CN115642569A

CN115642569A - 一种半导体电路

Info

Publication number: CN115642569A
Application number: CN202211472986.3A
Authority: CN
Inventors: 冯宇翔; 谢荣才
Original assignee: Guangdong Huixin Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Guangdong Huixin Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2022-11-21
Filing date: 2022-11-21
Publication date: 2023-01-24

Abstract

本发明提供了一种半导体电路，包括：驱动IC电路、与驱动IC电路连接的温度采集电路、与驱动IC电路连接的上下桥臂电路、以及PFC电路，PFC电路与驱动IC电路连接；温度采集电路包括上拉电阻和与上拉电阻连接的热敏电阻NTC，上拉电阻和热敏电阻NTC的一端分别与驱动IC电路的VTC端口连接，上拉电阻的另一端连接至VCC，热敏电阻NTC的另一端接地；模组内在PFC的功率元件附近，放置温度采集电路NTC，当温度采集电路采集到PFC电路的温度过高时，模组就会关断PFC功能，当模组的温度降下到一定温度后，模组会恢复PFC功能，让其可以正常工作。本发明的半导体电路温度控制效果好，可靠性高。

Description

一种半导体电路

技术领域

本发明涉及半导体电路技术领域，尤其涉及一种半导体电路。

背景技术

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。

现有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。智能功率模组，是两个或两个以上的智能功率模块集成在一起。由于智能功能率模组的功能不一样，它的外形结构，管脚排列一般都不一样。目前智能功率模组是两个或两个以上的智能功率模块集成在一起。功率模组的特点：多个功能模块封装在一起，集成度高，封装小。

然而，功率模块是热发体，在正常使用时会发热，当模块的温度高到一定程度，会对模块生产一定的影响，严重时会爆炸，影响模块正常使用，长期工作在高温下，也会影响其工作受命。当功率模组集成了两个或两个以上的智能功率模块，相当于把多个热发体封装一起，这样发热量会更集中，相互影响，导致温度过高烧坏功率模块，安全性差。

发明内容

针对以上相关技术的不足，本发明提出一种自带温度检测保护功能的半导体电路。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种半导体电路，包括：驱动IC电路、与所述驱动IC电路连接的温度采集电路、与所述驱动IC电路连接的上下桥臂电路、以及PFC电路，所述PFC电路与所述驱动IC电路连接；

所述温度采集电路包括上拉电阻和与所述上拉电阻连接的热敏电阻NTC，所述上拉电阻和所述热敏电阻NTC的一端分别与所述驱动IC电路的VTC端口连接，所述上拉电阻的另一端连接至VCC，所述热敏电阻NTC的另一端接地。

优选的，所述驱动IC电路包括集成7通道的驱动IC芯片、分别与所述驱动IC芯片连接的RC滤波电路、低通滤波器、电平转换电路、与门、脉冲驱动电路、第一脉冲驱动MOS管、第二脉冲驱动MOS管、温度采集处理电路、以及故障逻辑控制电路；

所述RC滤波电路依次与所述低通滤波器、所述电平转换电路、所述与门及所述脉冲驱动电路；所述第一脉冲驱动MOS管的栅极和所述第二脉冲驱动MOS管的栅极分别连接所述脉冲驱动电路，所述第一脉冲驱动MOS管的源极与所述第二脉冲驱动MOS管的漏极连接，所述第一脉冲驱动MOS管的漏极连接VCC，所述第二脉冲驱动MOS管的源极接地；所述第一脉冲驱动MOS管和所述第二脉冲驱动MOS之间连接至所述PFC电路的输出端，所述RC滤波电路连接至所述PFC电路的输入端；

所述温度采集处理电路的第一端与所述故障逻辑控制电路的第一端连接，所述温度采集处理电路的第二端连接所述VTC端口，所述故障逻辑控制电路的第二端连接至所述与门。

优选的，所述温度采集处理电路包括串联的第一电阻、第二电阻、第三电阻、比较器、以及并联于所述第三电阻的MOS管；所述比较器的第一端连接所述VTC端口，所述比较器的第二端连接所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述比较器的第三端连接至所述故障逻辑控制电路，所述MOS管的源极和漏极分别连接所述第三电阻的两端，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的栅极连接所述故障逻辑控制电路。

