CN110940069A - 智能功率模块及空调器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能功率模块及空调器，该智能功率模块包括：壳体；三相低压驱动功率模组、三相高压驱动功率模组及刹车电路模组，三相低压驱动功率模组、三相高压驱动功率模组及刹车电路模组设置在壳体内；三相低压驱动功率模组与三相高压驱动功率模组之间相互间隔设置，刹车电路模组与三相高压驱动功率模组之间相互间隔设置；三相高压驱动功率模组之间相互间隔设置。本发明降低了高压侧的电杂讯或脉冲从上桥功率器件和下桥功率器件回窜至低压侧的低压驱动模组的可能性。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种智能功率模块及空调器。
背景技术
智能功率模块内设置有高压驱动电路、低压驱动电路，以及上桥臂开关管和下桥臂开关管。开关管的栅极与驱动电路连接，开关管的集电极耦接至高电压，开关管的发射极耦接至负载。智能功率模块通常是将低压侧的驱动电路与高压侧的驱动电路集成于一个芯片中，上桥臂开关管和下桥臂开关管则以锡焊接合方式组装于同一个载体，例如基板上。然而，当高电压VH大于1200V时，这种组装方式不符合高压侧与低压侧之间的隔离要求。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种智能功率模块及空调器，旨在高压侧驱动和低压侧之间相互隔离。
为实现上述目的，本发明提一种智能功率模块，所述智能功率模块包括：
壳体；
三相低压驱动功率模组、三相高压驱动功率模组及刹车电路模组，三相低压驱动功率模组、三相高压驱动功率模组及刹车电路模组设置在所述壳体内；
三相所述低压驱动功率模组与三相所述高压驱动功率模组之间相互间隔设置；所述刹车电路模组与所述高压驱动功率模组之间相互间隔设置；三相所述高压驱动功率模组之间相互间隔设置。
可选地，所述智能功率模块还包括：
第一陶瓷覆铜基板及多个第二陶瓷覆铜基板，设置在所述壳体内；
三相所述低压驱动功率模组设置于所述第一陶瓷覆铜基板上；
每一所述第二陶瓷覆铜基板上设置有一相所述高压驱动功率模组。
可选地，所述刹车电路模组的部分元件设置于所述第一陶瓷覆铜基板上；
所述智能功率模块还包括第三陶瓷覆铜基板，所述刹车电路模组的部分元件设置于所述第三陶瓷覆铜基板上。
可选地，所述刹车电路模组包括刹车驱动芯片、第一开关管及第一二极管；所述第一开关管设置于所述第一陶瓷覆铜基板，所述刹车驱动芯片叠设于所述第一开关管上；
所述第一二极管设置于所述第三陶瓷覆铜基板上。
可选地，每一相所述低压驱动功率模组包括一个低压驱动芯片和一个低压功率管；
所述低压功率管设置于所述第一陶瓷覆铜基板上，所述低压驱动芯片叠设于所述低压功率管上。
可选地，每一所述低压功率管包括受控端焊垫，每一所述低压驱动芯片包括驱动端焊垫；
所述低压驱动芯片的驱动端焊垫与所述低压功率管的受控端焊垫通过金属绑线连接；
所述低压功率管与所述低压驱动芯片之间通过绝缘粘合剂固定连接。
可选地，每一相所述高压驱动功率模组包括一个高压驱动芯片和一个高压功率管；
所述高压功率管设置于所述第二陶瓷覆铜基板上，所述高压驱动芯片叠设于所述高压功率管上。
可选地，每一所述高压功率管包括受控端焊垫，每一所述高压驱动芯片包括驱动端焊垫；
所述高压驱动芯片的驱动端焊垫与所述高压功率管的受控端焊垫通过金属绑线连接；
所述高压功率管与所述低压驱动芯片之间通过绝缘粘合剂固定连接。
可选地，所述智能功率模块还包括绝缘介质，所述绝缘介质设置于所述三相低压驱动功率模组与三相所述高压驱动功率模组之间；
所述绝缘介质还设置于三相所述高压驱动功率模组之间。
本发明还提出一种空调器，包括如上所述的智能功率模块。
