CN117423688B - 一种应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块 - Google Patents

Abstract

一种应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块，涉及半导体器件技术领域，包括：三引脚半桥结构、四引脚全桥结构、五引脚三相桥结构中至少一种；三引脚半桥结构包括：导电载片台，设有两个快恢复二极管，且一侧设有三个引脚；四引脚全桥结构包括：散热片，顶面设有四个导电载片支架，一侧设有四个引脚，一个导电载片支架设有两个第二快恢复二极管，两个导电载片支架上分别设有一个快恢复二极管；五引脚三相桥结构包括：金属底座，顶面设有两个导电载片支架，导电载片支架上分别设有三个快恢复二极管，金属底座上方设有还三个导电载片支架，其一端设有引脚。在保证续流功能的同时，完成分立器件的集成化，减少分立器件的数量。

Description

一种应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其与一种应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块相关。

背景技术

逆变电路是一种将直流信号转化为交流信号的一种电路结构，其通过控制电路中的开关管的导通与关断，将输入的直流信号转化为与开关频率相关的交变方波，进而转化为正弦交流信号。

逆变电路中所采用的开关管通常为IGBT（绝缘栅双极型晶体管），其是由BJT（双极型三极管）和MOS管（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，其兼具了MOSFET器件高输入阻抗和BJT器件低导通压降的优点，其驱动功率小、饱和压降低、电流密度高、功率增益高、开关速度较BJT器件更快。

在逆变电路中，开关器件需要并联一个二极管使用，逆变电路往往是电感负载，在电路中，电感电流无法突变，故而工作时电路中的电流必定为连续电流。对于IGBT器件而言，其自身无法反向导通，当IGBT关断时，无法形成电流环路时，电感电流仍存在，此时若无二极管的存在，无法实现电路的续流，IGBT可能会被损坏，故而逆变电路中使用的开关器件均与一个二极管并联使用。而在高速逆变电路中，开关管的开关速度往往较快，故而为保证电路工作性能，通常用快恢复二极管作为续流二极管。快恢复二极管在开关管关断时会作为续流二极管承载电路中的电流，在开关管开通时又将快恢复二极管的反向恢复电流添加到开关管上。故而快恢复二极管的性能对于逆变电路性能有着很大的影响，因此应用于逆变电路的快恢复二极管通常有很多要求。

首先，快恢复二极管需要较大的反向击穿电压，开关器件开启时，快恢复二极管工作在反向耐压状态，同时在反向恢复过程会存在一个反向恢复电源，故而在反向耐压或反向恢复过程发生雪崩击穿时，会使电源正负极直接导通，发生短路；其次，快恢复二极管需要较低的正向导通压降，导通压降过大时会在续流过程中产生更多的导通损耗，并使得逆变模块发热增加；最后，快恢复二极管反向恢复电流要低、恢复时间要短，否则会导致开关管承受过大电流失效。同时，过大的电流会导致逆变模块开关损耗增加，过长的恢复时间会影响逆变电路的输出频率。故而，一款高性能的快恢复二极管器件，对于逆变电路是非常重要的，在设计过程中，往往可以通过器件结构设计，在PIN二极管中掺金掺铂引入陷阱等方法实现快恢复能力。

在现有高速逆变电路的设计中，逆变电路往往只用了IGBT器件与快恢复续流二极管并联的结构，如图11所示的一种高速逆变电路所示。由于每个IGBT器件都需要并联一个快恢复二极管器件，而电路中往往存在较多的分立的IGBT器件，若每个IGBT器件都单独与一个快恢复二极管并联，会导致需要更多分立的封装器件，这不仅会导致需要更大的电路面积，同时也会对这个电路的散热有更大的要求。故而，将高性能的快恢复二极管利用封装技术集成在单个封装中，对于逆变电路也是一个非常重要的要求。

发明内容

针对上述相关现有技术的不足，本申请提供一种应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块，保证快恢复二极管续流功能的同时，完成分立器件的集成化，减少电路中分立器件的数量。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术：