优选的，所述PFC电路包括IGBT1管、与所述IGBT1管串联的二极管D1、以及与所述IGBT1管并联的二极管D2；所述IGBT1管的基极连接至所述驱动IC电路，所述二极管D1的正极、所述二极管D2的负极分别连接至所述IGBT1管的集电极，所述二极管D2的正极连接至所述IGBT1管的发射极。

优选的，所述上下桥臂电路包括多个上桥臂和多个下桥臂，多个上桥臂分别与多个下桥臂连接，所述多个上桥臂、所述多个下桥臂分别连接至所述驱动IC电路。

优选的，所述半导体电路还包括多个自举电容，所述多个自举电容分别连接至所述驱动IC电路。

优选的，所述半导体电路还包括滤波电容，所述多个滤波电容分别连接至所述驱动IC电路。

优选的，所述集成7通道的驱动IC芯片包括高侧驱动电路3通道、低侧驱动电路3通道和1通道PFCIGBT驱动。

与相关技术相比，本发明通过温度采集电路、上下桥臂电路、PFC电路分别与所述驱动IC电路连接；所述温度采集电路包括上拉电阻和与所述上拉电阻连接的热敏电阻NTC，所述上拉电阻和所述热敏电阻NTC的一端分别与所述驱动IC电路的VTC端口连接，所述上拉电阻的另一端连接至VCC，所述热敏电阻NTC的另一端接地。这样使得模组带有温度检测保护功能，检测模组自身温度，当温度过高时，模块的温度保护功能，会关闭模组的PFC功能，减小模组的热量，使得模组可以在正常运行的温度范围内，保护证模组还用正常使用，不至于由于模组温度过高，而出现烧坏，影响整个电控系统的工作。当模组温度降低到一定程度后，温度保护功能会恢复模组的PFC功能。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：

图1为本发明半导体电路的电路图；

图2为本发明半导体电路的结构示意图；

图3为本发明温度采集电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。

实施例一

如图1-3所示，本发明提供一种半导体电路，包括：驱动IC电路1004、与所述驱动IC电路1004连接的温度采集电路1013、与所述驱动IC电路1004连接的上下桥臂电路(A桥、B桥和C桥)、以及PFC电路1001，所述PFC电路1001与所述驱动IC电路1004连接。所述温度采集电路1013包括上拉电阻1011和与所述上拉电阻1011连接的热敏电阻NTC，所述上拉电阻1011和所述热敏电阻NTC的一端分别与所述驱动IC电路1004的VTC端口连接，所述上拉电阻1011的另一端连接至VCC，所述热敏电阻NTC的另一端接地。

具体的，PFC功能是受模组温度控制，模组内在PFC的功率元件附近，放置温度采集电路NTC，当温度采集电路采集到PFC电路1001的温度过高时，模组就会关断PFC功能，但这时三相逆变驱动功能是可以正常工作的，当模组的温度降下到一定温度后，模组会恢复PFC功能，让其可以正常工作。

模组内部设置温度采集电路1013，采集电路1013主要由上拉电阻10111011和NTC组成。温度采集电路1013原理：NTC是负温度系数，当温度越高，NTC的阻值就越大，上拉电阻10111011一端接VCC，另一端与NTC连接，NTC的另一端接地(VSS),上拉电阻1011与NTC形成分压电路，其分压点的电压VTC，会随着NTC的阻值变化(温度变化)而变化，达到模组温度采集的效果。温度采集电路1013采集到的温度VTC输入驱动IC电路1004的VTC，驱动IC电路1004内部的温度保护处理功能电路做相应的温度保护，同时，VTC也通过模组的VTC 34脚传输组外部控制系统，让系统做出相应的处理。

在本实施例中，所述驱动IC电路1004包括集成7通道的驱动IC芯片(HVIC)、分别与所述驱动IC芯片连接的RC滤波电路5002、低通滤波器5004、电平转换电路5005、与门5013、脉冲驱动电路5014、第一脉冲驱动MOS管5015、第二脉冲驱动MOS管5016、温度采集处理电路5006、以及故障逻辑控制电路5012。

