式，在所述第一模式中，与逆变器输出电路中的高侧晶体管与高侧晶体管之间的连接节点的电位无关，将控制高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围设定为与控制低侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围相同的范围；在所述第二模式中，根据逆变器输出电路的连接节点的电位改变控制高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围。

Description

系统级封装以及电机驱动电路装置
技术领域
本申请涉及一种能够适当地用于电机驱动电路的系统级封装及具备该系统级封装的电机驱动电路装置。另外，本申请还涉及一种具备电机和电机驱动电路装置的电机模块。
背景技术
无刷DC电机以及交流同步电机等电机通过三相电流驱动。为准确控制三相电流的波形，采用矢量控制等复杂的控制技术。在这种控制技术中，需要进行高级的数学运算，且采用微控制器(Micro-Controller)等数字运算电路。矢量控制技术被运用于电机的负荷变动较大的用途，例如洗衣机、电动助力自行车、电动滑板车、电动动力转向、电动汽车、工业设备等领域。另一方面，在输出功率相对小的电机中，采用其他电机控制方式。
以往，配合于电机，通过适当组合微控制器、栅极驱动电路、运算放大器、DC-DC转换器等各种电路部件来制作电机的控制电路。
作为控制逆变器的外围电路，专利文献1公开了将栅极信号生成电路和栅极驱动电路集成于一个半导体集成电路芯片(一个半导体基板)上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-187435号公报
发明内容
发明要解决的课题
根据电机的种类和大小，有必要适当选定控制用微控制器、栅极驱动电路、运算放大器、DC-DC转换器等部件，并在逐个进行评价的基础上，将这些部件安装于一个电路板上。因此，随着电机的用途扩大，需要的电子部件的种类变多，存在电机驱动电路装置的开发和制造成本增加的课题。即使使用专利文献1所公开的半导体集成电路芯片，状况也无较大差异。
本公开中的系统级封装以及电机驱动电路装置的实施方式能够解决这样的课题。
用于解决课题的手段
本公开的示例性系统级封装连接至逆变器输出电路而使用，该逆变器输出电路包括：串联连接的高侧晶体管和低侧晶体管的多个组，且从各组中的所述高侧晶体管与所述低侧晶体管之间的连接节点生成多相电机驱动电压。该系统级封装在实施方式中具有：支持体，其具有多个端子电极；模拟电路芯片，其与所述多个端子电极中包括的第一端子电极群电连接，包括将控制所述高侧晶体管和所述低侧晶体管中的各个晶体管的开关动作的栅极驱动信号输出至所述第一端子电极群的某个端子电极的多个栅极驱动电路；以及计算机芯片，其与所述多个端子电极中包括的第二端子电极群和所述模拟电路芯片电连接，具有存储电机控制程序的存储器。所述系统级封装能够切换第一模式和第二模式，在所述第一模式中，与所述逆变器输出电路的所述连接节点的电位无关，将控制所述高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围设定为与控制所述低侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围相同的范围；在所述第二模式中，根据所述逆变器输出电路的所述连接节点的电位，改变控制所述高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围。
发明效果
根据本公开的系统级封装的实施方式，通过变更存储于存储器的程序，能够用一个系统级封装实现多种电机控制。另外，由于能够切换不同的两个模式而进行动作，因此，若有必要，也可以使根据电机的输出功率选择的耐压更高的其他栅极驱动电路，而不是模拟电路芯片所具有的栅极驱动电路连接至系统级封装与电机之间而进行动作。根据本公开，能够以一个系统级封装实现富有通用性的利用，因而实现量产规模的扩大引起的创造成本的降低。
附图说明
图1是示出以往的电机电路的一结构例的图。
图2是示出本公开中的系统级封装(SiP)的非限定性的示例性实施方式的结构例的图。是示出以往的电机电路的一结构例的图。
图3是示出逆变器输出电路300的结构例的图。
