CN112151521B - 一种功率模块及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子器件技术领域，具体涉及一种功率模块及电子设备，功率模块通过集成用于存储电子设备的通用程序及参数设置程序的EEPROM芯片和用于存储固化的算法程序的MCU芯片，固化的算法程序不能通过EEPROM芯片被读写，且MCU芯片与EEPROM芯片电连接以读写通用程序和参数设置程序，以使用户通过对EEPROM芯片内的通用程序及参数设置时MCU芯片中存储的算法程序不会被泄露，使功率模块在满足实际需求的同时确保了MCU芯片中算法程序的安全性，进而有效提高了功率模块的安全性能。

Description

一种功率模块及电子设备

技术领域

本发明涉及电子器件技术领域，特别地涉及一种功率模块及电子设备。

背景技术

随着半导体器件技术的发展，功率模块的应用范围也越来越广，功率模块(Intelligent Power Module，IPM)是一种将集成电路技术和电力电子技术集成在一 起的模块，且由于其具有高集成度、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，是变频调速设备、冶金机械、电力牵 引设备、伺服驱动设备以及变频家电的理想电力电子器件。随着功率模块的集成 度越来越高，外围电路也越来越简单。

发明人经研究发现，现有的功率模块中的微控制单元芯片(MicrocontrollerUnit；MCU)在应用过程中通常会被读写，容易造成其应用在电子设备中时关键 算法程序被泄露的情况，因此，现有的功率模块存在安全性能差的问题。

发明内容

本发明提供一种功率模块及电子设备，功率模块通过集成用于存储电子设备 的通用程序及参数设置程序的EEPROM芯片以及用于存储固化的算法程序的 MCU芯片，且MCU芯片中的算法程序不能通过EEPROM芯片被读写，使得功 率模块及电子设备的安全性能更佳。

本发明的提供的功率模块，该功率模块集成有：

用于存储电子设备的通用程序及参数设置程序的EEPROM芯片；以及

用于存储固化的算法程序的MCU芯片，其中，所述固化的算法程序不能通 过所述EEPROM芯片被读写；

所述MCU芯片与所述EEPROM芯片电连接以读写所述通用程序和参数设置 程序。

可选的，在上述功率模块中，所述功率模块还包括HVIC芯片和IGBT芯片， 所述HVIC芯片与所述MCU芯片电连接，所述IGBT芯片与所述HVIC芯片电 连接。

可选的，在上述功率模块中，所述功率模块还包括FRD芯片，所述FRD芯 片与所述HVIC芯片电连接。

可选的，在上述功率模块中，所述功率模块还包括基板，所述EEPROM芯 片、HVIC芯片以及MCU芯片分别设置于所述基板。

可选的，在上述功率模块中，所述基板为表面敷铜的DBC基板，所述 EEPROM芯片和HVIC芯片与所述MCU芯片之间通过所述DBC基板表面的铜 连接。

可选的，在上述功率模块中，所述功率模块还包括安装框架，所述FRD芯片 和所述IGBT芯片分别安装于所述安装框架。

可选的，在上述功率模块中，所述安装框架为铜框架，所述FRD芯片和所述 IGBT芯片分别焊接于所述铜框架，且所述FRD芯片和所述IGBT芯片之间通过 导线键合连接。

