CN114123834A - 半导体电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半导体电路，包括散热基板和包覆散热基板的塑封外壳，散热基板上设置有控制模块、驱动模块、模式切换模块和三相逆变电路，控制模块电连接驱动模块，驱动模块电连接三相逆变电路，模式切换模块具有用于与外部MCU相连的信号输入端和与控制模块电连接的信号输出端；控制模块内置有多种工作模式，模式切换模块根据其信号输入端接收到的信号，从其信号输出端输出对应的模式信号给控制模块，控制模块根据接收到的模式信号进行工作模式切换。本发明技术方案，能够通过外部MCU的信号控制控制模块切换到相应的工作模式，以适应不同要求的应用场景和不同变频设备的驱动需求，通用性强。

Description

半导体电路
技术领域
本发明涉及功率半导体领域，特别涉及一种半导体电路。
背景技术
半导体电路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，在制造过程中，将组装好所有元器件(包括芯片和阻容件)及引脚的散热基板放置在模具腔体内，通过注塑高温固化成型最终形成产品塑封为一体的产品，智能功率模块(IPM)就是半导体电路的一种。
现有的智能功率模块通常都是针对一种应用场景或一种变频设备进行设计制造，其内部的驱动芯片通常只有特定的一种工作模式，只适用于特定的应用场景或特定变频设备，对于不同要求的应用场景或不同变频设备则不能适用，通用性差。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种半导体电路，旨在提升半导体电路的通用性。
为实现上述目的，本发明提出的半导体电路，包括散热基板和包覆所述散热基板的塑封外壳，所述散热基板上设置有控制模块、驱动模块、模式切换模块和三相逆变电路，所述控制模块电连接所述驱动模块，所述驱动模块电连接所述三相逆变电路，所述模式切换模块具有用于与外部MCU相连的信号输入端和与所述控制模块电连接的信号输出端；所述控制模块内置有多种工作模式，所述模式切换模块根据其信号输入端接收到的信号，从其信号输出端输出对应的模式信号给所述控制模块，所述控制模块根据接收到的模式信号进行工作模式切换。
优选地，所述模式切换模块的信号输入端包括一个输入引脚，所述模式切换模块根据所述输入引脚的信号，输出对应的模式信号给所述控制模块。
优选地，所述模式切换模块的信号输入端包括多个输入引脚，所述模式切换模块根据所述多个输入引脚的电平信号组合，输出对应的模式信号给所述控制模块。
优选地，所述模式切换模块的信号输入端包括两个输入引脚。
优选地，所述模式切换模块的信号输出端包括一个输出引脚，所述控制模块根据接收到所述输出引脚输出的不同的模式信号，切换到相应的工作模式。
优选地，所述模式切换模块的信号输出端包括多个输出引脚，所述控制模块上具有与所述多个输出引脚一一对应电连接的多个信号接收引脚，所述控制模块根据其多个信号接收引脚接收到的电平信号组合，切换到相应的工作模式。
优选地，还包括PFC电路，所述驱动模块电连接所述PFC电路。
优选地，所述驱动模块包括高压驱动电路和低压驱动电路，所述高压驱动电路的三路高压驱动输出端分别驱动所述三相逆变电路的三个上桥臂，所述低压驱动电路的三路低压驱动输出端分别驱动所述三相逆变电路的三个下桥臂。
优选地，所述控制模块、所述驱动模块和所述模式切换模块集成于一个驱动芯片内。
优选地，所述控制模块和所述驱动模块集成于一个驱动芯片内，所述模式切换模块设在所述驱动芯片的外围。
本发明半导体电路的技术方案，通过在控制模块内置多种工作模式，每一种工作模式对应适用一种应用场景或一种变频设备，并设置与控制模块相连的模式切换模块，模式切换模块的信号输入端用于与外部MCU相连，通过外部MCU向模式切换模块输出信号，来控制模式切换模块输出给控制模块的信号，进而切换控制模块的工作模式。如此，本发明半导体电路在针对不同要求的应用场景或不同变频设备时，能够通过外部MCU的信号控制MIPS的控制模块切换到相应的工作模式，以适应不同要求的应用场景和不同变频设备的驱动需求，通用性强。
附图说明
图1为本发明一实施例中的MIPS的模块结构示意图；