图4A是从斜侧观察本实施方式中的SiP100的上表面的立体图。
图4B是从斜侧观察本实施方式中的SiP100的下表面的立体图。
图5是示出本公开的实施方式中的SiP100的更具体的结构例的图。
图6是示出本公开的实施方式中的SiP100可以以直接驱动逆变器输出电路300的各功率晶体管的方式连接而使用的图。
图7是提取逆变器输出电路300中的U相输出部31、栅极驱动电路41而记载的图。
图8是记载图7的栅极驱动电路41的详情的电路图。
图9是示出高侧栅极电源45A和低侧栅极电源45B的结构例的等价电路图。
图10是示出高侧栅极电源45A和低侧栅极电源45B的另一结构例的等价电路图。
图11是为驱动逆变器输出电路300的栅极，采用与SiP100所内置的栅极驱动电路41、42、43不同的栅极驱动电路的例子的电机驱动电路装置400的图。
图12是示意性地示出本实施方式的SiP100连接至包括不同的逆变器输出电路的功率模块300A、300B中的任一个均能使用的事实的图。
图13是示出经由外置的栅极驱动电路将SiP100连接至未内置栅极驱动电路的功率模块300的例子的图。
具体实施方式
图1示出以往的电机电路的一结构例。为简单起见，在图1中省略电源、芯片电阻、芯片电容等电子部件的记载，示意性地记载主要的电子部件。以往，根据所使用的电机的种类和用途，需要从能够利用的大量电子部件中选择适宜的部件并设计电机电路。图1所例示的电子部件是控制微控制器20、电机驱动IC22、运算放大器24、DC-DC转换器26、霍尔IC等传感器28、功率晶体管单元30。典型地，功率晶体管单元30是实现逆变器输出电路的开关元件的桥接电路。构成桥接电路的开关元件例如是MOS型场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)。
近年，有采用将功率晶体管单元30和栅极驱动电路安装于一个壳体内的智能功率模块(Intelligent Power Module：IPM)的情况。
如此，即使所使用的电子部件多，或者为相同种类的电子部件，根据使用的电压和电流的大小以及其他特性，存在多种产品。将这些电子部件适当组合而构成的电机驱动电路装置接受包括旋转方向指令和速度指令的外部指令，并输出适合这些外部指令的电机驱动电压。这样的外部指令从更上位的主计算机等发出。
本公开中的系统级封装(以下，简记为“SiP”)是连接至驱动电机的逆变器输出电路而使用的半导体集成电路元件的封装部件。通常，所谓SiP是将多个半导体集成电路芯片搭载于一个封装内，并利用树脂(塑料)密封而得的电子部件。
本公开中的SiP具备具有存储电机控制程序的存储器的计算机芯片和模拟电路芯片，且这些芯片安装于同一封装内。在本说明书中，所谓计算机芯片，意指执行数字信号处理的半导体集成电路形成于半导体基板的单片电子元件。所谓模拟电路芯片，意指模拟电路形成于半导体基板的单片电子元件。本公开中的SiP内的模拟电路芯片生成直接或间接地驱动逆变器输出电路的开关元件(晶体管)的信号。根据该SiP，通过变更存储于计算机芯片的存储器内的程序和外部常数的设定，能够应对不同种类的多种电机的控制。从而，根据本公开的实施方式，能够减少作为整体而需要的电子部件的种类和开发工序数，且能够以较低的制造成本提供应对多种需求的各种电机驱动电路装置。
存储于存储器内的程序不限于矢量控制，可以是Open-loop(开环)、PWM(PulseWidth Modulation，脉宽调制)驱动、PLL(Phase Locked Loop，锁相环)速度控制、正弦波驱动、无传感器驱动、步进驱动等任意的电机控制程序。
将来，若控制软件进一步复杂化，仅凭计算机芯片内的存储器电路，存储器容量变得不足，则也可以准备在SiP内安装了存储器芯片的品种。
(实施方式)
下面，适当参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。但是，有时会省略不必要的详细说明。例如，有时会省略对已经熟知的事项的详细说明或实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗长，且易于本领域技术人员的理解。
图2是示出本公开中的系统级封装(SiP)的非限定性的示例性实施方式的结构例的图。图2中示意性地示出了与SiP100一同构成电机驱动电路装置400的逆变器输出电路(逆变器主电路)300和连接至电机驱动电路装置400的电机200。在本说明书中，将具备电机驱动电路装置和电机的系统整体称为电机模块。