可选的，在上述功率模块中，所述EEPROM芯片、MCU芯片、HVIC芯片、 IGBT芯片以及FRD芯片通过绝缘材料封装于一体。

可选的，在上述功率模块中，所述功率模块还包括滤波电路，所述滤波电路 连接于所述MCU芯片与所述HVIC芯片之间。

本发明还提供一种电子设备，上述任意一项所述的功率模块。

可选的，在上述电子设备中，所述电子设备还包括电机，所述电机与所述功 率模块电连接。

可选的，在上述电子设备中，所述电子设备为冰箱或空调器。

本发明提供的功率模块及电子设备，与现有技术相比，至少具备有以下有益 效果：

本发明提供的功率模块及电子设备，通过集成存储电子设备的通用程序及参 数设置程序的EEPROM芯片以及存储固化的算法程序的MCU芯片，且所述固化 的算法程序不能通过所述EEPROM芯片被读写，因此，用户可以通过对EEPROM 芯片内的通用程序及参数设置时MCU芯片中存储的算法程序不能被泄露，以在 所述MCU芯片与所述EEPROM芯片电连接以读写所述通用程序和参数设置程序 时，使功率模块满足实际需求的同时确保了MCU芯片中算法程序的安全性，进 而有效提高了所述功率模块的安全性能。

本发明提供的电路系统，由于包括上述的功率模块，因此也具备有上述的有 益效果。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。

图1为本发明实施例提供的一种功率模块的应用框图。

图2为本发明实施例提供的一种功率模块的结构框图。

图3为本发明实施例提供的一种功率模块的电路原理图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

附图标记：

10-电子设备；100-功率模块；110-EEPROM芯片；120-MCU芯片；130-HVIC 芯片；140-IGBT芯片；150-FRD芯片；160-基板；170-安装框架；180-滤波电路； D-自举二极管；C-电容；R-电阻；200-电机。

具体实施方式

智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)是一种将集成电路技术和电力电子技术集成在一起的一种功率模块。现有的智能功率模块一般有以下两类：第 一类就是集成HVIC、IGBT、FRD器件的智能功率模块；第二类就是集成MCU、 HVIC、IGBT、FRD器件的智能功率模块。发明人经研究发现，上述两种智能功 率模块均未集成有EEPROM芯片，因此，在同时应用上述的智能功率模块和 EEPROM芯片时，存在智能功率模块与EEPROM芯片连接时外围电路复杂，且 MCU芯片中的关键算法程序会被读取和访问，进而使得智能功率模块存在安全 性差的问题，因此，提供一种能够避免外围电路结构复杂且安全性高的智能功率模块是亟待解决的技术问题。

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何 应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据 以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结 合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

请结合参阅图1和图2，本发明提供一种功率模块100，所述功率模块100 可以应用于变频调速设备、冶金机械、电力牵引设备、伺服驱动设备以及变频家 电等电子设备10中。

在本实施例中，所述功率模块100具体可以包括EEPROM芯片110和MCU 芯片120，所述EEPROM芯片110与所述MCU芯片120电连接。

其中，所述EEPROM芯片110(Electrically Erasable Programmable read onlymemory)是指带电可擦可编程只读存储器芯片，例如，可以在电脑上或专用设备 上擦除已有信息并重新编程。

在本实施例中，所述EEPROM芯片110用于存储电子设备10的通用程序及 参数设置程序，并能够基于用户在电脑或专用设备上的操作对所述通用程序及参 数设置程序进行修改，以满足所述功率模块100应用在所述电子设备10上的实 际需求。因此，所述EEPROM芯片110的通用性强。

所述MCU芯片120具体可以是微控制芯片单元(Microcontroller Unit； MCU)，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是把中央 处理器(CentralProcess Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、 计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD 驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。

所述MCU芯片120用于存储固化的算法程序，可以理解，所述固化的算法 程序不能通过所述EEPROM芯片110被读写，即，所述MCU芯片120具有专门 的程序读取接口，不能被所述EEPROM芯片110读取，当所述MCU芯片120与 所述EEPROM芯片110电连接时，所述MCU芯片120可以读取所述EEPROM 芯片110中的通用程序和参数设置程序。

所述功率模块100通过集成所述EEPROM芯片110以及所述MCU芯片120， 以使所述功率模块100具有更高的集成度，进一步地，由于所述MCU芯片120 可以对EEPROM芯片110进行程序读写，从而便于用户通过修改通用程序和参 数以调节电子设备10的系统功能，通过将一些重要的算法程序固化于所述MCU 芯片120，可以避免所述电子设备10中的关键的算法程序被泄露。因此，在所述 MCU芯片120与所述EEPROM芯片110电连接以读写所述通用程序和参数设置 程序时，使所述功率模块100满足实际需求的同时能够确保MCU芯片120中算法程序的安全性，进而有效提高了所述功率模块100的安全性能。