图2为本发明一实施例中的MIPS的模块结构示意图；
图3为本发明一实施例中的MIPS的模块结构示意图；
图4为本发明一实施例中的MIPS的部分模块结构示意图；
图5为本发明一实施例中的MIPS的部分模块结构示意图；
图6为本发明一实施例中的MIPS的部分模块结构示意图；
图7为本发明一实施例中的MIPS的部分模块结构示意图；
图8为本发明一实施例中的MIPS的模块结构示意图。
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。
参照图1，图1是本发明一实施例中的MIPS的模块结构示意图。
参照图1，在本实施例中，该MIPS包括散热基板和包覆散热基板的塑封外壳。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；散热基板上具有电路布线层，电路布线层包括绝缘层和在绝缘层上形成的导电层走线(例如，铜皮走线)；塑封外壳为包覆各个散热基板的壳体，塑封外壳为通过注塑高温固化成型，塑封外壳的材质可为环氧树脂、酚醛树脂、填充料(二氧化硅或其他固体粉末)以及脱模剂、染色剂、阻燃剂等其他材料组成的混合物；各个散热基板20上焊接的电路引脚均从塑封外壳10的侧壁伸出。其中，散热基板上设置有控制模块10、驱动模块20、模式切换模块30和三相逆变电路40，控制模块10、驱动模块20、模式切换模块30和三相逆变电路40分别是设置在散热基板的电路布线层的导电层走线上。
控制模块10电连接驱动模块20，驱动模块20电连接三相逆变电路40，控制模块10控制着驱动模块20的驱动信号输出，驱动模块20通过驱动三相逆变电路40的各个桥臂的通断切换，使三相逆变电路40的三相输出(U相、V相、W相)驱动变频设备(例如，电机)工作。模式切换模块30具有用于与外部MCU相连的信号输入端A和与控制模块10电连接的信号输出端B，控制模块10内置有多种工作模式，每一种工作模式对应适用一种应用场景或一种变频设备。
其中，本实施例的MIPS的工作模式切换原理为；在外部MCU向模式切换模块30的信号输入端A发送信号时，模式切换模块30根据其信号输入端A接收到的信号，从其信号输出端B输出对应的模式信号给控制模块10，控制模块10根据接收到的模式信号进行工作模式切换，即切换到与接收到的模式信号相对应的工作模式工作，进而驱动模块20的驱动信号输出也随着控制模块10的工作模式切换而改变。
本实施例的MIPS，通过在控制模块10内置多种工作模式，每一种工作模式对应适用一种应用场景或一种变频设备，并设置与控制模块10相连的模式切换模块30，模式切换模块30的信号输入端A用于与外部MCU相连，通过外部MCU向模式切换模块30输出信号，来控制模式切换模块30输出给控制模块10的信号，进而切换控制模块10的工作模式。如此，本实施例的MIPS在针对不同要求的应用场景或不同变频设备时，能够通过外部MCU的信号控制MIPS的控制模块10切换到相应的工作模式，以适应不同要求的应用场景和不同变频设备的驱动需求，通用性强。
参照图2，图2是本发明一实施例中的MIPS的模块结构示意图。
在本实施例的MIPS中，其控制模块10、驱动模块20和模式切换模块30集成于一个驱动芯片100内。通过将模式切换模块30集成设计在具有控制模块10与驱动模块20的驱动芯片100中，使得驱动芯片100的集成度更高，更加智能，并且散热基板上的器件数量减少，MIPS的整体体积更小，成本更低。其中，驱动芯片100可为HIVC(高压功率集成电路)芯片，或者为其它类型的芯片。
参照图3，图3是本发明一实施例中的MIPS的模块结构示意图。
本实施例的MIPS中，控制模块10和驱动模块20集成于一个驱动芯片100内，模式切换模块30设在驱动芯片100的外围，并与驱动芯片100的控制模块10电连接。由于现有设计的驱动芯片100中都已经具有控制模块10和驱动模块20，将新增的模式切换模块30设置在驱动芯片100的外围，则无需重新设计驱动芯片100的内部电路结构，只需改变驱动芯片100内部的程序即可(即使驱动芯片100内置多种工作模式)，MIPS的制造更简单。
参照图4，图4是本发明一实施例中的MIPS的部分模块结构示意图。