一种应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块，包括三引脚半桥结构、四引脚全桥结构、五引脚三相桥结构中至少一种；

三引脚半桥结构包括：

导电载片台，一侧依次间隔设有第一正输入引脚、第一输出引脚、第一负输入引脚；

第一快恢复二极管，有两个，并列安装于导电载片台上，其中一个第一快恢复二极管正面为阳极，背面为阴极，且阳极通过导线与第一负输入引脚连接，阴极与导电载片台电性连接；其中另一个第一快恢复二极管正面为阴极，背面为阳极，且阳极与导电载片台电性连接，阴极通过导线与第一正输入引脚连接，导电载片台与第一输出引脚电气连接；

四引脚全桥结构包括：

第一金属封装支架，一侧依次间隔设有第二正输入引脚，两个第二输出引脚，第二负输入引脚，第一金属封装支架顶面依次排列有第一导电载片支架、第二导电载片支架、第三导电载片支架、第四导电载片支架，第一导电载片支架与第二正输入引脚电气连接，第二导电载片支架和第三导电载片支架分别与一个第二输出引脚电气连接、第四导电载片支架与第二负输入引脚电气相连；

第一导电载片支架两端分别设有一个第二快恢复二极管，两个第二快恢复二极管的阴极与第一导电载片支架电气连接，其中一个第二快恢复二极管的阳极通过导线与第二导电载片支架连接，其中另一个第二快恢复二极管的阳极通过导线与第三导电载片支架连接；

第二导电载片支架上设有阴极与之电气连接的第三快恢复二极管，第三快恢复二极管的阳极通过导线与第四导电载片支架连接，第三导电载片支架上设有阴极与之电气连接的第四快恢复二极管，第四快恢复二极管的阳极通过导线与第四导电载片支架连接；

五引脚三相桥结构包括：

第二金属封装支架，顶面设有两个共平面且互相平行的第五导电载片支架，其中一个第五导电载片支架上设有三个间隔排列且阴极与之电气连接的第五快恢复二极管，其中另一个第五导电载片支架上设有三个间隔排列且阳极与之电气连接的第六快恢复二极管；

第二金属封装支架上方还设有三个共平面且互相平行的第六导电载片支架，且第五导电载片支架与第六导电载片支架互相垂直，第六导电载片支架上设有两个触点，触点分别与两个第五导电载片支架上的第五快恢复二极管接触和第六快恢复二极管接触；

第六导电载片支架还设有第三输出引脚，其中一个第五导电载片支架一端设有第三正输入引脚，其中另一个第五导电载片支架一端设有第三负输入引脚。

进一步地，导电载片台远离引脚的另一侧设有第一安装孔，用于将导电载片台固定在第三金属封装支架上。

进一步地，第一导电载片支架和第四导电载片支架上均设有第二安装孔，第二导电载片支架和第三导电载片支架相对的一侧均设有弧形的凹槽，两个弧形的凹槽组成一个第三安装孔，用于将第一导电载片支架、第二导电载片支架、第三导电载片支架和第四导电载片支架固定在第一金属封装支架上。

进一步地，导线均采用金属导线。

进一步地，三引脚半桥结构、四引脚全桥结构、五引脚三相桥结构均包裹于塑封保护外壳中。

进一步地，触点的形状为圆锥状、柱状、长方体或横截面呈V型中的一种。

本发明有益效果在于：

保证快恢复二极管续流功能的同时，完成分立器件的集成化，减少电路中分立器件的数量；并且利用多种封装技术，将设计的快恢复二极管分立器件，集成封装在单个封装结构中，其在能实现二极管续流功能同时，减少封装成本，减小电路中的使用面积。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。

