CN114123835A - 半导体电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半导体电路，该半导体电路包括电路板、多个驱动功率模块和一个功率因数校正模块，所述多个驱动功率模块和所述功率因数校正模块集成设置在所述电路板上，各所述驱动功率模块之间以及各所述驱动功率模块与所述功率因数校正模块之间通过共用的功能引脚电连接。本发明所提出的半导体电路，其将多个驱动功率模块和一个功率因数校正模块集成在一起，使得集成后的半导体电路占用电控PCB的面积大大减小，从而简化整个电控PCB设计，降低电控总体成本，提高功率因数校正模块的抗干扰能力，提高电控整体的可靠性。

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,兼有GTR(大功率晶体管)高电流、低饱和电压和高耐压的优点，以及MOSFET(场效应晶体管)高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。半导体电路内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便，不仅减小了体积，缩短了开发时间，也增强了可靠性，适应了当今功率器件的发展方向。
现在一般的变频家电都要求带PFC，PFC集成在驱动功率模块上，还会有多个电机，如变频空调，单变频空调的外机就需要两个驱动功率模块。PFC的英文全称为“PowerFactor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量的比值，功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因数值越大，代表其电力利用率越高。
在需要使用两个驱动功率模块的变频家电中，通常是将两个独立的驱动功率模块分别设置在电控板上，由于需要在电控板上设置两个驱动功率模块，因此，会使得电控板的整体体积较大，造成资源浪费。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种半导体电路，旨在解决上述背景技术中所提出的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种半导体电路，所述半导体电路包括电路板、多个驱动功率模块和一个功率因数校正模块，所述多个驱动功率模块和所述功率因数校正模块集成设置在所述电路板上，各所述驱动功率模块之间以及各所述驱动功率模块与所述功率因数校正模块之间通过共用的功能引脚电连接。
优选地，所述共用的功能引脚包括两个电源端引脚和一个接地端引脚，两个所述电源端引脚分别为VCC引脚和VDD引脚，所述接地端引脚为VSS引脚。
优选地，所述半导体电路还包括设于所述电路板上的多个强电引脚和多个弱电引脚，所述多个强电引脚和所述多个弱电引脚分别位于所述电路板的相对两侧。
优选地，所述驱动功率模块的数量为两个，两个所述驱动功率模块与所述功率因数校正模块可分别与外部MCU电连接，每个所述驱动功率模块用于控制一个电机运行。
优选地，所述驱动功率模块包括驱动芯片和与所述驱动芯片电连接的三相逆变桥，所述三相逆变桥包括U相逆变桥、V相逆变桥和W相逆变桥，所述U相逆变桥包括U相上桥臂和U相下桥臂，所述V相逆变桥包括V相上桥臂和V相下桥臂，所述W相逆变桥包括W相上桥臂和W相下桥臂。
优选地，所述U相上桥臂包括U相第一IGBT和用于驱动所述U相第一IGBT导通的U相第一驱动电阻，所述U相第一驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述U相第一IGBT电连接；
所述U相下桥臂包括U相第二IGBT和用于驱动所述U相第二IGBT导通的U相第二驱动电阻，所述U相第二驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述U相第二IGBT电连接。
优选地，所述V相上桥臂包括V相第一IGBT和用于驱动所述V相第一IGBT导通的V相第一驱动电阻，所述V相第一驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述V相第一IGBT电连接；
所述V相下桥臂包括V相第二IGBT和用于驱动所述V相第二IGBT导通的V相第二驱动电阻，所述V相第二驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述V相第二IGBT电连接。