本发明智能功率模块通过设置壳体，并将三相低压驱动功率模组、三相高压驱动功率模组及刹车电路模组设置在所述壳体内；刹车电路模组与三相低压驱动功率模组以及三相高压驱动功率模组之间相互间隔设置，三相高压驱动功率模组之间相互间隔设置。本发明降低了高压侧的电杂讯或脉冲从上桥功率器件和下桥功率器件回窜至低压侧的低压驱动模组的可能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明智能功率模块一实施例的结构示意图；
图2为本发明智能功率模块一实施例的截面示意图；
图3为本发明智能功率模块一实施例的电路结构示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 10 | 壳体 | Q11～Q13 | 低压功率管 |
| 20 | 低压驱动功率模组 | U11～U13 | 低压驱动芯片 |
| 30 | 高压驱动功率模组 | Q21～Q23 | 高压功率管 |
| 40 | 刹车电路模组 | U21～U23 | 高压驱动芯片 |
| 50 | 第一陶瓷覆铜基板 | U31 | 刹车驱动芯片 |
| 60 | 第二陶瓷覆铜基板 | Q31 | 第一开关管 |
| 70 | 第三陶瓷覆铜基板 | D31 | 第一二极管 |
| 80 | 引脚 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种智能功率模块。
智能功率模块，即IPM(Intelligent Power Module)，是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动类产品。智能功率模块把功率开关器件和高压驱动电路集成在一起，并内藏有过电压、过电流和过热等故障检测电路。智能功率模块一方面接收MCU的控制信号，驱动后续电路工作，另一方面将系统的状态检测信号送回MCU。与传统分立方案相比，智能功率模块以其高集成度、高可靠性等优势赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速，冶金机械，电力牵引，伺服驱动，变频家电的一种理想电力电子器件。
智能功率模块内设置有高压驱动电路、低压驱动电路，以及上桥臂开关管和下桥臂开关管。开关管的栅极与驱动电路连接。开关管的集电极C耦接至高电压。开关管的发射极耦接至负载。依据低电压的控制信号Sc，驱动电路可以对应控制开关管的导通状态。当开关管导通时，高电压VH可以经由开关供电给负载(例如电机)。开关管需耐高电压以及耐大电流。一般而言，驱动电路的工作电压为低电压，而开关管的工作电压为高电压。在实际应用过程中，高压侧的电杂讯或脉冲会经由上桥臂开关管和下桥臂开关管之间的电流回路而从下桥臂开关管回窜至低压驱动电路。此电杂讯或脉冲可能会影响控制低压驱动电路的正常工作，甚至会烧毁驱动电路。再者，智能功率模块通常是将低压侧的驱动电路与高压侧的驱动电路集成于一个芯片中，上桥臂开关管和下桥臂开关管则以锡焊接合方式组装于同一个载体，例如基板上。然而，当高电压VH大于1200V时，则容易使低压侧电路与高压侧电路配置于同一个电路板而可能造成开关管生电性回冲现象，造成驱动芯片损坏。
为了解决上述问题，参照图1，在本发明一实施例中，该智能功率模块包括：
壳体10；
三相低压驱动功率模组20、三相高压驱动功率模组30及刹车电路模组40，三相低压驱动功率模组20、三相高压驱动功率模组30及刹车电路模组40设置在所述壳体10内；
三相所述低压驱动功率模组20与三相所述高压驱动功率模组30之间相互间隔设置；所述刹车电路模组40与三相所述高压驱动功率模组30之间相互间隔设置；三相所述高压驱动功率模组30之间相互间隔设置。