图示的SiP100具备模拟电路芯片40和计算机芯片60。SiP100连接至驱动电机200的逆变器输出电路300而使用。如后所述，在SiP100与逆变器输出电路300之间，也可以连接有其他电路元件或电路。
本实施方式中的电机200具有三相交流电流流经的多个线圈。典型地，电机200是永磁型同步电机，但也可以是其他种类的电机。在本公开的实施方式中，对可以使用的电机200的种类、构造以及尺寸不作特殊限定。逆变器输出电路300具有根据电机200而选择的公知的结构即可。本公开的实施方式中的电机模块也可以具备未图示的其他电路要素。SiP100、逆变器输出电路300以及其他电路(未图示)例如连接至印刷电路板等基板而使用。
图3示出了逆变器输出电路300的结构例，该逆变器输出电路300具备三个输出部31、32、33，并输出由U相、V相以及W相构成的三相的电机驱动电压。逆变器输出电路300有时也被称为逆变器的主电路、功率器件部或桥接电路。更详细而言，U相的电机驱动电压从在输出部31串联连接的高侧晶体管HTU和低侧晶体管LTU的连接节点NU被输出。V相的电机驱动电压从在输出部32串联连接的高侧晶体管HTV和低侧晶体管LTV的连接节点NV被输出。W相的电机驱动电压从在输出部33串联连接的高侧晶体管HTW和低侧晶体管LTW的连接节点NW被输出。这些晶体管(三端子开关元件)均为高耐压的功率晶体管。图示的本实施方式中的功率晶体管为连接有回流二极管的MOSFET。回流二极管也可以是MOSFET所内置的寄生二极管。也可以取代MOSFET而采用IGBT。
向高侧晶体管HTU、HTV、HTW的各个漏极供给电源电压VS。另一方面，低侧晶体管LTU、LTV、LTW的源极接地。高侧晶体管HTU、HTV、HTW的源极分别经由节点NU、NV、NW连接至低侧晶体管LTU、LTV、LTW的漏极。在本说明书所公开的例子中，任一功率晶体管均由N型晶体管构成，但也可以组合N型晶体管和P型晶体管。
各功率晶体管的导通和非导通状态响应于控制逆变器输出电路300的开关动作的栅极驱动信号而变化。其结果是U、V、W的三相的电机驱动电压分别在不同的相位，在电源电压VS与接地电压(0伏)之间摆动。例如，在U相输出部，当高侧晶体管HTU导通，低侧晶体管LTU关断时，节点NU的电位近似地呈现电源电压VS的大小。当高侧晶体管HTU关断，低侧晶体管LTU导通时，节点NU的电位近似地呈现接地电平(0伏)的大小。在V相和W相的输出部也同理。通过向高侧晶体管HTU、HTV、HTW和低侧晶体管LTU、LTV、LTW的各栅极端子提供适当波形的栅极驱动信号，能够向电机200供给具有适当波形的三相的正弦波电流来控制电机200。
供给至逆变器输出电路300的电源电压VS被设定为电机驱动所需要的电流流经电机的电平。因此，电源电压VS的大小根据电机的种类和用途大不相同。构成逆变器输出电路300的晶体管的耐压根据该电源电压VS的大小而设定。例如，当高侧晶体管HTU导通，低侧晶体管LTU关断时，在低侧晶体管LTU的源极漏极之间施加有接近电源电压VS的大小的电压。因此，需要利用具有充分高于电源电压VS的耐压的功率晶体管构成逆变器输出电路300。若功率晶体管的耐压低，则功率晶体管的漏电流增大而导致电机驱动电压的波形变得异常或晶体管损坏。
为控制高侧晶体管HTU、HTV、HTW和低侧晶体管LTU、LTV、LTW的开关动作，使用栅极驱动电路。如后述，栅极驱动电路集成于SiP100内的模拟电路芯片40上。
再次参照图2。图2所示的例子中的计算机芯片60具有存储电机控制程序的存储器10和作为电信号，从外部接受电机控制程序的通信接口12。通信接口12也可以设置于计算机芯片60的外部。经由通信接口12，可以进行电机控制程序的重写。根据产品用途，可以向存储器10写入各种电机控制的软件程序。模拟电路芯片40生成直接或间接地驱动逆变器输出电路300所具有的晶体管的信号。至于模拟电路芯片40的结构例，将在后面描述。
