CN108962885A - 一种带检测与保护功能的半导体功率器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带检测与保护功能的半导体功率器件，包括半导体功率器件本体和集成IC，半导体功率器件本体和集成IC均为封装的芯片,半导体功率器件本体与所述集成IC集成在同一个模块上；所述检测电路的输入端连接半导体功率器件本体且其输出端连接至逻辑控制单元的采样信号输入端，逻辑控制单元的信号输出端通过驱动单元和半导体功率器件本体连接；所述保护电路连接至驱动单元。该半导体功率器件，采用双芯片集成的方式，将半导体功率器件本体和集合有检测与保护功能的IC芯片利用打线的方式集成在同一块板体上，其可以缩短半导体功率器件集成电路的加工流程、降低成本，且缩小集成电路的面积，提高集成电路的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体地说，它涉及一种带检测与保护功能的半导体功率器件。
背景技术
目前，在电力电子技术领域中，半导体功率器件本体，例如常见的MOSFET、IGBT、GTO等得到了广泛应用。然而，由于半导体材料的特性决定了半导体功率器件本体的耐电压、耐电流、耐温等性能受到限制。
所以半导体功率器件本体，一般需要为其配备外围的检测保护电路，在其工作的过程中需要对其电压、电流和温度进行检查，并在其出现过压、欠压、过流或是过温的情况下对其采取保护措施，以保证其工作的稳定性和可靠性、防止其受到损坏。
现有的半导体功率器件本体，都是通过功率集成即通过复杂的工艺技术将其及其外围的检测保护电路集成到集成电路里面，达到大功率的目的，这样的集成方式加工流程长、成本高，且排布不够紧凑导致整个集成电路面积很大，而且由于元器件之间的互相干扰使得寄生效应复杂，影响集成电路的稳定性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种带检测与保护功能的半导体功率器件，该带检测与保护功能的半导体功率器件可以缩短半导体功率器件集成电路的加工流程、降低成本，且缩小集成电路的面积，提高集成电路的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种带检测与保护功能的半导体功率器件，包括半导体功率器件本体和集成IC，所述半导体功率器件本体和集成IC均为封装的芯片,所述半导体功率器件本体与所述集成IC集成在同一个模块上；所述集成IC集成有检测电路、驱动单元、逻辑控制单元和保护电路；所述检测电路的输入端连接所述半导体功率器件本体且其输出端连接至逻辑控制单元的采样信号输入端，逻辑控制单元的信号输出端通过驱动单元和半导体功率器件本体连接；所述保护电路连接至驱动单元。
优选地，所述半导体功率器件本体与所述集成IC采用打线的方式连接。
优选地，所述检测电路包括温度检测电路、电压检测电路以及电流检测电路。
优选地，所述保护电路包括过温保护电路、过压保护电路、欠压保护电路以及过流保护电路。
优选地，所述半导体功率器件本体为场效应管和续流二极管；所述场效应管的漏极连接工作电源，所述场效应管的栅极和驱动单元的输出端连接，所述场效应管的源极为输出端，所述续流二极管的阳极连接场效应管的源极，所述续流二极管的阴极连接场效应管的漏极。
优选地，所述集成IC还包括连接在所述半导体功率器件本体与工作电源之间的反向保护电路。
优选地，所述和集成IC还包括振荡电路和双频信号发生电路；所述双频信号发生电路通过振荡电路和逻辑控制单元连接。
优选地，还包括电容充电单元和外接电容；所述外接电容通过电容充电单元和工作电源连接。
优选地，所述的带检测与保护功能的半导体功率器件为贴片式。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明的带检测与保护功能的半导体功率器件，采用双芯片集成的方式，将半导体功率器件本体和集合有检测与保护功能的IC芯片利用打线的方式集成在同一块板体上。由于检测与保护电路是全部集成并封装在在IC芯片里面的，且半导体功率器件本体也被封装成芯片，因此将两块芯片的脚位对应连接在一起即可，相比于传统的半导体功率器件本体与外围检测保护电路所采用的印刷、贴片式集成方式，该贴片式模块可以大幅缩短半导体功率器件本体集成电路的加工流程、降低成本，且缩小集成电路的面积，另外由于元器件是封装在芯片里面的，杜绝了检测保护电路中的元器件与半导体功率器件本体的相互干扰，提高集成电路的稳定性。
附图说明
图1为带检测与保护功能的半导体功率器件的结构示意图；
图2为带检测与保护功能的半导体功率器件的原理框图。
具体实施方式
参照图1-2，一种带检测与保护功能的半导体功率器件，包括半导体功率器件本体和集成IC，所述半导体功率器件本体和集成IC均为封装的芯片,所述半导体功率器件本体与所述集成IC集成在同一个模块上；所述集成IC集成有检测电路、驱动单元、逻辑控制单元和保护电路；所述检测电路的输入端连接所述半导体功率器件本体且其输出端连接至逻辑控制单元的采样信号输入端，逻辑控制单元的信号输出端通过驱动单元和半导体功率器件本体连接；所述保护电路连接至驱动单元。
本实施例中，半导体功率器件本体为场效应管（MOSFET芯片）和续流二极管。所述场效应管的漏极连接工作电源VCC，所述场效应管的栅极和驱动单元的输出端连接，所述场效应管的源极为输出端OUT，所述续流二极管的阳极连接场效应管的源极，所述续流二极管的阴极连接场效应管的漏极。
