CN113990859A - 半导体电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半导体电路，包括散热基板和设于散热基板上的电路布线层，电路布线层上布设有驱动芯片、温度检测模块和功率器件模块，驱动芯片电连接功率器件模块，驱动控制功率器件模块工作；温度检测模块包括第一温度检测单元和至少一第二温度检测单元，第一温度检测单元邻近驱动芯片设置，第二温度检测单元邻近功率器件模块设置；驱动芯片电连接第一温度检测单元和各个第二温度检测单元，驱动芯片在第一温度检测单元或任一第二温度检测单元检测到温度超过预设温度时，使其故障信号引脚输出故障信号。本发明技术方案实现在模块内部的功率器件或驱动芯片瞬间产生大量热量时，能及时检测并反馈，使模块及时触发过温保护，避免模块损坏。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体电路。
背景技术
传统智能功率模块通常采用内部设置一个温度传感器，来检测散热基板的温度。当温度到达一定温度时，温度传感器反馈相应的信号给驱动芯片，模块触发过温保护机制，模块停止工作。这种检测反馈温度的方案，存在以下不足：当模块负载突变或运行电流突增，导致模块内部的功率器件或驱动芯片瞬间产生大量热量，不能及时传递到温度传感器处，导致模块不能及时触发过温保护，导致模块损坏。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种半导体电路，实现在模块内部的功率器件或驱动芯片瞬间产生大量热量时，能及时检测并反馈，使模块及时触发过温保护，避免模块损坏。
为实现上述目的，本发明提出的一种半导体电路，包括散热基板和设于所述散热基板上的电路布线层，所述电路布线层上布设有驱动芯片、温度检测模块和功率器件模块，所述驱动芯片电连接所述功率器件模块，驱动控制所述功率器件模块工作；所述温度检测模块包括第一温度检测单元和至少一第二温度检测单元，所述第一温度检测单元邻近所述驱动芯片设置，所述第二温度检测单元邻近所述功率器件模块设置；所述驱动芯片电连接所述第一温度检测单元和各个所述第二温度检测单元，所述驱动芯片在所述第一温度检测单元或任一所述第二温度检测单元检测到温度超过预设温度时，使其故障信号引脚输出故障信号。
优选地，所述功率器件模块包括三相逆变桥，所述第二温度检测单元的数量与所述三相逆变桥的晶体管的数量一一对应，每一所述第二温度检测单元邻近其对应的晶体管设置。
优选地，所述功率器件模块包括三相逆变桥，所述第二温度检测单元的数量为一个，所述三相逆变桥的各个晶体管围绕所述第二温度检测单元设置。
优选地，所述功率器件模块还包括PFC开关管，所述温度检测模块还包括邻近所述PFC开关管设置的所述第二温度检测单元。
优选地，所述第一温度检测单元采用第一热敏电阻，所述第二温度检测单元采用第二热敏电阻。
优选地，所述故障信号引脚通过上拉电阻与高电平电源相连，所述第一热敏电阻的一端电连接所述故障信号引脚，另一端接地；每一所述第二热敏电阻均与所述第一热敏电阻并联。
优选地，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻均为NTC电阻。
优选地，所述上拉电阻内置于所述驱动芯片中，所述高电平电源为所述驱动芯片的电源引脚。
优选地，所述驱动芯片包括驱动单元和与所述驱动单元电连接的处理单元，所述驱动单元电连接所述功率器件模块，所述驱动单元驱动控制所述功率器件模块；所述驱动芯片的故障信号引脚与所述处理单元电连接，所述处理单元电连接所述第一温度检测单元和各个所述第二温度检测单元，所述处理单元在所述第一温度检测单元或任一所述第二温度检测单元检测到温度超过预设温度时，使所述故障信号引脚输出故障信号。
优选地，所述处理单元根据所述第一温度检测单元和各个所述第二温度检测单元反馈的温度信号，调节所述驱动单元的驱动频率。
本发明半导体电路技术方案，其温度检测模块通过采用邻近驱动芯片的第一温度检测单元和邻近功率器件模块的第二温度检测单元，以分别检测驱动芯片附近的温度和功率器件模块附近的温度，如此，在半导体电路中发生负载突变或运行电流突增等异常，导致驱动芯片或功率器件模块瞬间产生大量热量时，驱动芯片能够通过第一温度检测单元或第二温度检测单元及时检测到内部过热情况，以及时输出故障信号至外部MCU，让外部MCU控制驱动芯片停止工作，从而保护半导体电路内部电路及器件不被损坏，有效提升了过热保护效果。