此外，通过集成所述EEPROM芯片110还可以避免将现有的功率模块应用 于电子设备10时，需要另外设置其他的存储设备由于需要较长的走线因而需要 另外增设滤波和放大等电路造成的外围电路设计复杂的问题。

进一步地，在本实施例中，所述功率模块100还可以包括HVIC芯片130、 IGBT芯片140以及FRD芯片150，所述EEPROM芯片110和HVIC芯片130分 别与所述MCU芯片120电连接，所述IGBT芯片140与HVIC芯片130电连接， 所述FRD芯片150与所述IGBT芯片140电连接。

其中，所述HVIC芯片130为高压集成电路芯片，该高压集成电路芯片包括 多种保护电路、低压控制电路、高压功率器件等功能的栅极驱动电路。所述HVIC 芯片130可以用于将电力电子与半导体技术结合，以提高整机的集成度。具体的， 所述HVIC芯片130可以应用于电机200驱动、DC-DC转换器、DC-AC逆变器、 D类功率放大器等多种不同应用领域，具有过压保护、欠压保护、直通防止及死 区保护等功能。

具体的，在本实施中，所述功率模块100还包括多个自举二极管D，各所述 自举二极管D连接于所述HVIC芯片130的不同引脚之间，例如，各所述自举二 极管D的阳极与HVIC芯片130的一个引脚连接、阴极分别与HVIC芯片130的 其他引脚连接，且每个阴极分别对应连接所述HVIC芯片130的一个引脚。通过 设置所述自举二极管D，以利用其单向导电性完成对电位叠加自举，即，使所述 HVIC芯片130的不同引脚之间的电位不同。

在本实施例中，所述功率模块100还包括滤波电路180，所述滤波电路180 连接于所述MCU芯片120与所述HVIC芯片130之间。

具体的，所述MCU芯片120包括多个与所述HVIC芯片130连接的引脚， 且该MCU芯片120的多个引脚中的每个引脚分别通过一个所述滤波电路180与 该HVIC芯片130中的一个引脚对应连接。

具体的，在本实施例中，每个所述滤波电路180包括一个电容C和一个电阻R，所述电阻R的第一端与所述MCU芯片120的一个引脚连接、第二端与所述 HVIC芯片130的一个引脚连接，所述电容C的第一端连接于所述电阻R的第二 端与所述HVIC芯片130的一个引脚之间，另一端接地。

所述IGBT芯片140为绝缘栅双极型晶体管，其由双极型三极管和绝缘栅型 场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入 阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

所述FRD芯片150为快速恢复二极管芯片，需要说明的是FRD芯片150广 泛应用于功率电子中，用于与IGBT芯片反并联，并为负载中的无功电流提供回 路，同时抑制负载电流的瞬时反向引起的高感应电压，且通常情况下，所述FRD 具有开关速度快、静态和动态损耗低、反向恢复时间短和较好的软恢复特性等特 点。

将所述EPRROM芯片、MCU芯片120、HVIC芯片130、IGBT芯片140以 及FRD芯片150集成得到所述功率模块100的方式可以是，将上述各芯片分别安 装与一载体并进行封装得到所述功率模块100，也可以是根据上述各芯片的功率 大小进行区分为至少两组芯片，并将各组芯片分别安装于不同的载体，且每个载 体分别安装一组芯片，并对安装芯片后的至少两个载体进行封装得到所述功率模 块100，上述对芯片的安装封装仅为示意性的，可以理解，上述的安装封装得到 所述功率模块100的方式还可以有多种，在此不作具体限定，根据实际需求进行 设置即可。

