CN208157400U - 功率模块及电器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了功率模块及电器。该功率模块包括：基板；绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管设置在所述基板上；以及电阻温度传感单元，所述电阻温度传感单元设置在所述绝缘栅双极型晶体管远离所述基板的一侧，且所述电阻温度传感单元在所述基板上的投影，覆盖所述绝缘栅双极型晶体管所在的区域，所述绝缘栅双极型晶体管以及所述电阻温度传感单元之间填充有塑封料。由此，该电阻温度传感单元可以对该功率模块的所有区域进行监控，不受基板布线的影响，实现对功率模块全方位的保护，并且可以对该功率模块温度最热的位置进行监控，实现对功率模块高效的保护，防止功率模块因过热而发生损坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及电器制造领域，具体地，涉及功率模块及电器。
背景技术
功率模块是以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为内核的先进混合集成功率部件，由高速低功耗管芯、优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成。功率模块内的绝缘栅双极型晶体管的管芯一般选用高速型的，而且驱动电路紧靠绝缘栅双极型晶体管，驱动延时小，所以功率模块开关速度快、损耗小。
然而，目前的功率模块及电器仍有待改进。
实用新型内容
本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：
目前，功率模块仍存在因模块内过热而导致的模块损坏等问题。具体的，功率模块内部绝缘栅双极型晶体管反复开通和关断，发热严重，造成功率模块遭受热冲击，如果功率模块的内部线路出现短路，热量无法迅速散去，功率模块内的热应力将会急剧增加，导致功率模块发生热变形，严重时引起模块爆炸。为避免功率模块运行过程中温度过高，现有技术一般采用在功率模块内部增加热敏电阻的方法，利用热敏电阻对功率模块的运行温度进行实时监控，当热敏电阻所在位置的温度超过设定温度时，功率模块启动相应的过温保护机制，防止功率模块因过热发生损坏。
然而发明人发现，采用热敏电阻对功率模块内部工作温度进行监控虽然可以实现实时快速监测，但由于受功率模块基板布线的影响，无法对功率模块内部所有区域的温度进行监控，监测效果较差，如果功率模块的布线区域发生过热，利用上述方法无法启动过温保护机制，导致功率模块因过热而发生损坏，进而无法实现对功率模块全方位的保护。此外，上述方法所采用的热敏电阻的放置位置一般不是功率模块运行时的温度最高点，所以当热敏电阻监测到的温度达到设定温度时，功率模块的最高发热位置已经发生过热，进而无法有效的对功率模块进行保护。
本实用新型旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中的至少一个。
在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种功率模块。该功率模块包括：基板；绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管设置在所述基板上；以及电阻温度传感单元，所述电阻温度传感单元设置在所述绝缘栅双极型晶体管远离所述基板的一侧，且所述电阻温度传感单元在所述基板上的投影，覆盖所述绝缘栅双极型晶体管所在的区域，所述绝缘栅双极型晶体管以及所述电阻温度传感单元之间填充有塑封料。由此，该电阻温度传感单元可以对该功率模块的所有区域进行监控，不受基板布线的影响，实现对功率模块全方位的保护，并且可以对该功率模块温度最热的位置进行监控，实现对功率模块高效的保护，防止功率模块因过热而发生损坏。
具体的，所述绝缘栅双极型晶体管以及所述电阻温度传感单元被所述塑封料包覆。由此，可以防止外界水汽对电阻温度传感单元的腐蚀，从而避免外界环境影响电阻温度传感单元感应功率模块温度变化的灵敏度。
具体的，所述塑封料设置在所述绝缘栅双极型晶体管远离所述基板的一侧，所述电阻温度传感单元设置在所述塑封料远离所述绝缘栅双极型晶体管一侧的表面上，所述电阻温度传感单元未与所述塑封料接触的表面被密封胶封装。由此，可以防止外界水汽对电阻温度传感单元的腐蚀，从而避免外界环境影响电阻温度传感单元感应功率模块温度变化的灵敏度。
具体的，所述电阻温度传感单元与所述绝缘栅双极型晶体管对应设置。由此，该电阻温度传感单元可以感应功率模块中温度最高点对应位置处的温度，实现对功率模块的高效保护。