SiP100具有搭载模拟电路芯片40和计算机芯片60的支持体120。支持体120的例子可以是陶瓷基板或金属衬底基板。支持体120具有多个端子电极110。模拟电路芯片40和计算机芯片60固定于支持体120，且在SiP100的内部连接至预定的端子电极110。通过SiP100内部的例如金属线等的相互连接线进行端子电极110与各芯片40、60之间的电连接和与模拟电路芯片40和计算机芯片60之间的电连接。在实施方式中，相互连接线和芯片40、60可以与支持体120一同通过塑料整体制模。图4A是从斜侧观察本实施方式中的SiP100的上表面的立体图，图4B是从斜侧观察本实施方式中的SiP100的下表面的立体图。
在本说明书中，为方便起见，将多个端子电极110中连接有模拟电路芯片40的端子称为“第一端子电极群110A”。同理，将多个端子电极110中连接有计算机芯片60的端子称为“第二端子电极群110B”(参照图2)。
封装和端子的结构不限于所图示的例子。例如，可以采用QFP(Quad FlatPackage，方形扁平封装)型、QFN(Quad Flat No-lead Package，方形扁平无引脚封装)型以及BGA(Ball Grid Array，球栅阵列封装)型等各种形式。
接下来，参照图5。图5是示出本公开的实施方式中的SiP100的更具体的结构例的图。在图5中，为简单起见，省略了SiP100内的配线(引线接合)的记载。
在图5所示的例子中，模拟电路芯片40包括栅极驱动电路41、42、43、栅极驱动控制逻辑电路44、高侧栅极电源45、电压调节器46、DC-DC转换器47、霍尔逻辑电路48等电路。模拟电路芯片40也可以包括未图示的AD转换器、DA转换器、比较器以及运算放大器等模拟电路。另外，模拟电路芯片40不仅包括模拟电路，也可以包括栅极驱动控制逻辑电路44等数字电路。通过将这些电路集成于一个芯片，能够缩小电机驱动电路装置的专有面积。另一方面，计算机芯片60例如可以是通用的控制微控制器(Micro-controller)。
在图5的例子中，虽然模拟电路芯片40和计算机芯片60并联地配置于支持体120上，但模拟电路芯片40和计算机芯片60也可以一方配置于另一方之上。通过采用堆叠型的多片结构，无需增加SiP100的专有面积，即可将安装的芯片的个数增至2个或2个以上。
在图5中，作为计算机芯片60，例示了具有中央运算处理单元(CPU)的通用性32位控制用微控制器。这种微控制器具有保护电路，该保护电路进行微控制器内部的温度、电压、电流检测，当检测到异常时，进行动作停止等。通过将具备这种保护电路的计算机芯片60和模拟电路芯片40搭载于同一封装内，还能够检测模拟电路芯片40的异常动作，且期待可靠性的提高。计算机芯片60基于来自外部的指令，例如进行矢量控制所需要的各种运算，生成电机控制所需要的信号并提供至模拟电路芯片40。
参照图6，对栅极驱动电路41、42、43的结构例进行说明。在图6所示例子的电机驱动电路装置400中，由SiP100直接驱动逆变器输出电路300中的功率晶体管。此时，模拟电路芯片40内的栅极驱动电路41、42、43分别根据栅极驱动控制逻辑电路44所输出的信号，生成并输出栅极驱动信号。3组栅极驱动电路41、42、43分别对应于逆变器输出电路300的U相、V相、W相的输出部31、32、33。
用于U相的栅极驱动电路41具有：栅极驱动器HGU，其输出提供至高侧晶体管HTU的栅极的栅极驱动信号；以及栅极驱动器LGU，其输出提供至低侧晶体管LTU的栅极的栅极驱动信号。用于V相的栅极驱动电路42具有：栅极驱动器HGV，其输出提供至高侧晶体管HTV的栅极的栅极驱动信号；以及栅极驱动器LGV，其输出提供至低侧晶体管LTV的栅极的栅极驱动信号。用于W相的栅极驱动电路43具有：栅极驱动器HGW，其输出提供至高侧晶体管HTW的栅极的栅极驱动信号；以及栅极驱动器LGW，其输出提供至低侧晶体管LTW的栅极的栅极驱动信号。以下，在本说明书中，有时称栅极驱动器HGU、HGV、HGW为“高侧栅极驱动器”，称栅极驱动器LGU、LGV、LGW为“低侧栅极驱动器”。
对于栅极驱动电路41、42、43的内部结构例，将在后面描述。栅极驱动电路41、42、43的输出基于从栅极驱动控制逻辑电路44提供至栅极驱动电路41、42、43的信号而变化。
再次参照图5。
高侧栅极电源45向栅极驱动电路41、42、43供给用于栅极驱动电路41、42、43分别在第一模式和第二模式下输出适当电平的栅极驱动信号所需要的电源电压。电压调节器46接受外部的电源，并生成例如12伏的电源电压。DC-DC转换器47将从电源电压VS获得的12伏的直流电压降至例如5伏或3.3伏。在本实施方式中，如此进行降压后的电压被供给至模拟电路芯片40内的以低电压进行动作的电路部分和计算机芯片60。霍尔逻辑电路48对使用运算放大器放大后的三个相(U、V、W)的波形进行合成并送至计算机芯片60。此外，栅极驱动控制逻辑电路44基于计算机芯片60所输出的控制信号进行动作，并控制栅极驱动电路41、42、43。