可选的，在本实施例中，所述功率模块100还包括基板160，所述EEPROM 芯片110、HVIC芯片130以及MCU芯片120分别设置于所述基板160。

可以理解，所述基板160可以是PCB基板，也可以是表面敷铜的DBC基板， 在本实施例中，所述基板160为表面敷铜的DBC基板，所述EEPROM芯片110 和HVIC芯片130与所述MCU芯片120之间通过所述DBC基板表面的铜连接。

需要说明的是，所述MCU芯片120、EEPROM芯片110、HVIC芯片130以 及自举二极管D之间的电路连接方式可以是通过对DBC表面的敷铜进行腐蚀以 及打线完成连接。

在本实施例中，所述功率模块100还包括安装框架170，所述FRD芯片150 和所述IGBT芯片140分别安装于所述安装框架170。

需要说明的是，所述EEPROM芯片110、HVIC芯片130以及MCU芯片120 为功率较小的芯片，在使用过程中，产生的热量交底。所述FRD芯片150和所述 IGBT芯片140为功率较大的芯片，在使用过程中，产生的热量较高，通过将所 述EEPROM芯片110、HVIC芯片130以及MCU芯片120安装于基板，以及将 所述FRD芯片150和所述IGBT芯片140安装于所述安装框架，以使所述EEPROM 芯片110、HVIC芯片130以及MCU芯片120与所述FRD芯片150和所述IGBT 芯片140相互分离，进而可以有效避免所述FRD芯片150和所述IGBT芯片140 产生的热量过高，对所述EEPROM芯片110、HVIC芯片130以及MCU芯片120 的性能造成影响。

其中，所述安装框架170可以为具有导热性能较佳材料制成的框架，通过将 所述FRD芯片150和所述IGBT芯片140安装于所述安装框架170可以实现快速 散热，以进一步避免在所述功率模块100在使用过程中由于所述FRD芯片150 和所述IGBT芯片140产生的热量过高，影响其他芯片(EEPROM芯片110、MCU 芯片120以及HVIC芯片130)的工作性能。

上述的具有导热性能的材料制成的框架可以是铝框架、铜框架或银框架等， 可选的，在本实施例中，所述安装框架170为铜框架，所述FRD芯片150和所述 IGBT芯片140分别焊接于所述铜框架，且所述FRD芯片150和所述IGBT芯片 140之间通过导线键合连接，以保障所述FRD芯片150和所述IGBT芯片140安 装于所述铜框架时的稳固性，有效避免了在使用所述功率模块100时，所述FRD 芯片150和所述IGBT芯片140与所述铜框架相互分离的情况。

此外，在本实施例中，所述HVIC芯片130与所述IGBT芯片140之间也可 以通过引线键合的方式电性连接，具体的，上述HVIC芯片130与所述IGBT芯 片140之间的引线以及且所述FRD芯片150和所述IGBT芯片140之间的导线可 以是铜线、银线或者金线，在此不错具体限定，根据实际需求进行设置即可。

在本实施例中，所述HVIC芯片130与所述IGBT芯片140之间通过金线键 合的方式电性连接。

可以理解，本发明通过将所述EEPROM芯片110、MCU芯片120、IGBT芯 片140、FRD芯片150以及HVIC芯片130进行集成得到所述功率模块100，使 得所述功率模块100有更高集成度，较小电路尺寸，进而能够有效降低成本。此 外，通过集成上述的芯片，可以有效避免外接芯片需要增加相应的滤波组件和电 压控制组件等造成的外围驱动电路复杂的问题。

为使所述功率模块100的集成度更高，以及便于使用所述功率模块100，在 本实施例中，所述EEPROM芯片110、MCU芯片120、HVIC芯片130、IGBT 芯片140以及FRD芯片150通过绝缘材料封装于一体。即，所述EEPROM芯片 110、MCU芯片120和HVIC芯片130安装于表面敷铜的DBC基板160，且所述 FRD芯片150和所述IGBT芯片140安装于所述安装框架170后，通过所述绝缘 材料封装于一体。