图1为本申请实施例的三引脚半桥结构的俯视图。

图2为本申请实施例的三引脚半桥结构的正视图。

图3为本申请实施例的三引脚半桥结构应用于逆变电路的示意图。

图4为本申请实施例的四引脚全桥结构的俯视图。

图5为本申请实施例的四引脚全桥结构的正视图。

图6为本申请实施例的四引脚全桥结构应用于逆变电路的示意图。

图7为本申请实施例的五引脚三相桥结构的未组装结构分离简示图。

图8为本申请实施例的五引脚三相桥结构的俯视图。

图9为本申请实施例的五引脚三相桥结构的正视图。

图10为本申请实施例的五引脚三相桥结构应用于逆变电路的示意图。

图11为一种逆变电路的应用电路示意图。

附图标记说明：1—导电载片台、2—第一快恢复二极管、3—第一金属封装支架、4—第二快恢复二极管、5—第三快恢复二极管、6—第四快恢复二极管、7—第二金属封装支架、8—第五快恢复二极管、9—第六快恢复二极管、101—第一正输入引脚、102—第一输出引脚、103—第一负输入引脚、104—第一安装孔、105—第一塑封保护外壳、301—第二正输入引脚、302—第二输出引脚、303—第二负输入引脚、304—第一导电载片支架、305—第二导电载片支架、306—第三导电载片支架、307—第四导电载片支架、308—第二安装孔、309—第三安装孔、310—第二塑封保护外壳、701—第五导电载片支架、702—第六导电载片支架、703—触点、704—第三输出引脚、705—第三正输入引脚、706—第三负输入引脚、707—第三塑封保护外壳。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1-图10所示，本申请实施例提供一种应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块，包括三引脚半桥结构、四引脚全桥结构、五引脚三相桥结构中至少一种。

如图1-图3所示，三引脚半桥结构包括：导电载片台1和并列安装于导电载片台1上的两个第一快恢复二极管2。

导电载片台1一侧依次间隔设有第一正输入引脚101、第一输出引脚102、第一负输入引脚103；其中一个第一快恢复二极管2正面为阳极，背面为阴极，且阳极通过导线与第一负输入引脚103连接，阴极与导电载片台1电性连接，其中另一个第一快恢复二极管2正面为阴极，背面为阳极，且阳极与导电载片台1连接，阴极通过导线与第一正输入引脚101连接，导电载片台1与第一输出引脚102连接。

并且，两个第一快恢复二极管2均通过导电粘接料焊接于导电载片台1上，导电粘接料可以采用银浆或者锡膏等。

具体地，导线可以采用金属导线，比如铝线、铜线等，导线一端连接第一快恢复二极管2正面的焊盘处，另一端连接第一正输入引脚101、第一负输入引脚103的键合位置，并且导线的连接方式为金属键合或焊接方式，其走线形成为拱形。

具体地，如图1所示，导电载片台1远离第一正输入引脚101的另一侧设有第一安装孔104，用于将导电载片台1固定在一个第三金属封装支架上，并且第一正输入引脚101、第一负输入引脚103与导电载片台1之间均具有间隔，以实现电气隔离。

具体地，如图1所示，在本结构中还包括第一塑封保护外壳105，用来覆盖两个第一快恢复二极管2、导电载片台1的正面和侧面，以及第一正输入引脚101、第一输出引脚102、第一负输入引脚103与导线的连接区域。

将逆变电路中的单桥中与IGBT器件并联的两个分立二极管集成为一个集成器件，在保证了电路中电气功能位置不变的同时减少逆变电路中分立器件的数量，增强散热能力；同时，运用快恢复二极管作为逆变电路的续流二极管，有助于降低反向恢复对逆变电路电气特性的影响。

如图4-图6所示，四引脚全桥结构包括第一金属封装支架3，其一侧依次间隔设有第二正输入引脚301，两个第二输出引脚302，第二负输入引脚303，第一金属封装支架3顶面依次排列有与第一导电载片支架304、第二导电载片支架305、第三导电载片支架306、第四导电载片支架307，第一导电载片支架304与第二正输入引脚301连接，第二导电载片支架305与第一个第二输出引脚302连接，第三导电载片支架306与第二个第二输出引脚302连接，第四导电载片支架307与第二负输入引脚303连接。