附图说明
图1为本发明一实施例中的半导体电路的模块结构示意图；
图2为本发明一实施例中的第一温度检测单元和第二温度检测单元的布置示意图；
图3为本发明一实施例中的半导体电路的各器件布置示意图；
图4为本发明一实施例中的半导体电路的各器件布置示意图；
图5为本发明一实施例中的半导体电路的各器件布置示意图；
图6为本发明一实施例中的半导体电路的部分电路示意图；
图7为本发明一实施例中的半导体电路的模块结构示意图；
图8为图7实施例中的半导体电路的部分电路示意图。
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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提到的半导体电路，是一种将功率开关器件和高压驱动电路等集成在一起，并在外表进行密封封装的一种电路模块，在电力电子领域应用广泛，如驱动电机的变频器、各种逆变电压、变频调速、冶金机械、电力牵引、变频家电等领域应用。这里的半导体电路还有多种其他的名称，如模块化智能功率系统(Modular Intelligent Power System，MIPS)、智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)，或者称为混合集成电路、功率半导体模块、功率模块等名称。在本发明的以下实施例中，统一称为模块化智能功率系统(MIPS)。
本发明提出一种MIPS。
在本实施例中，该MIPS包括散热基板和设于散热基板上的电路布线层，其中，散热基板由金属材料制成，具体可以是由铝或其它散热性能好的等金属材质制成的矩形板件；在散热基板上设置有电路布线层，电路布线层包括设置在散热基板上的绝缘层和在绝缘层上形成的导电层走线(例如，铜皮走线)。
参照图1和图2，本实施例MIPS的电路布线层上布设有驱动芯片10、温度检测模块20和功率器件模块30。驱动芯片10电连接功率器件模块30，驱动控制功率器件模块30工作，驱动芯片10通过输出脉冲驱动信号控制功率器件模块30中的功率器件的通断状态切换。温度检测模块20包括第一温度检测单元21和至少一第二温度检测单元22；第一温度检测单元21邻近驱动芯片10设置，以检测驱动芯片10附近位置的温度；第二温度检测单元22邻近功率器件模块30设置，以检测功率器件模块30附近的温度。其中，驱动芯片10电连接第一温度检测单元21和各个第二温度检测单元22，驱动芯片10在第一温度检测单元21或任一第二温度检测单元22检测到温度超过预设温度时，即检测到驱动芯片10附近过热或功率器件模块30附近过热时，驱动芯片10则使其故障信号引脚F输出故障信号，外部MCU在接收到驱动芯片10输出故障信号后，向驱动芯片10发送相应的控制信号(例如关断信号)，使驱动芯片10停止工作，从而有效保护MIPS。
本实施例的MIPS，其温度检测模块20通过采用邻近驱动芯片10的第一温度检测单元21和邻近功率器件模块30的第二温度检测单元22，以分别检测驱动芯片10附近的温度和功率器件模块30附近的温度，如此，在MIPS中发生负载突变或运行电流突增等异常，导致驱动芯片10或功率器件模块30瞬间产生大量热量时，驱动芯片10能够通过第一温度检测单元21或第二温度检测单元22及时检测到内部过热情况，以及时输出故障信号至外部MCU，外部MCU则控制驱动芯片10停止工作，从而保护MIPS内部电路及器件不被损坏，有效提升了过热保护效果。
参照图3，在本实施例中，功率器件模块30包括三相逆变桥，第二温度检测单元22的数量与三相逆变桥的晶体管31的数量一一对应，每一第二温度检测单元22邻近其对应的晶体管31设置。三相逆变桥具有6个晶体管31(MOS管)，即第二温度检测单元22也为6个；驱动芯片10可采用HVIC芯片，以通过输出六路驱动信号分别驱动三相逆变桥的六个晶体管31。通过在三相逆变桥的每一个晶体管31附近均对应设置一个第二温度检测单元22，以分别检测各个晶体管31附近的温度，这样，当某个晶体管31由于电路中负载突变、运行电流突增或其它异常原因发生过热情况时，该晶体管31的附近的第二温度检测单元22，能及时检测到该晶体管31的过热情况，并反馈给驱动芯片10，驱动芯片10则及时输出故障信号，以使MIPS及时的触发保护机制，提升了MIPS的安全性。