本实施例中，壳体10用于容置三相低压驱动功率模组20、三相高压驱动功率模组30及刹车电路模组40，智能功率模块中还可以集成有主控MCU，刹车电路模组40、三相低压驱动功率模组20和三相高压驱动功率模组30均基于主控MCU的控制。智能功率模块中还可以集成有电压保护电路、电流保护电路等，在实际应用时，电压保护电路可以通过设置在直流母线上的电压检测器件来检测直流母线电压，当电压检测电路检测母线电容的电压，主控MCU根据母线电容的电压生成刹车信号，并根据刹车信号控制刹车电路模组40工作，从而在过压时通过刹车控制进行保护，保证用于平滑滤波的母线电容上的电压在预设范围内波动，避免超过功率开关管的耐压值。刹车电路模组40与高压侧驱动功率模组30间隔设置，刹车电路模组40可以与三相低压驱动功率模组20设置于一个基板上，也可以将刹车电路模组40可以与三相低压驱动功率模组20分别设置于两个基板上而间隔设置。
智能功率模块可以包括上桥臂开关管、下桥臂开关管两个开关管组成的一路桥臂电路，在该实施例中三相桥臂电路可以包括六个功率开关管，六个功率开关管组成三相逆变电路，从而应用在逆变电源、变频器、制冷设备、冶金机械设备、电力牵引设备等电器设备中，特别是变频家用电器中。其中，三相上桥臂开关管为三相高压驱动，三相下桥臂开关管为三相低压驱动。
也可以包括上桥臂开关管、下桥臂开关管和横桥臂开关管(或者称为中桥臂开关管)四个开关管组成的一路桥臂电路，也即每一相三电平智能功率模块包括四个功率开关管。本实施例中，可以将单相三电平的四个驱动功率模组与封装壳体10、外壳封装成一个单相智能功率模块整体。也可以将十二个驱动功率模组集成于同一个封装壳体10内，并与外壳封装成一个三相桥臂电路的智能功率模块整体，具体可以根据实际应用的需求进行设置，此处不做限制。三电平智能功率模块可选为T型三电平智能功率模块。在该实施例中，每一相所述三电平智能功率模块包括上桥臂驱动功率模组、下桥臂驱动功率模组及中桥臂驱动功率模组，所述上桥臂驱动功率模组与所述下桥臂驱动功率模组串联设置；所述中桥臂驱动功率模组与所述上桥臂驱动功率模组和所述下桥臂驱动功率模组的公共端连接。也即中桥臂驱动功率模组中包括两个反并联设置的两个功率开关管和分别驱动两个功率开关管工作的驱动芯片。
三相所述低压驱动功率模组20与三相所述高压驱动功率模组30之间在壳体10内相互间隔设置，可以实现低压驱动功率模组20、三相所述高压驱动功率模组30之间的电气隔离，从而避免高压驱动对低压驱动因为压差过大而损坏低压驱动，影响低压驱动的正常工作，降低内部高压侧对低压侧的干扰影响。同时将三相高压驱动功率模组30分开设置，增大三相高压驱动模组的电气间距，还可以避免高压驱动功率模组30之间的相互干扰。三相所述高压驱动功率模组30之间，以及三相高压驱动功率模组30与三相低压驱动功率模组20之间相互间隔的距离可以根据高低压之间的隔离需求进行设置，智能功率模块驱动的负载电压越高，三相所述低压驱动功率模组20、三相所述高压驱动功率模组30之间的间距则设置得越大。通过将三相所述低压驱动功率模组20、三相所述高压驱动功率模组30之间相互间隔设置，可以增加高压侧驱动功率模组和低压侧驱动功率模组之间的物理距离，从而实现高压侧驱动功率模组和低压侧驱动功率模组之间相互隔离，以及高压侧驱动功率模组之间的相互隔离，以避免高压侧的信号对低压侧产生噪声干扰。
本发明智能功率模块通过设置壳体10，并将三相低压驱动功率模组20、三相高压驱动功率模组30及刹车电路模组40设置在所述壳体10内；刹车电路模组40与三相低压驱动功率模组20以及三相高压驱动功率模组30之间相互间隔设置，三相高压驱动功率模组30之间相互间隔设置。本发明降低了高压侧的电杂讯或脉冲从上桥功率器件和下桥功率器件回窜至低压侧的低压驱动模组的可能性。