并且，第一导电载片支架304两端分别设有一个第二快恢复二极管4，两个第二快恢复二极管4的阴极均与第一导电载片支架304电气连接，其中一个第二快恢复二极管4的阳极通过导线与第二导电载片支架305连接，其中另一个第二快恢复二极管4的阳极通过导线与第三导电载片支架306连接，第二导电载片支架305上设有第三快恢复二极管5，并且第三快恢复二极管5的阴极通过软焊料，例如焊锡或银浆，焊接在第二导电载片支架305上完成电气连接，第三快恢复二极管5的阳极通过导线与第四导电载片支架307连接，第三导电载片支架306上设有第四快恢复二极管6，第四快恢复二极管6的阴极通过软焊料，例如焊锡或银浆，焊接在第三导电载片支架306上完成电气连接，第四快恢复二极管6的阳极通过导线与第四导电载片支架307连接。

具体地，如图4所示，第一导电载片支架304和第四导电载片支架307上均设有第二安装孔308，第二导电载片支架305和第三导电载片支架306相对的一侧均设有弧形的凹槽，两个弧形的凹槽组成一个第三安装孔309，用于将第一导电载片支架304、第二导电载片支架305、第三导电载片支架306和第四导电载片支架307固定在第一金属封装支架3上。

具体地，如图4所示，四引脚全桥结构还包括第二塑封保护外壳310，以覆盖第二快恢复二极管4、第三快恢复二极管5、第四快恢复二极管6、导线、第一导电载片支架304、第二导电载片支架305、第三导电载片支架306、第四导电载片支架307的正面和侧面，以及第二正输入引脚301、两个第二输出引脚302、第二负输入引脚303与第一导电载片支架304、第二导电载片支架305、第三导电载片支架306、第四导电载片支架307的连接区域，用以保护芯片内部结构。

将逆变电路中与IGBT开关器件并联的四个续流二极管分离器件，集成封装在一个四引脚封装结构中，在保证了电路中电气功能位置不变的同时减少逆变电路中分立器件的数量，同样的，运用快恢复二极管有效降低反向恢复时间对逆变电路的影响。

如图7-图10所示，五引脚三相桥结构包括第二金属封装支架7，其顶面设有两个共平面且互相平行的第五导电载片支架701，其中一个第五导电载片支架701上沿其长度方向设有三个间隔排列且阴极与之电气连接的第五快恢复二极管8，使三个第五快恢复二极管8形成并联，其中另一个第五导电载片支架701上沿其长度方向设有三个间隔排列且阳极与之电气连接的第六快恢复二极管9，使三个第六快恢复二极管9形成并联。

在第二金属封装支架7上方还设有三个共平面且互相平行的第六导电载片支架702，且第五导电载片支架701的长度方向与第六导电载片支架702的长度方向互相垂直，第六导电载片支架702上设有两个触点703，其中一个触点703与第五导电载片支架701上的第五快恢复二极管8的阳极接触，其中另一个触点703与另一个第五导电载片支架701上的第六快恢复二极管9的阴极接触，从而使一组对应的第五快恢复二极管8和第六快恢复二极管9完成串联。

第六导电载片支架702还设有第三输出引脚704，其中一个第五导电载片支架701一端设有第三正输入引脚705，其中另一个第五导电载片支架701一端设有第三负输入引脚706。

具体地，如图9所示，五引脚三相桥结构也包括一个第三塑封保护外壳707，除第三输出引脚704、第三正输入引脚705、第三负输入引脚706外，其余结构均包裹于第三塑封保护外壳707中。

具体地，如图7所示，触点703的形状为圆锥状、柱状、长方体或横截面呈V型中的一种，以便于触点703与第五快恢复二极管8之间保持良好的接触。

在使用四引脚全桥结构的逆变电路中，可采取两个三引脚半桥结构的快恢复续流二极管模块来代替；在使用五引脚三相桥结构的逆变电路中，可采取三个三引脚半桥结构的快恢复二极管续流模块来代替。