参照图4，在本实施例中，功率器件模块30包括三相逆变桥，第二温度检测单元22的数量为一个，三相逆变桥的各个晶体管31围绕第二温度检测单元22设置。通过三相逆变桥的各个晶体管31围绕一个第二温度检测单元22设置，使该第二温度检测单元22相对每个晶体管31均为邻近状态，三相逆变桥的任一个晶体管31发生过热情况时，都能通过该第二温度检测单元22及时检测以反馈给驱动芯片10进行过热保护处理。本实施例通过对三相逆变桥的各个晶体管31与一个第二温度检测单元22合理布局分布，可减少第二温度检测单元22的数量，降低成本和减少MIPS的模块尺寸。
参照图5，在本实施例中，功率器件模块30还包括PFC开关管32，驱动芯片10通过输出一路驱动信号驱动控制PFC开关管32的通断状态，温度检测模块20还包括邻近PFC开关管32设置的第二温度检测单元22。邻近PFC开关管32的第二温度检测单元22检测PFC开关管32附近的温度，在PFC开关管32发生过热异常时，及时检测到并反馈给驱动芯片10。
在一些实施例中，功率器件模块30还可包括其它功率器件，例如由4个MOS管构成的H桥结构、两个MOS管构成的单相桥结构，等等。
参照图6，在本实施例中，第一温度检测单元21采用第一热敏电阻Rt1，第二温度检测单元22采用第二热敏电阻Rt2。当然，在其他实施例中第一温度检测单元21和第二温度检测单元22也可以采用其它温度检测器件或温度检测电路等。
本实施例中，故障信号引脚F通过第一上拉电阻Rs1与高电平电源VDD相连，第一热敏电阻Rt1的一端电连接故障信号引脚F，另一端接地VSS；每一第二热敏电阻Rt2均与第一热敏电阻Rt1并联(本实施例图中以1个第二热敏电阻Rt2为例)。本实施例中，驱动芯片10的故障信号引脚F输出信号的原理为：故障信号引脚F的电压为第一热敏电阻Rt1与各个第二热敏电阻Rt2并联的阻值对高电平电源VDD的分压值，第一热敏电阻Rt1和第二热敏电阻Rt2的阻值均随着其设置位置的温度变化而变化，当第一热敏电阻Rt1和/或第二热敏电阻Rt2的阻值随温度变化超过预设阻值大小时，第一热敏电阻Rt1与各个第二热敏电阻Rt2并联的阻值对高电平电源VDD的分压值超过电位变化临界值，使故障信号引脚F输出的电位发生变化(例如，由高电平变为低电平，或由低电平变为高电平)，即输出产生故障信号(低电平或高电平)。
进一步地，本实施例中，第一热敏电阻Rt1和第二热敏电阻Rt2均采用NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数)电阻；NTC电阻随温度的升高，阻值逐渐变小。这样，当驱动芯片10发生过热时，第一热敏电阻Rt1的阻值变小，从而将第一热敏电阻Rt1与各个第二热敏电阻Rt2并联后的整体阻值拉低，第一热敏电阻Rt1与各个第二热敏电阻Rt2并联的阻值对高电平电源VDD的分压值由高电平电压变为低电平电压，故障信号引脚F输出的低电平(即故障信号)；同样，在功率器件模块30中的任一功率器件发生过热时，相应的第二热敏电阻Rt2的阻值变小，从而将第一热敏电阻Rt1与各个第二热敏电阻Rt2并联后的整体阻值拉低，第一热敏电阻Rt1与各个第二热敏电阻Rt2并联的阻值对高电平电源VDD的分压值由高电平电压变为低电平电压，故障信号引脚F输出的低电平(即故障信号)。
当然，在其他实施例中，第一热敏电阻Rt1和第二热敏电阻Rt2也可采用PTC电阻，以同样的原理实现故障信号输出。
在一些实施例中，第一上拉电阻Rs1内置于驱动芯片10中，高电平电源VDD为驱动芯片10的电源引脚，如此，提升MIPS模块的集成度，减少内部器件数量，更加智能化。
参照图7，在本实施例中，驱动芯片10包括驱动单元11和与驱动单元11电连接的处理单元12，驱动单元11电连接功率器件模块30，驱动单元11驱动控制功率器件模块30；驱动芯片10的故障信号引脚F与处理单元12电连接，处理单元12电连接第一温度检测单元21和各个第二温度检测单元22，处理单元12在第一温度检测单元21或任一第二温度检测单元22检测到温度超过预设温度时，使故障信号引脚F输出故障信号。