参照图1和图2，在一实施例中，所述智能功率模块还包括：
第一陶瓷覆铜基板50及多个第二陶瓷覆铜基板60，设置在所述壳体10内；
三相所述低压驱动功率模组20设置于所述第一陶瓷覆铜基板50上；
每一所述第二陶瓷覆铜基板60上设置有一相所述高压驱动功率模组30。
本实施例中，覆铜陶瓷基板包括金属散热层、绝缘散热层及形成于所述绝缘散热层上的电路布线层113。所述陶瓷绝缘层夹设于所述电路布线层113与所述金属散热层之间。该绝缘层用于实现电路布线层113与金属散热层之间的电气隔离以及电磁屏蔽，以及对外部电磁干扰进行反射，从而避免外部电磁辐射干扰功率管芯片正常工作，降低周围环境中的电磁辐射对智能功率模块中的电子元件的干扰影响。该陶瓷绝缘层可选采用热塑性胶或者热固性胶等材料制成，以实现陶瓷覆铜基板与电路布线层113之间的固定连接且绝缘。陶瓷绝缘层可以采用环氧树脂、氧化铝、高导热填充材料一种或多种材质混合实现的高导热陶瓷绝缘层来实现。在制作陶瓷覆铜基板的过程中，可以在陶瓷覆铜基板上设置好陶瓷绝缘层后，将铜箔铺设在陶瓷绝缘层上，并按照预设的电路设计蚀刻所述铜箔，从而形成电路布线层113。
第一陶瓷覆铜基板50用于安装三相低压功率驱动模组，第二陶瓷覆铜基板60的数量为三个，每个第二陶瓷覆铜基板60设置有一个高压驱动功率模组30，如此设置即可实现各三相高压驱动功率模组30和三相低压功率驱动模组之间的隔离。
在一实施例中，所述刹车电路模组40的部分元件设置于所述第一陶瓷覆铜基板50上；
所述智能功率模块还包括第三陶瓷覆铜基板，所述刹车电路模组40的部分元件设置于所述第三陶瓷覆铜基板上。
本实施例中，刹车电路模组40既可以设置于第一陶瓷覆铜基板50上，也可以设置于第三陶瓷覆铜基板70上，或者刹车电路的部分元件设置于第一陶瓷覆铜基板50上，部分元件设置于第三陶瓷覆铜基板70。
参照图1和图3，在一实施例中，所述刹车电路模组40包括刹车驱动芯片U31、第一开关管Q31及第一二极管D31；所述第一开关管Q31设置于所述第一陶瓷覆铜基板50上，所述刹车驱动芯片U31叠设于所述第一开关管Q31上；
所述第一二极管D31设置于所述第三陶瓷覆铜基板70上。所述刹车驱动芯片U31与所述第一开关管Q31的受控端连接，所述第一开关管Q31的第一导电端与所述第一二极管D31的阳极的公共端为所述刹车电路模组40的输出端口，所述第一开关管Q31的第二导电端连接所述智能功率模块的母线电源地端口；所述第一二极管D31的阴极连接所述智能功率模块的母线电源端口。
其中，第一开关管Q31可以是IGTB、MOS管等开关管，第一开关管Q31为高电平导通开关管；刹车信号可为持续的或者间断式的高电平信号，当第一开关管Q31的控制端输入高电平时，开关管导通，当第一开关管Q31的控制端输入低电平时，第一开关管Q31关断。当然，刹车信号也可为持续的或者间断式的低电平信号，第一开关管Q31为低电平导通开关管，当第一开关管Q31的控制端输入低电平时，第一开关管Q31导通，当开关管的控制端输入高电平时，第一开关管Q31关断。第一二极管D31为续流二极管，用于在第一开关管Q31导通时，与第一二极管D31组成泄放回路，共同组成进行能耗制动，实现刹车。
参照图1和图3，在一实施例中，每一相所述低压驱动功率模组20包括一个低压驱动芯片U11和一个低压功率管Q11；
所述低压功率管Q11设置于所述第一陶瓷覆铜基板50上，所述低压驱动芯片U11叠设于所述低压功率管Q11上。