优选地，所述W相上桥臂包括W相第一IGBT和用于驱动所述W相第一IGBT导通的W相第一驱动电阻，所述W相第一驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述W相第一IGBT电连接；
所述W相下桥臂包括W相第二IGBT和用于驱动所述W相第二IGBT导通的W相第二驱动电阻，所述W相第二驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述W相第二IGBT电连接。
优选地，所述半导体电路还包括由树脂材料制成的塑封外壳，所述电路板、所述多个驱动功率模块和所述功率因数校正模块均位于所述塑封外壳内。
与现有技术相比，本发明实施例的有益技术效果在于：
本发明所提出的半导体电路，其将多个驱动功率模块和一个功率因数校正模块集成在一起，使得集成后的半导体电路占用电控PCB的面积大大减小，从而简化整个电控PCB设计，降低电控总体成本，提高功率因数校正模块的抗干扰能力，提高电控整体的可靠性。
附图说明
图1为本发明一实施例中半导体电路的电路结构示意图；
图2为本发明一实施例中半导体电路、MCU及电机的功能模块图；
图3为本发明一实施例中半导体电路的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，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)。
实施例一
请参见图1，本发明实施例提出一种模块化智能功率系统，该模块化智能功率系统包括电路板10、多个驱动功率模块20和一个功率因数校正模块30，多个驱动功率模块20和功率因数校正模块30集成设置在电路板10上，各驱动功率模块20之间以及各驱动功率模块20与功率因数校正模块30之间通过共用的功能引脚电连接。
本实施例中，多个驱动功率模块20和一个功率因数校正模块30集成设置在一块电路板10上，形成高度集成的模块化智能功率系统。多个驱动功率模块20共用一个功率因数校正模块30，相较于现有的每个驱动功率模块20上分别集成一个功率因数校正模块30，其不仅减小了变频家电中电控板的面积占用，使得电控板的整体体积得以减小，而且还大大降低了变频家电的成本。
进一步的，各驱动功率模块20之间以及各驱动功率模块20与功率因数校正模块30之间通过共用的功能引脚电连接，该共用的功能引脚不会影响各驱动功率模块20和功率因数校正模块30的原有功能。
更进一步的，本发明实施例所提出的驱动功率模块20的数量可以设置为两个，三个，四个，五个或六个等，本领域技术人员可根据实际情况进行设计。例如，假设变频空调中设有三个电机，那就需要设置三个驱动功率模块20，每个驱动功率模块20对应一个电机，驱动功率模块20用于对电机进行变频控制。
实施例二
请参见图1，本发明实施例所提出的共用的功能引脚包括两个电源端引脚和一个接地端引脚，两个电源端引脚分别为VCC引脚和VDD引脚，接地端引脚为VSS引脚。本实施例中，各驱动功率模块20和功率因数校正模块30上均设置有VCC引脚、VDD引脚和VSS引脚，三个引脚中有两个为电源端引脚，而另一个为接地端引脚。由于各驱动功率模块20和功率因数校正模块30共用同一电源，因此，各驱动功率模块20和功率因数校正模块30的电源端引脚所输入的电信号相同，各驱动功率模块20之间以及各驱动功率模块20与功率因数校正模块30之间通过电源端引脚电连接不会对其原有的功能造成影响。同时，接地端引脚都是接地的，因此，其也不会对各驱动功率模块20和功率因数校正模块30的原有功能造成影响。
实施例三
本发明实施例所提出的模块化智能功率系统还包括设于电路板10上的多个强电引脚和多个弱电引脚，多个强电引脚和多个弱电引脚分别位于电路板10的相对两侧。本实施例中，强电引脚分布在电路板10的一侧，弱电引脚分布在电路板10的另一相对侧，方便模块化智能功率系统的强弱电分开，提高模块化智能功率系统的抗干扰能力。
实施例四
请参见图2，本发明实施例所提出的驱动功率模块20的数量为两个，两个驱动功率模块20与功率因数校正模块30可分别与外部MCU电连接，每个驱动功率模块20用于控制一个电机运行。本实施例中，驱动功率模块20的数量设置为两个，两个驱动功率模块20分别通过共用的功能引脚与功率因数校正模块30电连接，形成三合一高度集成的模块化智能功率系统，该三合一的模块化智能功率系统可适用于变频空调的外机，其所包含的两个驱动功率模块20分别用于控制变频空调外机中的压缩机和风机。