本实施例，检测电路包括温度检测电路、电压检测电路和电流检测电路，其中温度检测电路包含与MOSFET芯片接触的热敏电阻，温度检测电路的输出端连接逻辑控制单元的采样信号输入端，其输出的温度数据用于供逻辑控制单元产生MOSFET过温的逻辑信号；电压检测电路的输入端连接驱动单元中的正电源VCC、负电源VEE（图中未示出），电压检测电路的输出端连接逻辑控制单元的采样信号输入端，其采集的正负电压数据用于供逻辑控制单元产生MOSFET栅极过欠压的逻辑信号；电流检测电路的输入端连接MOSFET芯片的漏极和源极，用于采集漏极电流和源极电流，电流检测电路的输出端连接逻辑控制单元的采样信号输入端，其采集的漏极电流数据和源极电流数据用于供逻辑控制单元产生MOSFET过流的逻辑信号。
本实施例，保护电路包括与驱动单元连接的过温保护电路、过压保护电路、欠压保护电路以及过流保护电路。
过温保护电路为比较器，当逻辑控制单元根据温度检测电路检测的温度数据的判断出MOSFET芯片温度过高时，逻辑控制单元向驱动单元发送一过温保护信号，驱动单元接收到该过温保护信号后过温保护电路开始工作 ，其向驱动单元发出一个电平信号，使驱动单元关断MOSFET芯片，防止其温度继续升高。
过压保护电路和欠压保护电路均采用的是稳压电路。当逻辑控制单元根据电压检测电路检测的正负电压数据的判断出MOSFET芯片的工作电源VCC发生波动时，逻辑控制单元向驱动单元发送一过压保护电信号或者欠压保护信号，驱动单元接收到过压保护电信号或者欠压保护信号后，对应的过压保护电路或者欠压保护电路开始工作 ，使加在MOSFET上的工作电源VCC稳定在正常的区间，保证MOSFET的正常工作。
过流保护电路采用的是限流器。当逻辑控制单元根据电流检测电路检测的漏极电流数据和源极电流数据的判断出MOSFET芯片的漏极电流和/或源极电流过大时，逻辑控制单元向驱动单元发送一过流保护信号，驱动单元接收到该过流保护信号后过流保护电路的限流器开始工作，起到限制电流的作用，防止MOSFET被烧毁。
在本实施例，所述和集成IC还包括振荡电路和双频信号发生电路；所述双频信号发生电路通过振荡电路和逻辑控制单元连接。振荡电路和双频信号发生电路用于产生逻辑控制单元的运行时钟。
在本实施例，还包括电容充电单元和外接电容CEXT；所述外接电容CEXT通过电容充电单元和工作电源VCC连接。
另外，集成IC还包括连接在半导体功率器件本体与其工作电源VCC之间的反向保护电路。在MOSFET出现电源反接的情况时，会给MOSFET造成损坏，所以，就需要给电路中加入反向保护电路，达到即使接反电源，也不会损坏的目的。
在本实施例，所述的带检测与保护功能的半导体功率器件为贴片式。使用方便，应用范围广。
该带检测与保护功能的半导体功率器件，采用双芯片集成的方式，将半导体功率器件本体和集合有检测与保护功能的IC芯片利用打线的方式集成在同一块板体上。由于检测与保护电路是全部集成并封装在在IC芯片里面的，且半导体功率器件本体也被封装成芯片，因此将两块芯片的脚位对应连接在一起即可，相比于传统的半导体功率器件本体与外围检测保护电路所采用的印刷、贴片式集成方式，该贴片式模块可以大幅缩短半导体功率器件本体集成电路的加工流程、降低成本，且缩小集成电路的面积，另外由于元器件是封装在芯片里面的，杜绝了检测保护电路中的元器件与半导体功率器件本体的相互干扰，提高集成电路的稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种带检测与保护功能的半导体功率器件，其特征是：包括半导体功率器件本体和集成IC，所述半导体功率器件本体和集成IC均为封装的芯片,所述半导体功率器件本体与所述集成IC集成在同一个模块上；
所述集成IC集成有检测电路、驱动单元、逻辑控制单元和保护电路；所述检测电路的输入端连接所述半导体功率器件本体且其输出端连接至逻辑控制单元的采样信号输入端，逻辑控制单元的信号输出端通过驱动单元和半导体功率器件本体连接；所述保护电路连接至驱动单元。
2.根据权利要求1所述的带检测与保护功能的半导体功率器件，其特征是：所述半导体功率器件本体与所述集成IC采用打线的方式连接。
3.根据权利要求2所述的带检测与保护功能的半导体功率器件，其特征是：所述检测电路包括温度检测电路、电压检测电路以及电流检测电路。
4.根据权利要求3所述的带检测与保护功能的半导体功率器件，其特征是：所述保护电路包括过温保护电路、过压保护电路、欠压保护电路以及过流保护电路。
5.根据权利要求4所述的带检测与保护功能的半导体功率器件，其特征是：所述半导体功率器件本体为场效应管和续流二极管；
所述场效应管的漏极连接工作电源，所述场效应管的栅极和驱动单元的输出端连接，所述场效应管的源极为输出端，所述续流二极管的阳极连接场效应管的源极，所述续流二极管的阴极连接场效应管的漏极。
6.根据权利要求5所述的带检测与保护功能的半导体功率器件，其特征是：所述集成IC还包括连接在所述半导体功率器件本体与工作电源之间的反向保护电路。
7.根据权利要求6所述的带检测与保护功能的半导体功率器件，其特征是：所述和集成IC还包括振荡电路和双频信号发生电路；
所述双频信号发生电路通过振荡电路和逻辑控制单元连接。
8.根据权利要求5所述的带检测与保护功能的半导体功率器件，其特征是：还包括电容充电单元和外接电容；
所述外接电容通过电容充电单元和工作电源连接。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的带检测与保护功能的半导体功率器件，其特征是：所述的带检测与保护功能的半导体功率器件为贴片式。
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