低压功率管Q11可以是氮化镓(GaN)功率开关管、Si基功率开关管或SiC基功率开关管，具体可选为IGBT管或者耐高压的MOSFET、HEMT等。其中，IGBT管可选为RC-IGBT(内部耦合反向二极管)，在采用RC-IGBT来实现时，由于无需二次反并联二极管，可以简化智能功率模块的结构，进而缩小智能功率模块的体积，并且可以减少元件的使用，使得元件的贴片、封装更加简便。在智能功率模块工作时，驱动芯片输出相应的PWM控制信号，以驱动控制功率开关管导通/截止，从而输出驱动电能，以驱动电机等负载工作。其中，IGBT管芯片可以根据实际应用集成FRD管或不集成FRD管，通过叠片组装方式把驱动芯片和IGBT管芯片组装成一个单元，单元可以通过塑封工艺和瓷覆铜基板封装成一个驱动功率模组，驱动功率模组再与其他功率模组一起封装成一个整体的智能功率模块，驱动功率模组之间通过间距设置的方式增加空间距离，从而实现高低压之间的隔离。
参照图1和图3，在一实施例中，每一相所述高压驱动功率模组30包括一个高压驱动芯片U21和一个高压功率管Q21；
所述高压功率管Q21设置于所述第二陶瓷覆铜基板60上，所述高压驱动芯片U21叠设于所述高压功率管Q21上。
高压功率管Q21可以是氮化镓(GaN)功率开关管、Si基功率开关管或SiC基功率开关管，具体可选为IGBT管或者耐高压的MOSFET、HEMT等。其中，IGBT管可选为RC-IGBT(内部耦合反向二极管)，在采用RC-IGBT来实现时，由于无需二次反并联二极管，可以简化智能功率模块的结构，进而缩小智能功率模块的体积，并且可以减少元件的使用，使得元件的贴片、封装更加简便。在智能功率模块工作时，驱动芯片输出相应的PWM控制信号，以驱动控制功率开关管导通/截止，从而输出驱动电能，以驱动电机等负载工作。其中，IGBT管芯片可以根据实际应用集成FRD管或不集成FRD管，通过叠片组装方式把驱动芯片和IGBT管芯片组装成一个单元，单元可以通过塑封工艺和瓷覆铜基板封装成一个驱动功率模组，驱动功率模组再与其他功率模组一起封装成一个整体的智能功率模块，驱动功率模组之间通过间距设置的方式增加空间距离，从而实现高低压之间的隔离。
参照图1和图3，在一实施例中，每一所述低压功率管Q11包括受控端焊垫，每一所述低压驱动芯片U11包括驱动端焊垫；
所述低压驱动芯片U11的驱动端焊垫与所述低压功率管Q11的受控端焊垫通过金属绑线连接；
所述低压功率管Q11与所述低压驱动芯片U11之间通过绝缘粘合剂固定连接。
在一实施例中，每一所述高压功率管Q21包括受控端焊垫，每一所述高压驱动芯片U21包括驱动端焊垫；
所述高压驱动芯片U21的驱动端焊垫与所述高压功率管Q21的受控端焊垫通过金属绑线连接；
所述高压功率管Q21与所述低压驱动芯片U11之间通过绝缘粘合剂固定连接。
本实施例中，每个功率开关管的受控端焊垫位于所述功率开关管背离所述陶瓷覆铜基板的一侧，所述驱动芯片的驱动端焊垫位于所述驱动芯片背离所述陶瓷覆铜基板的一侧，所述驱动芯片的驱动端焊垫与所述功率开关管的受控端焊垫通过金属绑线连接。
覆铜陶瓷基板包括散热基板111、铺设在散热基板111上的绝缘层112及形成于绝缘层112上的电路布线层113。本实施例中，安装载体30可选为单面布线板。所述绝缘层112夹设于所述电路布线层113与所述散热基板111之间。该绝缘层112用于实现电路布线层113与散热基板111之间的电气隔离以及电磁屏蔽，以及对外部电磁干扰进行反射，从而避免外部电磁辐射干扰功率管芯片10正常工作，降低周围环境中的电磁辐射对智能功率模块中的电子元件的干扰影响。
功率开关管的受控端、驱动芯片包括驱动端焊垫在内的所有焊垫均相对安装载体朝上设置，也即背离安装载体设置，驱动芯片的驱动端焊垫和功率开关管的受控端焊垫通过金属绑线和焊锡固定连接，其中金属绑线可以是银质、金质金属线，或者为铜线。功率开关管的输入端焊垫和输出端焊垫可以朝上设置，也可以朝下设置，本实施例可选为朝上设置功率开关管和驱动芯片的其他焊垫均通过金属绑线与陶瓷覆铜基板的电路布线层形成的安装位及焊盘连接。可以理解的是，上述驱动芯片和功率开关管可以采用裸晶圆来实现，也可以采用经过封装后的贴片元件来实现。引线框架还设置有引脚，功率开关管和驱动芯片的电源端、信号端、输入端等通过引线和引脚接入外部工作信号而工作，驱动芯片基于外部信号的控制，并根据接收到的控制信号产生对应的功率驱动信号，从而驱动智能功率模块中的功率开关管工作。