接下来，参照图7和图8，对栅极驱动信号的生成进行详细说明。
图7是提取并记载逆变器输出电路300中的U相的输出部31和栅极驱动电路41的图。图8是记载图7的栅极驱动电路41的详情的电路图。
如图8所示，图7的栅极驱动器HGU具备串联连接于高侧栅极电源45A与节点NU之间的两个晶体管。这两个晶体管具有图腾柱构造。另外，栅极驱动器LGU具备串联连接于低侧栅极电源45B与地之间的两个晶体管。它们也具有图腾柱构造。构成各图腾柱构造的两个晶体管也可以是导电类型不同的互补关系的晶体管。
典型地，逆变器输出电路300中的U相的输出部31的高侧晶体管HTU和低侧晶体管LTU为具有相同栅极阈值电压的功率晶体管。但是，低侧晶体管LTU的源极接地，而高侧晶体管HTU的源极连接至呈现电机驱动电压的节点NU。如前述，电机驱动电压在逆变器输出电路300的电源电压VS与接地电压之间上下摆动。因此，为了导通高侧晶体管HTU并维持该导通状态，需要使栅极驱动信号的电位以节点NU的电位为基准超过栅极阈值。因此，高侧栅极电源45A具有生成以节点NU的电位为基准充分高于节点NU的电位的电位的电路结构。
在一实施方式中，例如，低侧栅极电源45B可以向栅极驱动器LGU供给12伏的电位，高侧栅极电源45A可以向栅极驱动器HGU供给比节点NU的电位高12伏的电位。即，当节点NU的电位例如为50伏时，高侧栅极电源45A可以向栅极驱动器HGU供给比节点NU的电位高12伏的电位(62伏)。其结果是，从该例中的栅极驱动器HGU输出的栅极驱动信号在50伏(关断时)与62伏(关断时)之间转换。
图9是示出高侧栅极电源45A和低侧栅极电源45B的结构例的等价电路图。该例中的高侧栅极电源45A具有自举电容50和高耐压二极管51。自举电容50连接至图腾柱构造的晶体管的电源节点53与节点NU之间。高耐压二极管51连接至电压源52与电源节点53之间。这种结构称为所谓的“自举电路”。当输出部31的高侧晶体管HTU关断，低侧晶体管LTU导通时，即，当节点NU的电位处于接地电平时，电流从电压源52经由高耐压二极管51流向自举电容50。其结果是，电荷蓄积于自举电容50，且在自举电容50产生相当于电压源52的电压的电压。以节点NU的电位为基准，向电源节点53供给高出等同于自举电容50的电压的量的电位。
用于V相的栅极驱动器HGV、LGV和用于W相的栅极驱动器HGW、LGW也具备同样的结构。至于高侧栅极电源45A和低侧栅极电源45B，可以在U、V、W相中整体地共用一个电路，也可以对各个相独立准备一个电路。U、V、W相的各自的电机驱动电压，即节点NU、NV、NW的电位可以在相互不同的定时变动。本实施方式中的栅极驱动电路41、42、43分别连接有不同的高侧栅极电源45A，节点NU、NV、NW的电位被反馈至对应的高侧栅极电源45A。
此外，如同电容50，高耐压二极管51也可以是从外部连接至SiP100的端子的外置元件。本实施方式中的高耐压二极管51形成于模拟电路芯片40内。
接下来，参照图10。与图9的高侧栅极电源45A不同，图10所示的高侧栅极电源45C不具备自举电路。高侧栅极电源45C的电容55不是自举电容。电容55不连接至节点NU，而是接地。因此，连接至图腾柱构造的晶体管的电源节点53的电位始终保持在电压源52的电位(例如，12伏)。根据这种结构的高侧栅极电源45C，从用于高侧的栅极驱动器HGU输出的栅极驱动信号在与从用于低侧的栅极驱动器LGU输出的栅极驱动信号相同的电压范围内转换。即，即使在节点NU的电位例如为50伏时，高侧栅极电源45C依然可以与节点NU的电位无关地，向栅极驱动器HGU供给电压源52的电位(例如，12伏)。其结果是，从该例中的栅极驱动器HGU输出的栅极驱动信号在0伏(关断时)和例如12伏(导通时)之间转换。
在图10所示的例中，从SiP100输出的栅极驱动信号不原封不动地输入至输出部31的功率晶体管HTU、LTU的栅极。图10的输出部31所具有的功率晶体管HTU、LTU的栅极连接至另一栅极驱动电路(称为逆变器输出电路的“预驱动电路”)。这种栅极驱动电路(预驱动电路)构成为，作为通常的输入，接受例如0至5伏或0至3.3伏那样低的电压范围的信号。因此，虽然图10中未示出，但如后述，调整从SiP100内输出的信号的电压的电路可以连接至SiP100与上述预驱动电路之间。