所述RC滤波电路5002依次与所述低通滤波器5004、所述电平转换电路5005、所述与门5013及所述脉冲驱动电路5014；所述第一脉冲驱动MOS管5015的栅极和所述第二脉冲驱动MOS管5016的栅极分别连接所述脉冲驱动电路5014，所述第一脉冲驱动MOS管5015的源极与所述第二脉冲驱动MOS管5016的漏极连接，所述第一脉冲驱动MOS管5015的漏极连接VCC，所述第二脉冲驱动MOS管5016的源极接地；所述第一脉冲驱动MOS管5015和所述第二脉冲驱动MOS之间连接至所述PFC电路1001的输出端，所述RC滤波电路5002连接至所述PFC电路1001的输入端。

所述温度采集处理电路5006的第一端与所述故障逻辑控制电路5012的第一端连接，所述温度采集处理电路5006的第二端连接所述VTC端口，所述故障逻辑控制电路5012的第二端连接至所述与门5013。

具体的，RC滤波电路，全称电阻-电容电路(英语：Resistor-Capacitancecircuit)，RC电路由一个电阻器和一个电容器组成的无源抗干扰性强的滤波电路。用于去掉输入信号中不必要的高频成分，去除高频干扰。

施密特触发器(SCHMITT)，PWM IN、ITRIP、TVC、EN都需让输入信号首先经过施密特触发器，过滤输入电路的电平噪声，逻辑0最大值0.8V，逻辑1最小值2.9V。

5004低通滤波器(TWIN FILTER)，为了过滤输入电路高频噪声，同时为了给VB足够的充电时间，避免被驱动的后端电路工作在VB电压不足的状态(这样会使后端电路效率降低)，需要限定输入信号的频率范围，对过高频率的信号进行过滤。一般600KHz～700KHz以上的信号应被滤去。

5005VREG-VCC电平转换电路(VREG 2VCC LEVEL SHIFT)，HVIC是MOS电路，电流很小，但VREG的电流能力有限，不能带动过多的电路，在进行了施密特触发和低通滤波后，一般先进行电压转换，驱动电压由VREG转成VCC。

5014脉冲驱动电路(PULSE GEN)，脉冲驱动电路(PULSE GEN)在PFCIN信号的上升沿和下降沿分别产生脉冲，PFCIN信号的上升沿生产的脉冲驱动MOS管5015，PFCIN信号的下降沿生产的脉冲驱动MOS管5016，得到PFC电路1001IGBT的驱动信号PFCOUT，实现PFC IGBT驱动。

在本实施例中，所述温度采集处理电路5006包括串联的第一电阻5007、第二电阻5008、第三电阻5009、比较器、以及并联于所述第三电阻5009的MOS管5010；所述比较器的第一端连接所述VTC端口，所述比较器的第二端连接所述第一电阻5007和所述第二电阻5008之间，所述比较器的第三端连接至所述故障逻辑控制电路，所述MOS管5010的源极和漏极分别连接所述第三电阻5009的两端，所述MOS管5010的源极接地，所述MOS管5010的栅极连接所述故障逻辑控制电路。

具体的，温度采集处理电路5006是由比较器(CMP)、MOS管5010、分压电阻(5007-5009)、基准电压5011、逻辑电路5012组成，温度检测VTC信号输入到比较器的正输入端，VREF通过分压第一电阻5007、第二电阻5008、第三电阻5009分压后，得到分压点5011的基准电压信号输入比较器的负输入端；MOS管5010的D端与第二电阻5008和第三电阻5009连接端相连，S端与第三电阻5009一端相连接到地。比较器的输出端接到逻辑电路，逻辑电路输出接到与门的输入端，同时反馈输出信号控制MOS管，MOS管与分压电阻5009并联，控制MOS管的通断，以改变基准电压5011，形成一个滞回效果。