具体的，该功率模块进一步包括：连接引线，所述连接引线设置在所述基板上且与所述绝缘栅双极型晶体管相连，所述电阻温度传感单元在所述基板上的投影，进一步覆盖所述连接引线所在的区域。由此，该电阻温度传感单元可以覆盖整个功率模块表面，实现对功率模块整体温度的监控，从而可以实现对功率模块全方位的保护，避免了热敏电阻只能对功率模块内部某一点区域温度进行监测的局限性。
具体的，该功率模块包括多个所述绝缘栅双极型晶体管以及多个所述电阻温度传感单元，且所述绝缘栅双极型晶体管以及所述电阻温度传感单元一一对应设置。由此，该电阻温度传感单元可以感应功率模块中温度最高点对应位置处的温度，进一步实现对功率模块的高效保护。
具体的，该功率模块包括多个所述绝缘栅双极型晶体管，所述电阻温度传感单元在所述基板上的投影，覆盖多个所述绝缘栅双极型晶体管所在的区域。由此，可以进一步实现对功率模块全方位的保护。
具体的，所述电阻温度传感单元为电阻应变片，所述电阻应变片为弯曲状结构或者螺旋状结构。由此，可以通过电阻应变片实现对功率模块全方位以及高效的保护。
具体的，该功率模块进一步包括：检测单元，所述检测单元与所述电阻温度传感单元相连；控制单元，控制单元与所述检测单元相连；调节单元，所述调节单元分别与所述绝缘栅双极型晶体管以及所述控制单元相连。由此，控制单元可以通过检测单元的检测结果向调节单元发出控制指令，以便调节功率模块的运行功率，实现对功率模块的保护。
在本实用新型的另一方面，本实用新型提出了一种电器。根据本实用新型的实施例，该电器包括前面所述的功率模块，由此，该电器具有前面所述的功率模块的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电器具有良好的使用性能。
附图说明
图1显示了根据本实用新型一个实施例的功率模块的结构示意图；
图2显示了现有技术中功率模块的结构示意图；
图3显示了根据本实用新型一个实施例的功率模块的结构示意图；
图4显示了根据本实用新型另一个实施例的功率模块的结构示意图；
图5显示了根据本实用新型另一个实施例的功率模块的结构示意图；
图6显示了根据本实用新型另一个实施例的功率模块的结构示意图；
图7显示了根据本实用新型另一个实施例的功率模块的结构示意图；
图8显示了根据本实用新型另一个实施例的功率模块的结构示意图；
图9显示了根据本实用新型另一个实施例的功率模块的结构示意图；
图10显示了根据本实用新型另一个实施例的功率模块的结构示意图；
图11显示了根据本实用新型另一个实施例的功率模块的结构示意图；
图12显示了根据本实用新型另一个实施例的功率模块的结构示意图；以及
图13显示了根据本实用新型一个实施例的功率模块的部分结构示意图。
附图标记：
100：基板；200：绝缘栅双极型晶体管；300：电阻温度传感单元；400：塑封料；500：密封胶；600：热敏电阻；10：连接引线；20：引脚。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种功率模块。根据本实用新型的实施例，参考图1，该功率模块包括：基板100、绝缘栅双极型晶体管200以及电阻温度传感单元300。其中，绝缘栅双极型晶体管200设置在基板100上，电阻温度传感单元300设置在绝缘栅双极型晶体管200远离基板100的一侧，且电阻温度传感单元300在基板100上的投影(图1中所示出的虚线区域)，覆盖绝缘栅双极型晶体管200所在的区域，绝缘栅双极型晶体管200以及电阻温度传感单元300之间填充有塑封料400。由此，该电阻温度传感单元可以对该功率模块的所有区域进行监控，不受基板布线的影响，实现对功率模块全方位的保护，并且可以对该功率模块温度最热的位置进行监控，实现对功率模块高效的保护，防止功率模块因过热而发生损坏。
为了便于理解，下面首先对根据本实用新型实施例的功率模块进行简单说明：
如前所述，为了避免功率模块运行过程中温度过高，现有技术一般采用在功率模块内部增加热敏电阻的方法。现有技术中功率模块的结构参考图2，功率模块包括：基板100、绝缘栅双极型晶体管200、热敏电阻600以及引脚20。其中，绝缘栅双极型晶体管200以及热敏电阻600均设置在基板100上，且热敏电阻600设置在基板100未设置有绝缘栅双极型晶体管200以及连接引线(图中未示出)的位置。发明人发现，采用热敏电阻对功率模块内部工作温度进行监控存在以下缺点：一方面，热敏电阻只能对功率模块的某一点区域进行监测，监测效果较差，如果功率模块的布线区域发生过热，利用热敏电阻无法启动过温保护机制，导致功率模块因过热而发生损坏，进而无法实现对功率模块全方位的保护。另一方面，热敏电阻的放置位置一般不是功率模块运行时的温度最高点(绝缘栅双极型晶体管所在的区域)，所以当热敏电阻监测到的温度达到设定温度时，功率模块的最高发热位置已经发生过热，进而无法有效的对功率模块进行保护。