每一驱动芯片22叠设于一功率开关管23上，如此设置，使得功率开关管23与驱动芯片22形成堆叠结构而一体设置，可以缩短功率开关管23和驱动芯片22之间的空间距离。陶瓷覆铜基板上可以减少驱动芯片22的安装位的设置，从而增加各个驱动功率模组在陶瓷覆铜基板上的布局面积，可以进一步地增加高压侧与低压侧之间的爬电距离，进而增大高压侧和低压侧之间的安全距离，有利于防止高压侧与低压侧之间由于距离过小而产生干扰的问题。驱动芯片22堆叠于功率开关管23上，驱动芯片22与功率开关管23之间的电路走线较短，使得驱动芯片22能够更快更有效的监控功率开关管23的工作状态，例如是否发热严重，进而及时动作，以避免智能功率模块被损坏，提高系统的可靠性。缩短了功率开关管23与驱动芯片22之间焊线和引线的物理连接距离，减少了由焊线和引线引入的寄生电感。
将三个低压驱动芯片U11、三个低压功率开关管设置在一个基岛上，将三个高压功率开关管设置三个基岛上，再将各自的高压驱动芯片U21叠设在高压功率开关管上，这样可以将高压驱动芯片U21和高压功率管形成一个独立的单元，而低压驱动芯片U11和低压功率管形成一个独立的单元，可以满足高压与低压之间的隔离。同时相较于高压驱动芯片U21和低压驱动芯片U11之间；高压功率管和低压功率管之间；高压驱动芯片U21与低压功率管之间；高压驱动芯片U21与高压驱动芯片U21之间，以及高压功率管与高压功率管之间，都要进行隔离的隔离方案中，本实施例仅需将对各个驱动功率模组进行隔离，从而可以减少隔离的工序，并且有利于提高隔离效果。
参照图1和图3，在一实施例中，所述智能功率模块还包括第一直流电源VCC1，所述第一直流电源VCC1用于为三相所述低压驱动功率模组20的低压驱动芯片U11供电。
所述智能功率模块还包括多个第二直流电源VCC2，每一所述第二直流电源VCC2对为三相所述高压驱动功率模组30中的一个高压驱动芯片U21供电。
本实施例中，低压驱动功率模组20中的三个低压驱动芯片U11采用第一直流供电，低压驱动功率模组20中的三个低压驱动芯片U11各自采用一个独立的电源供电。如设置，可以对三相低压驱动功率模组20和三相高压驱动功率模组30之间的电源实现隔离，以及三相高压驱动功率模组30之间的电源实现隔离，以给各个驱动芯片提供稳定的电源，防止高压侧的电源对低压侧的电源产生干扰。
参照图1和图2，在一实施例中，所述智能功率模块还包括绝缘介质，所述绝缘介质设置于所述三相低压驱动功率模组20与三相所述高压驱动功率模组30之间；
所述绝缘介质还设置于三相所述高压驱动功率模组30之间，以形成封装壳体10。
本实施例中，封装壳体10可以采用环氧树脂、氧化铝、二氧化硅等材材料制成。在制作封装壳体10时，可以将环氧树脂、氧化铝、氮化硼或者氮化铝等材料进行混料，然后将混合好的封装材料进行加热；待冷却后，粉碎所述封装材料，再以锭粒成型工艺将封装壳体10材料进行轧制成形，以形成封装壳体10，再将驱动功率模组封装在封装壳体10内。智能功率模块可以采用全包封封装或者半包封封装的封装模式对驱动功率模组及陶瓷覆铜基板进行封装。
本发明将每一驱动芯片叠设于一功率开关管上，并通绝缘介质将驱动功率模组之间进行介质绝缘，并形成封装后的智能功率模块。如此设置，通过封装的绝缘隔离，可以有效地提高智能功率模块内部的抗干扰能力强，适用于高压驱动的电机驱动、变频器及各种逆变电源中，以实现变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动等功能，尤其适用于驱动空调、冰箱等压缩机和风机的电机工作。