如此，在输出具有不取决于连接节点NU、NV、NW的电位变化的电压的信号的模式(第一模式)中，高侧栅极电源45C作为连接至高侧栅极驱动器的第一电源发挥功能。另一方面，在输出具有以连接节点NU、NV、NW的电位变化为基准的电压的信号的模式(第二模式)中，图9所示的高侧栅极电源45A作为连接至高侧栅极驱动器的第二电源发挥功能。如参照图9和图10所说明的那样，这种模式的切换例如可以根据外置电容等元件的连接方式而适当变更。
图11是示出为了驱动逆变器输出电路300的栅极，采用与SiP100所内置的栅极驱动电路41、42、43不同的栅极驱动电路(预驱动电路)的电机驱动电路装置400的结构例(切换至第一模式而进行动作的结构)的图。在该例中，设置有降低从SiP100输出的栅极驱动信号的电压，并作为逆变器输出电路300的栅极驱动器的输入转换为适当的电平的电路(电压转换电路)500。该电压转换电路例如从SiP100接受12伏的栅极驱动信号，降压至5伏的栅极驱动信号(对预驱动电路的“控制信号”)并输入至逆变器输出电路300的栅极驱动电路(预驱动电路)。
在图11的电机驱动电路装置400中，逆变器输出电路300内的预驱动电路将SiP100所输出的信号作为控制信号来接受，并控制高侧晶体管HTU、HTV、HTW和低侧晶体管LTU、LTV、LTW的开关动作。逆变器输出电路300内的预驱动电路具有高于SiP100内的栅极驱动电路41、42、43的耐压，且可以适当地使用于输出功率较大的电机用的逆变器输出电路。在SiP100的栅极驱动电路41、42、43的耐压不充分的用途中，可以适当地采用图11所例示的结构。
图12是示意性地示出本实施方式的SiP100连接至包括不同的逆变器输出电路的功率模块300A、300B中的任一个均能使用的事实的图。功率模块300A不如同图6所示的逆变器输出电路300那样具有栅极驱动电路。与此相对，功率模块300B如同图11所示的逆变器输出电路300那样，内置栅极驱动电路(预驱动器)。功率模块300B可以适当地使用于输出功率大于使用功率模块300A的电机的电机。功率模块300A是MOSFET的模块。在功率模块300A中，三相的桥接电路可以实现于一个模块内，也可以组合三个半桥电路的模块。另外，也可以是6个功率晶体管安装于基板上且相互连接的电路。典型地，功率模块300B称为IPM，在一个模块内内置耐压高的栅极驱动电路。
本公开的实施方式中的SiP100根据连接至功率模块300A和功率模块300B中的哪一个，分别以不同的模式进行动作。即，SiP100具备能够切换第一模式和第二模式的构造。这种模式的切换也可以不通过外置电容等的连接方式来变更，而是例如通过在SiP100的内部(例如，模拟电路芯片40)设置切换第一模式和第二模式的开关电路来实现。第一模式是与逆变器输出电路300的连接节点的电位无关，将控制高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围设定为与控制低侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围相同的范围的模式。第二模式是根据逆变器输出电路300的连接节点的电位，改变控制高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围的模式。由此，还可以利用模拟电路芯片中包括的栅极驱动电路驱动逆变器输出电路300的功率晶体管，且可以不受模拟电路芯片中包括的栅极驱动电路的制约，根据电机输出功率，采用耐压更高的其他栅极驱动电路。
通常，在电机输出功率大的情况下，有时在SiP100内的栅极驱动电路中耐压不足。根据本公开的实施方式，由于能够使用耐压高的其他栅极驱动电路，因而发挥高的通用性。
此外，即使在采用未内置栅极驱动电路的功率模块300A的情况下，也可以利用SiP100内的栅极驱动电路以外的栅极驱动电路来驱动功率模块300B。图13是示出这种例子的图。