上述的绝缘材料可以是橡胶、树脂或塑料等，在本实施例中，所述绝缘材料 可以是树脂材料，通过采用树脂材料对所述功率模块100进行塑封以得到功率模 块100。需要说明的是，上述集成得到的功率模块100具有多个能够与外部设备 连接的引脚，具体可以参阅图3中所示，中空圆形区域即为所述功率模块100的 引脚。

在上述基础上，本发明还提供一种电子设备10，所述电子设备10包括上述 的功率模块100。

由于所述电子设备10包括所述功率模块100，因此所述电子设备10具有与 所述功率模块100相同或相应的技术特征，并能够达到相同或者相应的功能及技 术效果，因此关于所述功率模块100的具体结构和功能可以参照前文对所述功率 模块100的具体描述，在此不做一一赘述。

需要说明的是，在本本实施例中，所述电子设备10可以是但不限于变频调 速设备、冶金机械、电力牵引设备、伺服驱动设备以及变频家电等设备，例如， 可以是空调、冰箱等。

在本实施中，所述电子设备10为空调或冰箱，当所述电子设备10为空调或 冰箱时，所述电子设备10还包括电机200，所述电机200与所述功率模块100电 连接。

综上，本发明提供的一种功率模块100及电子设备10，所述功率模块100通 过集成用于存储电子设备10的通用程序及参数设置程序的EEPROM芯片110和 用于存储固化的算法程序的MCU芯片120，且所述MCU芯片120与所述 EEPROM芯片110电连接以读写所述通用程序和参数设置程序，以使用户通过对 所述EEPROM芯片110内的通用程序及参数设置时所述MCU芯片120中存储的 算法程序不会被泄露，在所述MCU芯片120与所述EEPROM芯片110电连接以 读写通用程序和参数设置程序时，使所述功率模块100满足实际需求的同时确保 了所述MCU芯片120中算法程序的安全性，进而有效提高了所述功率模块100 的安全性能。此外，所述功率模块100通过集成所述EEPROM芯片110和MCU 芯片120，使得所述功率模块100的外围电路更简单。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的 情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只 要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起 来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内 的所有技术方案。

Claims (12)

1.一种功率模块，其特征在于，所述功率模块集成有：

用于存储电子设备的通用程序及参数设置程序的EEPROM芯片；以及

用于存储固化的算法程序的MCU芯片，其中，所述固化的算法程序不能通过所述EEPROM芯片被读写；

所述MCU芯片与所述EEPROM芯片电连接以读写所述通用程序和参数设置程序。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括HVIC芯片和IGBT芯片，所述HVIC芯片与所述MCU芯片电连接，所述IGBT芯片与所述HVIC芯片电连接。

3.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括FRD芯片，所述FRD芯片与所述HVIC芯片电连接。

4.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括基板，所述EEPROM芯片、HVIC芯片以及MCU芯片分别设置于所述基板。

5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述基板为表面敷铜的DBC基板，所述EEPROM芯片和HVIC芯片与所述MCU芯片之间通过所述DBC基板表面的铜连接。

6.根据权利要求3所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括安装框架，所述FRD芯片和所述IGBT芯片分别安装于所述安装框架。

7.根据权利要求6所述的功率模块，其特征在于，所述安装框架为铜框架，所述FRD芯片和所述IGBT芯片分别焊接于所述铜框架，且所述FRD芯片和所述IGBT芯片之间通过导线键合连接。

8.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述EEPROM芯片、MCU芯片、HVIC芯片、IGBT芯片以及FRD芯片通过绝缘材料封装于一体。

9.根据权利要求2所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括滤波电路，所述滤波电路连接于所述MCU芯片与所述HVIC芯片之间。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的功率模块。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括电机，所述电机与所述功率模块电连接。

12.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为冰箱或空调器。

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