根据本实用新型的实施例，通过在功率模块内部集成电阻温度传感单元，该电阻温度传感单元可以覆盖整个功率模块表面，从而可以实现对功率模块整体温度变化的监控，不受基板布线的限制，避免了热敏电阻只能对功率模块内部某一点区域温度进行监测的局限性，并且该电阻温度传感单元可以对功率模块内部最热区域进行监控，可以有效的对功率模块进行保护。
下面根据本实用新型的具体实施例，对该功率模块的各个结构进行详细说明：
根据本实用新型的实施例，电阻温度传感单元300设置在绝缘栅双极型晶体管200远离基板100的一侧，也即是说，电阻温度传感单元300未设置在基板100上，由此，可以不受基板上布线的影响，从而实现对功率模块内部所有区域温度变化的监控，提高对功率模块的保护效率。
关于电阻温度传感单元的具体位置不受特别限制，只要能够实现对功率模块内部整体温度的监控即可。例如，根据本实用新型的一些优选实施例，参考图3，绝缘栅双极型晶体管200以及电阻温度传感单元300被塑封料400包覆，且电阻温度传感单元300在基板100上的投影，覆盖绝缘栅双极型晶体管200所在的区域。也即是说，电阻温度传感单元300设置在由塑封料400构成的封装体的内部，由此，该电阻温度传感单元可以实时监测功率模块内部的温度变化，且不受基板上布线的影响，可以对功率模块内部所有区域的温度变化进行监控，从而实现对功率模块全方位以及高效的保护。此外，将电阻温度传感单元300设置在封装体的内部，还可以防止外界水汽对电阻温度传感单元的腐蚀，从而避免外界环境影响电阻温度传感单元感应功率模块温度变化的灵敏度。
根据本实用新型的另一些优选实施例，参考图4，塑封料400设置在绝缘栅双极型晶体管200远离基板100的一侧，电阻温度传感单元300设置在塑封料400远离绝缘栅双极型晶体管200一侧的表面上，且电阻温度传感单元300未与塑封料400接触的表面被密封胶500密封，且电阻温度传感单元300在基板100上的投影，覆盖绝缘栅双极型晶体管200所在的区域。由此，该电阻温度传感单元可以实时监测功率模块内部的温度变化，且不受基板上布线的影响，可以对功率模块内部所有区域的温度变化进行监控，从而实现对功率模块全方位以及高效的保护，并且还可以防止外界水汽对电阻温度传感单元的腐蚀，从而避免外界环境影响电阻温度传感单元感应功率模块温度变化的灵敏度。需要说明的是，“电阻温度传感单元未与塑封料接触的表面”是指电阻温度传感单元暴露在外的表面。
如前所述，绝缘栅双极型晶体管在工作过程中反复开通和关断，产生大量的热量，使功率模块受到热冲击，严重的可以使功率模块发生爆裂。根据本实用新型的实施例，电阻温度传感单元300在基板100上的投影，覆盖绝缘栅双极型晶体管200所在的区域。由此，可以利用电阻温度传感单元监测绝缘栅双极型晶体管发热区域的温度，进而实现对功率模块的保护。
关于电阻温度传感单元与绝缘栅双极型晶体管的位置对应关系不受特别限制，只要满足上述条件即可，本领域技术人员可以根据具体情况进行设计。例如，根据本实用新型的一些优选实施例，参考图5以及图6，该功率模块还可以包括连接引线10，连接引线10设置在基板100上且与绝缘栅双极型晶体管200相连，电阻温度传感单元300与绝缘栅双极型晶体管200对应设置。也即是说，电阻温度传感单元300只与绝缘栅双极型晶体管200相对应。由此，该电阻温度传感单元可以感应功率模块中温度最高点对应位置处的温度，实现对功率模块的高效保护。
根据本实用新型的另一些优选实施例，参考图7以及图8，该功率模块还可以包括连接引线10，连接引线10设置在基板100上且与绝缘栅双极型晶体管200相连，电阻温度传感单元300在基板100上的投影，进一步覆盖连接引线10所在的区域。也即是说，电阻温度传感单元300不仅覆盖绝缘栅双极型晶体管200所在的区域，还同时覆盖连接引线10所在的区域。由此，该电阻温度传感单元可以覆盖整个功率模块表面，实现对功率模块整体温度的监控，从而可以实现对功率模块全方位的保护，避免了热敏电阻只能对功率模块内部某一点区域温度进行监测的局限性。
根据本实用新型的实施例，参考图9以及图10，该功率模块包括多个绝缘栅双极型晶体管200以及多个电阻温度传感单元300，且电阻温度传感单元300与绝缘栅双极型晶体管200一一对应设置。由此，该电阻温度传感单元可以感应功率模块中温度最高点对应位置处的温度，进一步实现对功率模块的高效保护。并且，一一对应设置的电阻温度传感单元300与绝缘栅双极型晶体管200可以实现对每一个绝缘栅双极型晶体管200的发热情况均进行检测，进而可以在某一个绝缘栅双极型晶体管200过热时，有针对性的对该绝缘栅双极型晶体管200进行调控。