实施例五
请参见图1，本发明实施例所提出的驱动功率模块20包括驱动芯片21和与驱动芯片21电连接的三相逆变桥22，三相逆变桥22包括U相逆变桥221、V相逆变桥222和W相逆变桥223，U相逆变桥221包括U相上桥臂和U相下桥臂，V相逆变桥222包括V相上桥臂和V相下桥臂，W相逆变桥223包括W相上桥臂和W相下桥臂。本实施例中，U相逆变桥221、V相逆变桥222和W相逆变桥223分别接电机的三相绕组的引出端，逆变桥的上端接的是直流电压的正端，逆变桥的下端接的是直流电压的负端。当U相上桥臂是高电平，而U相下桥臂是低电平时，U相上桥臂的IGBT导通，U相下桥臂的IGBT关断，如此，电机的U相对逆变的负端电压就约为该逆变桥的直流电压值。相反，当U相上桥臂是低电平，而U相下桥臂是高电平时，U相上桥臂的IGBT关断，U相下桥臂的IGBT导通，如此，电机的U相对逆变的负端电压就约为0V。V相逆变桥222和W相逆变桥223的功能与U相逆变桥221相同，可参考上述关于U相逆变桥221的描述，在此不再赘述。
实施例六
请参见图1，本发明实施例所提出的U相上桥臂包括U相第一IGBTQ1和用于驱动U相第一IGBTQ1导通的U相第一驱动电阻R1，U相第一驱动电阻R1的一端与驱动芯片21电连接，另一端与U相第一IGBTQ1电连接；U相下桥臂包括U相第二IGBTQ2和用于驱动U相第二IGBTQ2导通的U相第二驱动电阻R2，U相第二驱动电阻R2的一端与驱动芯片21电连接，另一端与U相第二IGBTQ2电连接。本实施例中，U相上桥臂包括U相第一IGBTQ1和U相第一驱动电阻R1，通过U相第一驱动电阻R1控制U相第一IGBTQ1的导通时间，U相下桥臂包括U相第二IGBTQ2和U相第二驱动电阻R2，通过U相第二驱动电阻R2控制U相第二IGBTQ2的导通时间。
实施例七
请参见图1，本发明实施例所提出的V相上桥臂包括V相第一IGBTQ3和用于驱动V相第一IGBTQ3导通的V相第一驱动电阻R3，V相第一驱动电阻R3的一端与驱动芯片21电连接，另一端与V相第一IGBTQ3电连接；V相下桥臂包括V相第二IGBTQ4Q4和用于驱动V相第二IGBTQ4Q4导通的V相第二驱动电阻R4，V相第二驱动电阻R4的一端与驱动芯片21电连接，另一端与V相第二IGBTQ4Q4电连接。本实施例中，V相上桥臂包括V相第一IGBTQ3和V相第一驱动电阻R3，通过V相第一驱动电阻R3控制V相第一IGBTQ3的导通时间，V相下桥臂包括V相第二IGBTQ4Q4和V相第二驱动电阻R4，通过V相第二驱动电阻R4控制V相第二IGBTQ4Q4的导通时间。
实施例八
请参见图1，本发明实施例所提出的W相上桥臂包括W相第一IGBTQ5和用于驱动W相第一IGBTQ5导通的W相第一驱动电阻R5，W相第一驱动电阻R5的一端与驱动芯片21电连接，另一端与W相第一IGBTQ5电连接；W相下桥臂包括W相第二IGBTQ6和用于驱动W相第二IGBTQ6导通的W相第二驱动电阻R6，W相第二驱动电阻R6的一端与驱动芯片21电连接，另一端与W相第二IGBTQ6电连接。本实施例中，W相上桥臂包括W相第一IGBTQ5和W相第一驱动电阻R5，通过W相第一驱动电阻R5控制W相第一IGBTQ5的导通时间，W相下桥臂包括W相第二IGBTQ6和W相第二驱动电阻R6，通过W相第二驱动电阻R6控制W相第二IGBTQ6的导通时间。
实施例九
请参见图3，本发明实施例所提出的模块化智能功率系统还包括由树脂材料制成的塑封外壳40，电路板10、多个驱动功率模块20和功率因数校正模块30均位于塑封外壳40内。本实施例中，密封树脂可通过传递模方式，使用热硬性树脂模制，也可使用注入模方式，使用热塑性树脂模制。在此，密封树脂完全密封电路板10具有电路布线层的一面上，除了引脚以外的所有元素。对于致密性要求高的模块化智能功率系统，电路板10不具有电路布线层的一面一般也进行密封处理。对于散热性要求高的模块化智能功率系统，也可以利用密封树脂只密封电路板10具有元素的一面，另一面露出。
本发明所提出的模块化智能功率系统的制造方法如下：
步骤一：将铝材形成适当大小作为电路板10并在其背面通过激光蚀刻、打磨等方式形成纹理，在电路板10表面上设置绝缘层并在绝缘层上形成铜箔，通过刻蚀使铜箔形成电路布线；
步骤二：在电路布线的特定位置涂装锡膏；
步骤三：将铜材形成适当形状，并进行表面镀层处理，作为引脚，为了避免电路元件在后续加工工序中被静电损伤，引脚的特定位置通过加强筋0相连；