在本实施例中，模式切换模块30的信号输入端A包括一个输入引脚A1，模式切换模块30根据输入引脚A1的信号，输出对应的模式信号给控制模块10。
本实施例中，模式切换模块30根据输入引脚A1的信号，输出对应的模式信号给控制模块10的方案可以是：
1、模式切换模块30根据输入引脚A1的电压大小，输出对应的模式信号给控制模块10；例如，输入引脚A1的电压在第一电压区间时，输出与第一工作模式对应的模式信号给控制模块10，控制模块10则切换到第一工作模式运行工作；输入引脚A1的电压在第二电压区间时，输出与第二工作模式对应的模式信号给控制模块10，控制模块10则切换到第二工作模式运行工作；输入引脚A1的电压在第三电压区间时，输出与第三工作模式对应的模式信号给控制模块10，控制模块10则切换到第三工作模式运行工作；
2、模式切换模块30根据输入引脚A1的电平高低，输出对应的模式信号给控制模块10；例如，输入引脚A1为高电平时，输出第一模式信号给控制模块10，控制模块10则切换到第一工作模式运行工作；输入引脚A1为低电平时，输出第二模式信号给控制模块10，控制模块10则切换到第一工作模式运行工作。
参照图5，图5是本发明一实施例中的MIPS的部分模块结构示意图。
在本实施例中，模式切换模块30的信号输入端A包括多个输入引脚A1，模式切换模块30根据多个输入引脚A1的电平信号组合，输出对应的模式信号给控制模块10。每个输入引脚A1都有高电平1和低电平0这两种状态，多个输入引脚A1的电平信号组合就至少有4种情况，模式切换模块30就至少可以输出对应四种工作模式的模式信号，以使控制模块10在四种工作模式之间切换。例如，两个输入引脚A1有(00、01、10、11)这4种电平信号组合，三个输入引脚A1有(000、001、010、011、100、101、110、111)这8种电平信号组合，四个输入引脚A1就是16种电平信号组合，以此类推。
本实施例中，模式切换模块30的信号输入端A以包括两个输入引脚A1为例，外部MCU通过改变模式切换模块30的两个输入引脚A1的电平状态，可以是控制模块10在四种工作模式之间切换，从而可适用于四种不同的应用场景或变频设备，例如，适用于变频驱动电机的四种不同模式：V/f模式、转差频率控制模式、矢量控制模式、直接转矩控制模式。
参照图6，图6是本发明一实施例中的MIPS的部分模块结构示意图.
在本实施例中，模式切换模块30的信号输出端B包括一个输出引脚B1，控制模块10根据接收到输出引脚B1输出的不同的模式信号，切换到相应的工作模式。
其中，输出引脚B1输出的模式信号可以是脉冲信号，不同的脉冲信号对应不同的工作模式，脉冲信号的不同可以是频率不同、脉冲峰值不同或占空比不同，等等；输出引脚B1输出的模式信号也可以是电压信号，不同的电压信号对应不同的工作模式，电压信号的不同为电压大小不同。1、例如，控制模块10接收到预设的第一脉冲信号时，切换到第一工作模式运行工作；控制模块10接收到预设的第二脉冲信号时，切换到第二工作模式运行工作；控制模块10接收到预设的第三脉冲信号时，切换到第三工作模式运行工作；控制模块10接收到预设的第四脉冲信号时，切换到第四工作模式运行工作。2、例如，控制模块10接收到预设的第一大小区间的电压信号时，切换到第一工作模式运行工作；控制模块10接收到预设的第二大小区间的电压信号时，切换到第二工作模式运行工作；控制模块10接收到预设的第三大小区间的电压信号时，切换到第三工作模式运行工作；控制模块10接收到预设的第四大小区间的电压信号时，切换到第四工作模式运行工作。
参照图7，图7是本发明一实施例中的MIPS的部分模块结构示意图。
在本实施例中，模式切换模块30的信号输出端B包括多个输出引脚B1，控制模块10上具有与多个输出引脚B1一一对应电连接的多个信号接收引脚C1，控制模块10根据其多个信号接收引脚C1接收到的电平信号组合，切换到相应的工作模式。每个输出引脚B1输出的电平信号可以是高电平1或低电平0，每个信号接收引脚C1接收到的电平信号则就是高电平1或低电平0，两个信号接收引脚C1接收到的电平信号组合就有(00、01、10、11)这4种，可以对应4种工作模式；三个信号接收引脚C1接收到的电平信号组合就有(000、001、010、011、100、101、110、111)这8种，可以对应8种工作模式；四个信号接收引脚C1接收到的电平信号组合就有16种，可以对应16种工作模式；以此类推。