根据本实用新型的另一些实施例，参考图11以及图12，该功率模块包括多个绝缘栅双极型晶体管200，电阻温度传感单元300在基板100上的投影，覆盖多个绝缘栅双极型晶体管200所在的区域。由此，可以进一步实现对功率模块全方位的保护。根据本实用新型的实施例，该功率模块还可以包括多个引脚20，以便功率模块与其他器件的连接。
根据本实用新型的实施例，该功率模块还可以包括：检测单元、控制单元以及调节单元(图中未示出)，其中，检测单元与电阻温度传感单元相连，控制单元与检测单元相连，调节单元分别与绝缘栅双极型晶体管以及控制单元相连。由此，控制单元可以通过检测单元的检测结果向调节单元发出控制指令，以便调节功率模块的运行功率，实现对功率模块的保护。
本领域技术人员能够理解的是，测温装置未设置在基板上，不能直接对功率模块的发热点的温度进行监测。根据本实用新型的实施例，电阻温度传感单元300设置在绝缘栅双极型晶体管200远离基板100的一侧，电阻温度传感单元300的电阻值会因为温度的变化而发生变化。关于电阻温度传感单元的电阻值因温度变化而变化的具体方式不受特别限制，例如，根据本实用新型的具体实施例，功率模块内部温度过高会引起热应变，电阻温度传感单元可以通过对功率模块内部热应变的感应使其电阻值发生变化，由此，可以利用电阻温度传感单元间接监测功率模块内部的温度。也即是说，现有技术中的热敏电阻可以直接监测功率模块内部的温度，而根据本实用新型实施例的电阻温度传感单元可以通过对功率模块内部热应变的感应间接监测其内部的温度，一方面可以实现对功率模块内部温度的监控，另一方面可以对功率模块内部所有区域的温度进行监控，从而提高对功率模块的保护效率。
根据本实用新型的实施例，电阻温度传感单元可以为电阻应变片。电阻应变片监控功率模块内部温度变化的原理如下：当该电阻应变片受到应变后，应变片的电阻值会发生相应变化，通过将电阻应变片接入检测单元，对流经电阻应变片的电流或两端电压进行监测，当功率模块因内部发热严重，造成热应变时，功率模块表面的热应变致使电阻应变片发生应变，引起应变片电阻值发生变化，从而使电阻应变片两端之间的监测电流I或电压U发生变化。当变化量△I或△U超过设定阈值时，检测单元会判定功率模块在过热状态下运行，为防止功率模块因过热而造成的损坏(如模块炸裂)，检测单元会向功率模块的控制单元发送启动保护机制指令，功率模块的调节单元接收到指令后，会启动保护机制，功率模块会通过降低运行功率或停机等方式，对自身进行保护，从而避免发生故障。关于设定阈值的具体数值范围不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况以及根据大量实验数据确定特定情况下的设定阈值。
关于电阻应变片的形状不受特别限制，只要该电阻应变片受到应变后电阻值能够发生相应的变化即可。根据本实用新型的一些优选实施例，电阻应变片的形状可以为弯曲状或者螺旋状。根据本实用新型的具体实施例，参考图13，电阻应变片的形状为弯曲状，即电阻温度传感单元300的形状为弯曲状。当功率模块因内部发热产生热应变时，电阻应变片的尺寸，例如，弯曲总体长度以及横截面积均会发生变化，由于电阻应变片的整体电阻R与电阻应变片的弯曲总长度l及横截面积s存在如下关系：R＝Kl/s，(K为比例常数)，因此功率模块内部发热引起的热应变会导致电阻应变片的电阻值发生变化。
为了进一步了解该功率模块，下面对该功率模块的封装过程进行简单说明：
根据本实用新型的实施例，参考图9以及图11，当电阻应变片(即电阻温度传感单元300)被包覆在塑封料400内部时，可以采用两次封装实现。具体的，首先对绝缘栅双极型晶体管200、连接引线10、基板100、引脚20进行塑封，完成第一次封装。随后在第一次封装形成的封装体表面设置电阻应变片(即电阻温度传感单元300)，然后进行第二次封装，实现对电阻应变片(即电阻温度传感单元300)的包覆。
根据本实用新型的实施例，参考图10以及图12，电阻应变片(即电阻温度传感单元300)还可以设置在塑封料400远离绝缘栅双极型晶体管200一侧的表面上，首先直接将电阻应变片(即电阻温度传感单元300)设置在塑封料400远离绝缘栅双极型晶体管200一侧的表面上(非散热表面)。随后在电阻应变片(即电阻温度传感单元300)的表面用密封胶500进行密封，防止外部环境中的湿气对电阻应变片的侵蚀，完成功率模块的封装。