参照图1和图2，在一实施例中，所述智能功率模块还包括外壳，所述外壳罩设于所述封装壳体10外。
本实施例中，外壳可选采用PPS材料、PBT材料等塑料形成的壳体10来实现。在对智能功率模块进行塑封时，将安装有驱动功率模组的陶瓷覆铜基板放置于外壳内，然后在外壳内中注入封装材料，以在成型后形成封装壳体10，将驱动功率模组和陶瓷覆铜基板封装在封装壳体10内。如此，可以实现对驱动芯片进行绝缘处理，以及提高智能功率模块的EMI性能。通过在外壳内填充塑封胶，可以将驱动功率模组、陶瓷覆铜基板等形成一个整体的智能功率模块，通过塑封胶的绝缘填充，可以实现驱动功率模组可实现高压侧驱动功率模组和低压侧驱动功率模组之间的隔离。
参照图2，在一实施例中，所述智能功率模块还包括引脚80，所述引脚80设置于所述陶瓷覆铜基板的电路布线层113上，且通过金属引线与各所述驱动芯片和功率管电连接。
本实施例中，对应的在电路布线层上，还设置有引脚80的引脚焊盘，引脚80对应焊接于该引脚焊盘上。引脚80可以采用鸥翼型引脚80或者直插型引脚80来实现，本实施例优选为直插型引脚80，引脚80焊接在电路布线层113对应的安装位上的引脚焊盘位置，并通过金属引线与功率开关管、驱动芯片实现电气连接。在另一实施例中，各个引脚80的一端固定于所述陶瓷覆铜基板上，引脚80的另一端朝远离所述铝基板的方向延伸，引脚80的延伸方向与所述陶瓷覆铜基板所在的平面平行。
本发明还提出一种空调器，包括如上所述的智能功率模块。本发明还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的智能功率模块。该智能功率模块的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本发明空调器中使用了上述智能功率模块，因此，本发明空调器的实施例包括上述智能功率模块全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块包括：
壳体；
三相低压驱动功率模组、三相高压驱动功率模组及刹车电路模组，三相所述低压驱动功率模组、三相所述高压驱动功率模组及所述刹车电路模组设置在所述壳体内；
三相所述低压驱动功率模组与三相所述高压驱动功率模组之间相互间隔设置；所述刹车电路模组与所述高压驱动功率模组之间相互间隔设置；三相所述高压驱动功率模组之间相互间隔设置。
2.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括：
第一陶瓷覆铜基板及多个第二陶瓷覆铜基板，设置在所述壳体内；
三相所述低压驱动功率模组设置于所述第一陶瓷覆铜基板上；
每一所述第二陶瓷覆铜基板上设置有一相所述高压驱动功率模组。
3.如权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述刹车电路模组的部分元件设置于所述第一陶瓷覆铜基板上；
所述智能功率模块还包括第三陶瓷覆铜基板，所述刹车电路模组的部分元件设置于所述第三陶瓷覆铜基板上。
4.如权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，所述刹车电路模组包括刹车驱动芯片、第一开关管及第一二极管；所述第一开关管设置于所述第一陶瓷覆铜基板，所述刹车驱动芯片叠设于所述第一开关管上；
所述第一二极管设置于所述第三陶瓷覆铜基板上。
5.如权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，每一相所述低压驱动功率模组包括一个低压驱动芯片和一个低压功率管；