在一些实施例中，控制模块10还可以根据接收到高电平信号的信号接收引脚C1，确定对应的工作模式并切换。即每个信号接收引脚C1对应一种工作模式，模式切换模块30每次只有一个输出引脚B1有高电平信号输出，控制模块10对应只有一个信号接收引脚C1能接收到高电平信号，根据接收到高电平信号的信号接收引脚C1，切换至该信号接收引脚C1对应的工作模式运行工作。
参照图8，图8是本发明一实施例中的MIPS的模块结构示意图。
在本实施例中，MIPS还包括PFC电路50，驱动模块20电连接PFC电路50，驱动PFC电路50工作。
进一步地，驱动模块20包括高压驱动电路和低压驱动电路，高压驱动电路的三路高压驱动输出端分别驱动三相逆变电路40的三个上桥臂，即三路高压驱动输出端分别电连接三个上桥臂的功率管的栅极，低压驱动电路的三路低压驱动输出端分别驱动三相逆变电路40的三个下桥臂，即三路低压驱动输出端分别电连接三个下桥臂的功率管的栅极。
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，包括散热基板和包覆所述散热基板的塑封外壳，所述散热基板上设置有控制模块、驱动模块、模式切换模块和三相逆变电路，所述控制模块电连接所述驱动模块，所述驱动模块电连接所述三相逆变电路，所述模式切换模块具有用于与外部MCU相连的信号输入端和与所述控制模块电连接的信号输出端；所述控制模块内置有多种工作模式，所述模式切换模块根据其信号输入端接收到的信号，从其信号输出端输出对应的模式信号给所述控制模块，所述控制模块根据接收到的模式信号进行工作模式切换。
2.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述模式切换模块的信号输入端包括一个输入引脚，所述模式切换模块根据所述输入引脚的信号，输出对应的模式信号给所述控制模块。
3.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述模式切换模块的信号输入端包括多个输入引脚，所述模式切换模块根据所述多个输入引脚的电平信号组合，输出对应的模式信号给所述控制模块。
4.根据权利要求3所述的半导体电路，其特征在于，所述模式切换模块的信号输入端包括两个输入引脚。
5.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述模式切换模块的信号输出端包括一个输出引脚，所述控制模块根据接收到所述输出引脚输出的不同的模式信号，切换到相应的工作模式。
6.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述模式切换模块的信号输出端包括多个输出引脚，所述控制模块上具有与所述多个输出引脚一一对应电连接的多个信号接收引脚，所述控制模块根据其多个信号接收引脚接收到的电平信号组合，切换到相应的工作模式。
7.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，还包括PFC电路，所述驱动模块电连接所述PFC电路。
8.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述驱动模块包括高压驱动电路和低压驱动电路，所述高压驱动电路的三路高压驱动输出端分别驱动所述三相逆变电路的三个上桥臂，所述低压驱动电路的三路低压驱动输出端分别驱动所述三相逆变电路的三个下桥臂。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的半导体电路，其特征在于，所述控制模块、所述驱动模块和所述模式切换模块集成于一个驱动芯片内。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的半导体电路，其特征在于，所述控制模块和所述驱动模块集成于一个驱动芯片内，所述模式切换模块设在所述驱动芯片的外围。
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