根据本实用新型的实施例，为了避免前期功率模块安装过程中，因安装应力引起的功率模块应变对检测单元的影响，可以在集成电阻应变片的功率模块安装完成后，利用检测单元测试记录流经电阻应变片的初始电流(或电阻应变片之间的初始电压)，便于后续监控过程中判断流经电阻应变片的电流变化量(或电阻应变片之间的电压变化量)，提高电阻应变片感应功率模块内部热应变的灵敏度。根据本实用新型的实施例，在功率模块运行过程中，检测单元通过实时监测流经电阻应变片的电流变化量(或电阻应变片之间的电压变化量)，以此判断功率模块是否发生因热应力造成的应变超标现象。当热应变超标后，与检测单元相连的控制单元会控制调节单元启动保护机制，防止故障发生。
在本实用新型的另一方面，本实用新型提出了一种电器。根据本实用新型的实施例，该电器包括前面描述的功率模块，由此，该电器具有前面描述的功率模块的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电器具有良好的使用性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种功率模块，其特征在于，包括：
基板；
绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管设置在所述基板上；以及
电阻温度传感单元，所述电阻温度传感单元设置在所述绝缘栅双极型晶体管远离所述基板的一侧，且所述电阻温度传感单元在所述基板上的投影，覆盖所述绝缘栅双极型晶体管所在的区域，
所述绝缘栅双极型晶体管以及所述电阻温度传感单元之间填充有塑封料。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管以及所述电阻温度传感单元被所述塑封料包覆。
3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述塑封料设置在所述绝缘栅双极型晶体管远离所述基板的一侧，所述电阻温度传感单元设置在所述塑封料远离所述绝缘栅双极型晶体管一侧的表面上，所述电阻温度传感单元未与所述塑封料接触的表面被密封胶封装。
4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述电阻温度传感单元与所述绝缘栅双极型晶体管对应设置。
5.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，进一步包括：连接引线，所述连接引线设置在所述基板上且与所述绝缘栅双极型晶体管相连，
所述电阻温度传感单元在所述基板上的投影，进一步覆盖所述连接引线所在的区域。
6.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，包括多个所述绝缘栅双极型晶体管以及多个所述电阻温度传感单元，且所述绝缘栅双极型晶体管以及所述电阻温度传感单元一一对应设置。
7.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，包括多个所述绝缘栅双极型晶体管，所述电阻温度传感单元在所述基板上的投影，覆盖多个所述绝缘栅双极型晶体管所在的区域。
8.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述电阻温度传感单元为电阻应变片，所述电阻应变片为弯曲状结构或者螺旋状结构。
9.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，进一步包括：
检测单元，所述检测单元与所述电阻温度传感单元相连；
控制单元，控制单元与所述检测单元相连；
调节单元，所述调节单元分别与所述绝缘栅双极型晶体管以及所述控制单元相连。
10.一种电器，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的功率模块。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110112111A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-08-09 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块、电控板及空调器 |
| CN113760007A (zh) * | 2021-11-05 | 2021-12-07 | 上海钜成锐讯科技有限公司 | Pid温控方法、pid温控系统及波长选择开关 |
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