根据本公开的实施方式，一个SiP100既可以以图13所示的方式使用，也可以以图6所示的方式使用。在图13所示的方式中，控制高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围不取决于逆变器输出电路300的连接节点NU、NV、NW的电位。控制该方式中的高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围被设定为与控制低侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围相同的范围(第一模式)。另一方面，在图6所示的方式中，控制高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围根据逆变器输出电路300的连接节点NU、NV、NW的电位而变化(第二模式)。
如此，本公开的实施方式中的SiP100具备能够切换在不同的第一模式和第二模式下的动作的构造。更具体而言，如图9和图10所示，SiP100具备高侧栅极电源45，其能够根据是否连接外置的自举电容50来改变供给至用于高侧的栅极驱动器41、42、43的电压。
高侧栅极电源45不限于具有图9和图10所示的结构。高侧栅极电源45可以是电荷泵电路。电荷泵电路只要具有公知的结构即可，其具有振荡电路和开关电路，并且，典型地向外置的电容蓄积电荷。电荷泵电路是通过使向电容充电的电压和输入电压重叠来获得输出电压的电路。电荷泵电路也能够对连接节点NU、NV、NW的电位加上必要的电压并供给至图腾柱构造的晶体管。
如此，本公开的实施方式中的SiP能够切换第一模式和第二模式，在所述第一模式中，逆变器输出电路300中的控制高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围被设定为与控制低侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围相同的范围；在所述第二模式中，控制高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围根据逆变器输出电路300的连接节点NU、NV、NW的电位而变化。
在第一模式中，高侧栅极驱动器和低侧栅极驱动器可以连接至同一电源(第一电源)而进行动作。但是，在第二模式中，诸如自举电路或电荷泵电路的电路作为电源发挥功能，并向高侧栅极驱动器供给必要的电压。其结果是，第二模式中的高侧栅极驱动器能够接受将开关所需要的电压加至连接节点NU、NV、NW的电位而得的电位并进行动作。
这种模式的切换，无需变更SiP100内的电路结构即可实现。在前述的例子中，能够根据是否通过外置电容的连接实现自举电路来进行模式的切换。在电荷泵电路的至少一部分(例如，振荡电路和开关电路)集成于模拟电路芯片内的情况下，例如设置控制是否让振荡电路使能(有效)的端子即可。
如上所述，在本公开的实施方式中，在使用特殊用途(高耐压和高输出功率)的电机的情况下，即使外置的IPM变得必要，也能够通过调整SiP100中的栅极驱动电路的输出来实现与IPM的连接。
通过使用本公开的实施方式中的SiP，能够实现安装基板的小型化、电路结构的简化、设计的效率化。各种要求所引起的电机控制方法的不同，也能够通过变更程序来应对等。因此，可以期待性能提高和成本降低。另外，若是以往的结构，则需要通过基板图案的铜箔配线连接各电子部件，但根据本实施方式，不再需要那种配线。即，由于能够缩小到最小限度的配线，因而配线长度变短。由此，还可以期待耐噪音性能的提高。进一步地，通过可用作计算机芯片的高性能的微型计算机所本来具有的温度、电压、电流检测功能，可以提高可靠性。
根据本公开的SiP，实现制造成本，因此，也可以在以往从成本观点无法执行高级的矢量控制的电气设备中应用矢量控制来实现安静性的提高。例如，通过使烘干机等小型设备的电机顺畅地旋转，能够在进行动作时降低声音。
本公开的实施方式可以广泛利用于吸尘器、烘干机、吊扇、洗衣机、冰箱等具备各种电机的多种设备。
符号说明