参照图8，在一实施例中，处理单元12的检测引脚可通过第二上拉电阻Rs2连接高电平电源VDD，第一热敏电阻Rt1的一端电连接检测引脚，另一端接地VSS；每一第二热敏电阻Rt2均与第一热敏电阻Rt1并联；故障信号引脚F与处理单元12电连接。如此，使处理单元12根据检测引脚的电压值大小，来确定第一温度检测单元21或任一第二温度检测单元22检测到温度是否超过预设温度(其原理参照上述实施例)，进而处理单元12控制故障信号引脚F是否输出故障信号。
进一步地，处理单元12根据第一温度检测单元21和各个第二温度检测单元22反馈的温度信号，调节驱动单元11的驱动频率。例如，在根据第一温度检测单元21和各个第二温度检测单元22反馈的温度信号确定温度均未超过预设温度时，根据第一温度检测单元21反馈的温度调节驱动单元11的整体驱动频率下降，或根据各个第二温度检测单元22反馈的温度信号，调节驱动单元11分别对功率器件模块30的各个功率器件的驱动频率，以此来降低MIPS的整体温度。
以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，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保护的范围内。
Claims (10)
1.一种半导体电路，其特征在于，包括散热基板和设于所述散热基板上的电路布线层，所述电路布线层上布设有驱动芯片、温度检测模块和功率器件模块，所述驱动芯片电连接所述功率器件模块，驱动控制所述功率器件模块工作；所述温度检测模块包括第一温度检测单元和至少一第二温度检测单元，所述第一温度检测单元邻近所述驱动芯片设置，所述第二温度检测单元邻近所述功率器件模块设置；所述驱动芯片电连接所述第一温度检测单元和各个所述第二温度检测单元，所述驱动芯片在所述第一温度检测单元或任一所述第二温度检测单元检测到温度超过预设温度时，使其故障信号引脚输出故障信号。
2.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述功率器件模块包括三相逆变桥，所述第二温度检测单元的数量与所述三相逆变桥的晶体管的数量一一对应，每一所述第二温度检测单元邻近其对应的晶体管设置。
3.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述功率器件模块包括三相逆变桥，所述第二温度检测单元的数量为一个，所述三相逆变桥的各个晶体管围绕所述第二温度检测单元设置。
4.根据权利要求2或3所述的半导体电路，其特征在于，所述功率器件模块还包括PFC开关管，所述温度检测模块还包括邻近所述PFC开关管设置的所述第二温度检测单元。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体电路，其特征在于，所述第一温度检测单元采用第一热敏电阻，所述第二温度检测单元采用第二热敏电阻。
6.根据权利要求5所述的半导体电路，其特征在于，所述故障信号引脚通过上拉电阻与高电平电源相连，所述第一热敏电阻的一端电连接所述故障信号引脚，另一端接地；每一所述第二热敏电阻均与所述第一热敏电阻并联。
7.根据权利要求6所述的半导体电路，其特征在于，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻均为NTC电阻。
8.根据权利要求6所述的半导体电路，其特征在于，所述上拉电阻内置于所述驱动芯片中，所述高电平电源为所述驱动芯片的电源引脚。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体电路，其特征在于，所述驱动芯片包括驱动单元和与所述驱动单元电连接的处理单元，所述驱动单元电连接所述功率器件模块，所述驱动单元驱动控制所述功率器件模块；所述驱动芯片的故障信号引脚与所述处理单元电连接，所述处理单元电连接所述第一温度检测单元和各个所述第二温度检测单元，所述处理单元在所述第一温度检测单元或任一所述第二温度检测单元检测到温度超过预设温度时，使所述故障信号引脚输出故障信号。
10.根据权利要求9所述的半导体电路，其特征在于，所述处理单元根据所述第一温度检测单元和各个所述第二温度检测单元反馈的温度信号，调节所述驱动单元的驱动频率。
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