所述低压功率管设置于所述第一陶瓷覆铜基板上，所述低压驱动芯片叠设于所述低压功率管上。
6.如权利要求5所述的智能功率模块，其特征在于，每一所述低压功率管包括受控端焊垫，每一所述低压驱动芯片包括驱动端焊垫；
所述低压驱动芯片的驱动端焊垫与所述低压功率管的受控端焊垫通过金属绑线连接；
所述低压功率管与所述低压驱动芯片之间通过绝缘粘合剂固定连接。
7.如权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，每一相所述高压驱动功率模组包括一个高压驱动芯片和一个高压功率管；
所述高压功率管设置于所述第二陶瓷覆铜基板上，所述高压驱动芯片叠设于所述高压功率管上。
8.如权利要求7所述的智能功率模块，其特征在于，每一所述高压功率管包括受控端焊垫，每一所述高压驱动芯片包括驱动端焊垫；
所述高压驱动芯片的驱动端焊垫与所述高压功率管的受控端焊垫通过金属绑线连接；
所述高压功率管与所述低压驱动芯片之间通过绝缘粘合剂固定连接。
9.如权利要求1至8任意一项所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括绝缘介质，所述绝缘介质设置于所述三相低压驱动功率模组与三相所述高压驱动功率模组之间；
所述绝缘介质还设置于三相所述高压驱动功率模组之间。
10.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的智能功率模块。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5516470A (en) * | 1978-07-21 | 1980-02-05 | Nec Corp | Semiconductor device |
| CN1563691A (zh) * | 2004-04-16 | 2005-01-12 | 清华大学 | 一种发动机用电磁阀驱动电路 |
| CN203933363U (zh) * | 2014-06-24 | 2014-11-05 | 广东美的集团芜湖制冷设备有限公司 | 三相桥式驱动式智能功率模块及空调器 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5516470A (en) * | 1978-07-21 | 1980-02-05 | Nec Corp | Semiconductor device |
| CN1563691A (zh) * | 2004-04-16 | 2005-01-12 | 清华大学 | 一种发动机用电磁阀驱动电路 |
| CN203933363U (zh) * | 2014-06-24 | 2014-11-05 | 广东美的集团芜湖制冷设备有限公司 | 三相桥式驱动式智能功率模块及空调器 |
| CN109980955A (zh) * | 2019-04-26 | 2019-07-05 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及空调器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112303707A (zh) * | 2020-10-15 | 2021-02-02 | 青岛海信日立空调系统有限公司 | 一种空调器和电压控制方法 |
| CN112303707B (zh) * | 2020-10-15 | 2023-12-12 | 青岛海信日立空调系统有限公司 | 一种空调器和电压控制方法 |
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