20：控制微控制器，22：电机驱动IC，24：运算放大器，26：DC-DC转换器，28：霍尔IC等传感器，30：功率晶体管单元，31、32、33：逆变器输出电路的输出部，40：模拟电路芯片，41、42、43：栅极驱动电路，44：栅极驱动控制逻辑电路，45、45A、45C：高侧栅极电源，45B：低侧栅极电源，46：电压调节器，47：DC-DC转换器，48：霍尔逻辑电路，50：自举电容，51：高耐压二极管，52：电压源，53：电源节点，55：电容，60：计算机芯片，80：电流传感器，100：系统级封装(SiP)，110：端子电极，110A：第一端子电极群，110B：第二端子电极群，120：支持体，200：电机，300：逆变器输出电路，300A、300B：功率模块(逆变器输出电路内置)，400：电机驱动电路装置，500：电压转换电路，HTU、HTV、HTW：高侧晶体管，LTU、LTV、LTW：低侧晶体管，NU、NV、NW：高侧晶体管和低侧晶体管的连接节点，HGU、HGV、HGW：高侧栅极驱动器，LGU、LGV、LGW：低侧栅极驱动器。

Claims (8)

1.一种系统级封装，连接至逆变器输出电路而被使用，所述逆变器输出电路包括串联连接的高侧晶体管和低侧晶体管的多个组，且从各组中的所述高侧晶体管与所述低侧晶体管之间的连接节点生成多相的电机驱动电压，其中，所述系统级封装具有：
支持体，其具有多个端子电极；
模拟电路芯片，其与所述多个端子电极中包括的第一端子电极群电连接，包括将控制所述高侧晶体管和所述低侧晶体管中的各个晶体管的开关动作的栅极驱动信号输出至所述第一端子电极群的某个端子电极的多个栅极驱动电路；以及
计算机芯片，其与所述多个端子电极中包括的第二端子电极群以及所述模拟电路芯片电连接，具有存储电机控制程序的存储器，
所述系统级封装能够切换第一模式和第二模式，
在所述第一模式下，与所述逆变器输出电路的所述连接节点的电位无关，将控制所述高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围设定为与控制所述低侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围相同的范围；
在所述第二模式下，根据所述逆变器输出电路的所述连接节点的电位，改变控制所述高侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围。
2.根据权利要求1所述的系统级封装，其中，
所述系统级封装具备：
开关电路，其切换所述第一模式和所述第二模式。
3.根据权利要求2所述的系统级封装，其中，
所述模拟电路芯片中的所述多个栅极驱动电路包括：
高侧栅极驱动器，其连接至所述高侧晶体管的栅极；以及
低侧栅极驱动器，其连接至所述低侧晶体管的栅极，
所述模拟电路芯片具有：
第一电源，其在所述第一模式下连接至所述高侧栅极驱动器；以及
第二电源，其在所述第二模式下连接至所述高侧栅极驱动器，
通过所述开关电路从所述第一电源以及第二电源中选择的一方连接至所述高侧栅极驱动器。
4.根据权利要求3所述的系统级封装，其中，
所述第二电源包括电荷泵电路的至少一部分或自举电路的至少一部分。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的系统级封装，其中，
所述系统级封装具备：
通信电路，其连接至所述多个端子电极中的某一个，从外部接受电机控制程序，并将所述电机控制程序存储至所述存储器。
6.一种电机驱动电路装置，其中，具备：
逆变器输出电路，其包括串联连接的高侧晶体管和低侧晶体管的多个组，且从各组中的所述高侧晶体管与所述低侧晶体管之间的连接节点生成多相的电机驱动电压；以及
系统级封装，其输出控制所述高侧晶体管和所述低侧晶体管中的各个晶体管的开关动作的栅极驱动信号，
所述系统级封装为权利要求1至5中的任一项所述的系统级封装。
7.根据权利要求6所述的电机驱动电路装置，其中，
与所述逆变器输出电路的所述连接节点的电位无关，控制所述高侧晶体管的开关动作的所述栅极驱动信号的电位变化范围被设定为与控制所述低侧晶体管的开关动作的栅极驱动信号的电位变化范围相同的范围，
所述逆变器输出电路包括：预驱动电路，其响应于控制信号，生成控制所述高侧晶体管和所述低侧晶体管中的各个晶体管的开关动作的信号并输入至所述高侧晶体管和所述低侧晶体管中的各个晶体管，
所述电机驱动电路装置还具备：接受从所述系统级封装所具备的所述模拟电路芯片的所述栅极驱动电路输出的所述栅极驱动信号，降压并转换为所述控制信号，且输入至所述预驱动电路的电路。
8.一种电机模块，其中，具备：
权利要求6或7所述的电机驱动电路装置；以及
电机，其连接至所述电机驱动电路装置。
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