温度采集处理电路工作原理：

模组开始工作，模组会发热，VTC随着模组的温度越来高，VTC的电压信号会，越来越小，当VTC的电压小于基准电压5011时，比较器会输出低电平，故障逻辑电路5012接收比较器的低电平(PFC没有其他故障信号)，故障逻辑电路5012会输出低电平给与门5013，关断PFC驱动信号PFCIN，关掉模组的PFC功能，减小模组的发热源，以达到给模组降低温度效果。同时，故障逻辑电路5012会输出反馈信号，开通MOS管5010，使得电阻5009被短路，从而使分压点5011的基准电压信号升高，PFC功能关断，模组的发热源减少，模组的温度会慢慢降低，VTC的电压信号会随着模组温度的降低而升高，当VTC大于这时的分压点5011的基准电压信号时，比较器会输出高电平，故障逻辑电路5012接收比较器的高电平(PFC没有其他故障信号)，故障逻辑电路5012会输出高电平给与门5013，恢复PFC驱动信号PFCIN，恢复模组的PFC功能。如果模组的应用系统的散热效果不是很好，模组工件时出现高温，模组就会进入上述温度保护功能，保护模组及整个电控系统。当然如果模组的应用系统的散热效果非常很好，模组就不会进入上述温度保护。

在本实施例中，所述PFC电路1001包括IGBT1管、与所述IGBT1管串联的二极管D11003、以及与所述IGBT1管并联的二极管D21002；所述IGBT1管的基极连接至所述驱动IC电路1004，所述二极管D11003的正极、所述二极管D21002的负极分别连接至所述IGBT1管的集电极，所述二极管D21002的正极连接至所述IGBT1管的发射极。

在本实施例中，所述上下桥臂电路包括多个上桥臂和多个下桥臂，多个上桥臂分别与多个下桥臂连接，所述多个上桥臂、所述多个下桥臂分别连接至所述驱动IC电路1004。具体的，上桥臂包括上桥臂A、上桥臂B和上桥臂C，下桥臂包括下桥臂A、下桥臂B和下桥臂C。

在本实施例中，所述半导体电路还包括多个自举电容1005，所述多个自举电容1005分别连接至所述驱动IC电路1004。

在本实施例中，所述半导体电路还包括滤波电容，所述多个滤波电容分别连接至所述驱动IC电路1004。

在本实施例中，所述集成7通道的驱动IC芯片包括高侧驱动电路3通道、低侧驱动电路3通道和1通道PFCIGBT驱动。

具体的，7通道驱动HVIC 1004，包括高侧驱动电路3通道，低侧驱动电路3通道，1通道PFC IGBT驱动。

所述高侧驱动电路内部包含高侧欠压保护电路和自举电路，实现高侧驱动欠压保护功能和自举供电功能。

高侧驱动电路与低侧驱动电路之间连接互锁和死区电路实现互锁和死区功能。

电源电路包括5V LDO电路和1.2V BANDGAP电路，给HVIC内部所有电路和外部电路供给5V电压，给HVIC以及外部电路提供稳定的1.2V电压基准。

电源电路与电源欠压保护电路连接，实现电源欠压保护功能。

PFC IGBT驱动电路主要包括：温度保护电路、逻辑电路及驱动电路。

HVIC内部还包含使能电路，实现使能功能；过流保护电路实现过流保护功能；过压保护电路实现过压保护功能。

报错电路当内部出现欠压、过流、过压、过温等情况时，对外输出报错信号。

本实施例中，集成7通道驱动HVIC1004的PFCOUT\HO1\HO2\HO3\LO1\LO2\LO3端口分别通过IGBT1\TGBT2\IGBT3\IGBT4\IGBT5\IGBT6\IGBT7 1001的G端口连接，IGBT 1001的C端口与FRD 1002的CN端口和FRD 1003的AN端口连接，IGBT 1001的E端口与FRD 1002的AN端口连接，7通道驱动HVIC1004的VB1\VS1,VB2\VS2,VB3\VS3分别与自举电容1005连接；

7通道驱动HVIC 1004的RCIN与RC时间常数的R 1006、C 1007连接点1008相连接，R1006的另一端与VDD相连接，C 1007的另一端与VSS相连接；