步骤四：在锡膏上放置电路元件和引脚；
步骤五：通过回流焊使锡膏固化，电路元件和引脚固定在电路布线上；
步骤六：通过喷淋、超声等清洗方式，清除残留在电路板10上的助焊剂；
步骤七：通过邦定线，使电路元件和电路布线间形成连接；
步骤八：若电路板10需要连接地电位，还包括通过转孔将绝缘层转穿，通过邦定线在电路布线的地电位和电路板10之间形成连接的工序；
步骤九：通过使用热塑性树脂的注入模模制或使用热硬性树脂的传递模模制方式，将上述要素密封；
步骤十：将引脚的加强筋切除并形成所需的形状；
步骤十一：通过测试设备进行必要的测试，完成模块化智能功率系统的制造。
以上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 (9)

1.一种半导体电路，其特征在于，包括电路板、多个驱动功率模块和一个功率因数校正模块，所述多个驱动功率模块和所述功率因数校正模块集成设置在所述电路板上，各所述驱动功率模块之间以及各所述驱动功率模块与所述功率因数校正模块之间通过共用的功能引脚电连接。
2.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述共用的功能引脚包括两个电源端引脚和一个接地端引脚，两个所述电源端引脚分别为VCC引脚和VDD引脚，所述接地端引脚为VSS引脚。
3.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，还包括设于所述电路板上的多个强电引脚和多个弱电引脚，所述多个强电引脚和所述多个弱电引脚分别位于所述电路板的相对两侧。
4.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述驱动功率模块的数量为两个，两个所述驱动功率模块与所述功率因数校正模块可分别与外部MCU电连接，每个所述驱动功率模块用于控制一个电机运行。
5.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述驱动功率模块包括驱动芯片和与所述驱动芯片电连接的三相逆变桥，所述三相逆变桥包括U相逆变桥、V相逆变桥和W相逆变桥，所述U相逆变桥包括U相上桥臂和U相下桥臂，所述V相逆变桥包括V相上桥臂和V相下桥臂，所述W相逆变桥包括W相上桥臂和W相下桥臂。
6.根据权利要求5所述的半导体电路，其特征在于，
所述U相上桥臂包括U相第一IGBT和用于驱动所述U相第一IGBT导通的U相第一驱动电阻，所述U相第一驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述U相第一IGBT电连接；
所述U相下桥臂包括U相第二IGBT和用于驱动所述U相第二IGBT导通的U相第二驱动电阻，所述U相第二驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述U相第二IGBT电连接。
7.根据权利要求6所述的半导体电路，其特征在于，
所述V相上桥臂包括V相第一IGBT和用于驱动所述V相第一IGBT导通的V相第一驱动电阻，所述V相第一驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述V相第一IGBT电连接；
所述V相下桥臂包括V相第二IGBT和用于驱动所述V相第二IGBT导通的V相第二驱动电阻，所述V相第二驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述V相第二IGBT电连接。
8.根据权利要求7所述的半导体电路，其特征在于，
所述W相上桥臂包括W相第一IGBT和用于驱动所述W相第一IGBT导通的W相第一驱动电阻，所述W相第一驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述W相第一IGBT电连接；
所述W相下桥臂包括W相第二IGBT和用于驱动所述W相第二IGBT导通的W相第二驱动电阻，所述W相第二驱动电阻的一端与所述驱动芯片电连接，另一端与所述W相第二IGBT电连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的半导体电路，其特征在于，还包括由树脂材料制成的塑封外壳，所述电路板、所述多个驱动功率模块和所述功率因数校正模块均位于所述塑封外壳内。
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