在使用三引脚半桥结构的逆变电路中，可仅使用四引脚全桥结构的单个输入引脚代替三引脚半桥结构；五引脚三相桥结构的逆变电路中，可采取单个三引脚半桥结构和单个四引脚全桥结构的组合，也可以采用两个四引脚全桥结构，其中一个仅使用单个输入引脚的方式，代替五引脚三相桥快恢复续流二极管模块。

在使用三引脚半桥结构的逆变电路中，可仅使用五引脚三相桥结构的单个输入引脚以代替三引脚半桥结构；在四引脚全桥结构的逆变电路中，可仅使用该五引脚三相桥结构的两个输入引脚以代替四引脚全桥结构。

并且，在实际应用过程中，也可以将三引脚半桥结构、四引脚全桥结构、五引脚三相桥结构同时使用，以适应相应的电路需求，将三种结构分别封装，然后进行组合即可。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块，其特征在于，包括四引脚全桥结构、五引脚三相桥结构中至少一种；

四引脚全桥结构包括：

第一金属封装支架（3），一侧依次间隔设有第二正输入引脚（301），两个第二输出引脚（302），第二负输入引脚（303），第一金属封装支架（3）顶面依次排列有第一导电载片支架（304）、第二导电载片支架（305）、第三导电载片支架（306）、第四导电载片支架（307），第一导电载片支架（304）与第二正输入引脚（301）电性连接，第二导电载片支架（305）和第三导电载片支架（306）分别与一个第二输出引脚（302）电性连接、第四导电载片支架（307）与第二负输入引脚（303）电性连接；

第一导电载片支架（304）两端分别设有一个第二快恢复二极管（4），两个第二快恢复二极管（4）的阴极与第一导电载片支架（304）电气连接，其中一个第二快恢复二极管（4）的阳极通过导线与第二导电载片支架（305）连接，其中另一个第二快恢复二极管（4）的阳极通过导线与第三导电载片支架（306）连接，

第二导电载片支架（305）上设有阴极与之电气连接的第三快恢复二极管（5），第三快恢复二极管（5）的阳极通过导线与第四导电载片支架（307）连接，第三导电载片支架（306）上设有阴极与之电气连接的第四快恢复二极管（6），第四快恢复二极管（6）的阳极通过导线与第四导电载片支架（307）连接；

五引脚三相桥结构包括：

第二金属封装支架（7），顶面设有两个共平面且互相平行的第五导电载片支架（701），其中一个第五导电载片支架（701）上设有三个间隔排列且阴极与之电气连接的第五快恢复二极管（8），其中另一个第五导电载片支架（701）上设有三个间隔排列且阳极与之电气连接的第六快恢复二极管（9）；

第二金属封装支架（7）上方还设有三个共平面且互相平行的第六导电载片支架（702），且第五导电载片支架（701）与第六导电载片支架（702）互相垂直，第六导电载片支架（702）上设有两个触点（703），触点（703）分别与两个第五导电载片支架（701）上的第五快恢复二极管（8）接触和第六快恢复二极管（9）接触；

第六导电载片支架（702）还设有第三输出引脚（704），其中一个第五导电载片支架（701）一端设有第三正输入引脚（705），其中另一个第五导电载片支架（701）一端设有第三负输入引脚（706）。

2.根据权利要求1所述的应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块，其特征在于，第一导电载片支架（304）和第四导电载片支架（307）上均设有第二安装孔（308），第二导电载片支架（305）和第三导电载片支架（306）相对的一侧均设有弧形的凹槽，两个弧形的凹槽组成一个第三安装孔（309），用于将第一导电载片支架（304）、第二导电载片支架（305）、第三导电载片支架（306）和第四导电载片支架（307）固定在第一金属封装支架（3）上。

3.根据权利要求1所述的应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块，其特征在于，导线均采用金属导线。

4.根据权利要求1所述的应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块，其特征在于，四引脚全桥结构、五引脚三相桥结构均包裹于塑封保护外壳中。

5.根据权利要求1所述的应用于高速逆变电路的快恢复续流二极管模块，其特征在于，触点（703）的形状为圆锥状、柱状、长方体或横截面呈V型中的一种。