PFC IGBT1 1001的C端口引出作为IPM的第1脚PFC1端口；

VB3引出作为IPM的第4脚VB3端口；

C桥上桥臂IGBT与下桥臂IGBT的连接点引出作为IPM的第5脚W，VS3端口；VB2引出作为IPM的第8脚VB2端口。B桥上桥臂IGBT与下桥臂IGBT的连接点引出作为IPM的第9脚V，VS2端口。

VB1引出作为IPM的第12脚VB1端口；A桥上桥臂IGBT与下桥臂IGBT的连接点引出作为IPM的第13脚U，VS1端口。PFC FRD 1003的CN端口端引出作为IPM的第16脚VCC1端口；上桥臂IGBT2\IGBT4\IGBT6 1001的C端口引出作为IPM的第17脚VCC2端口。PFC IGBT1 1001的E端口引出作为IPM的第20脚-VCC端口；下桥臂IGBT3\IGBT5\IGBT7 1001的E端口引出分别作为IPM的第21脚U-、第22脚V-、第23脚W-端口。

HIN1引出作为IPM的第24脚HIN1端口；HIN2引出作为IPM的第25脚HIN2端口；HIN3引出作为IPM的第26脚HIN3端口；LIN1引出作为IPM的第27脚LIN1端口；LIN2引出作为IPM的第28脚LIN2端口；LIN3引出作为IPM的第29脚LIN3端口；PFCIN引出作为IPM的第30脚PFCIN端口；FLT引出作为IPM的第31脚FLT端口。

PFCTRIP与滤波电容1009的一端连接，并引出作为IPM的第32脚PFCTRIP端口，滤波电容1009的另一端与VSS连接；

ITRIP与滤波电容的1010一端连接，并引出作为IPM的第33脚ITRIP端口，滤波电容1010的另一端与VSS连接。

VTC引出作为IPM的第34脚VTC端口；VTC与温度传感器热敏电阻NTC的一端和上拉电阻1011连接，上拉电阻1011的另一端与VCC连接，热敏电阻NTC的另一端与VSS连接；

VDD与VSS之间接入滤波电容1012；VDD引出作为IPM的第35脚VDD端口；VSS引出作为IPM的第36脚VSS端口。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种半导体电路，其特征在于，包括：驱动IC电路、与所述驱动IC电路连接的温度采集电路、与所述驱动IC电路连接的上下桥臂电路、以及PFC电路，所述PFC电路与所述驱动IC电路连接；

2.如权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述驱动IC电路包括集成7通道的驱动IC芯片、分别与所述驱动IC芯片连接的RC滤波电路、低通滤波器、电平转换电路、与门、脉冲驱动电路、第一脉冲驱动MOS管、第二脉冲驱动MOS管、温度采集处理电路、以及故障逻辑控制电路；

3.如权利要求2所述的半导体电路，其特征在于，所述温度采集处理电路包括串联的第一电阻、第二电阻、第三电阻、比较器、以及并联于所述第三电阻的MOS管；所述比较器的第一端连接所述VTC端口，所述比较器的第二端连接所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述比较器的第三端连接至所述故障逻辑控制电路，所述MOS管的源极和漏极分别连接所述第三电阻的两端，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的栅极连接所述故障逻辑控制电路。

4.如权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述PFC电路包括IGBT1管、与所述IGBT1管串联的二极管D1、以及与所述IGBT1管并联的二极管D2；所述IGBT1管的基极连接至所述驱动IC电路，所述二极管D1的正极、所述二极管D2的负极分别连接至所述IGBT1管的集电极，所述二极管D2的正极连接至所述IGBT1管的发射极。

5.如权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述上下桥臂电路包括多个上桥臂和多个下桥臂，多个上桥臂分别与多个下桥臂连接，所述多个上桥臂、所述多个下桥臂分别连接至所述驱动IC电路。

6.如权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述半导体电路还包括多个自举电容，所述多个自举电容分别连接至所述驱动IC电路。

7.如权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述半导体电路还包括滤波电容，所述多个滤波电容分别连接至所述驱动IC电路。

8.如权利要求2所述的半导体电路，其特征在于，所述集成7通道的驱动IC芯片包括高侧驱动电路3通道、低侧驱动电路3通道和1通道PFCIGBT驱动。