CN210093116U - 智能功率模块、电路板和电器设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能功率模块、电路板和电器设备，包括基板、主控电路、辅控电路和逆变电路；所述主控电路、所述辅控电路和所述逆变电路均设置在所述基板上；实现了主控电路、辅控电路和逆变电路的集成设置，从而使得电控板的PCB中无需再预留主控电路和辅控电路的安装位置以及主控电路和辅控电路之间的接口电路元器件安装位置，减小了占用PCB的面积，进而缩小了电控板的尺寸，且缩短了主控电路和辅控电路之间的线路长度，降低了寄生参数和噪声，使得EMC测试更加容易。采用本实用新型的技术方案，能够减小电控板的尺寸、提高电控板的可靠性。

Description

智能功率模块、电路板和电器设备

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及一种智能功率模块、电路板和电器设备。

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，一般应用于驱动风机、压缩机等设备的电控板上。

现有智能功率模块在应用电路中需要再单独配备一个微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)芯片，以便给其提供相关脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)信号以及检测信号等控制信号，进而使智能功率模块运行。

但是，采用MCU芯片和智能功率模块的电路方式实现电控板的设计方式，在电控板的PCB布线时需要预留MCU芯片和智能功率模块的安装位置以及MCU芯片和智能功率模块之间接口电路元器件安装位置，且MCU芯片和智能功率模块之间的线路较长，使得占用PCB的面积较大，且较长的线路之间寄生参数和噪声较高，使得电磁兼容(Electromagneticcompatibility，EMC)测试问题较难解决。因此，现有技术的电控板的尺寸较大、可靠性较低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种智能功率模块、电路板和电器设备，以解决现有技术中电控板的尺寸较大、可靠性较低的问题。

为实现以上目的，本实用新型提供一种智能功率模块，包括基板、主控电路、辅控电路和逆变电路；

所述主控电路、所述辅控电路和所述逆变电路均设置在所述基板上；

所述主控电路和所述逆变电路分别与所述辅控电路相连；

所述主控电路向所述辅控电路输出控制信号；

所述辅控电路接收到所述控制信号后，基于所述控制信号控制所述逆变电路的运行状态。

进一步地，上述所述的智能功率模块，还包括引线框架；

所述引线框架包括用于与所述主控电路相连的主引脚、用于与所述辅控电路相连的辅引脚、用于所述逆变电路相连的逆变引脚和用于与目标电路板相连的电路板引脚。

进一步地，上述所述的智能功率模块中，所述辅控电路包括高压侧辅控芯片、高压侧外围线路、低压侧辅控芯片和低压侧外围线路；

所述高压侧外围线路和所述低压侧外围线路均印制在所述基板上；

所述高压侧辅控芯片通过第一金线与所述高压侧外围线路相连；

所述低压侧辅控芯片通过第二金线与所述低压侧外围线路相连；

所述高压侧外围线路和所述低压侧外围线路均与所述辅引脚相连，且所述高压侧外围线路和所述低压侧外围线路还分别通过第三金线与所述主控电路相连。

进一步地，上述所述的智能功率模块中，所述辅控电路还包括自举二极管；

所述自举二极管通过第四金线与所述高压侧外围线路相连。

进一步地，上述所述的智能功率模块中，所述主控电路包括主芯片和主控外围线路；

所述主控外围线路印制在所述基板上，且所述主控外围线路与所述主引脚相连；

所述主芯片通过第五金线与所述主控外围线路相连；

所述高压侧外围线路和所述低压侧外围线路还分别通过所述第三金线与所述主芯片相连。

进一步地，上述所述的智能功率模块中，所述逆变电路包括第一功率开关、第一续流二极管、第二功率开关、第二续流二极管和逆变外围线路；

所述逆变外围线路印制在所述基板上，且所述逆变外围线路与所述逆变引脚相连；

所述第一功率开关通过第一铝线与所述第一续流二极管相连；所述第一续流二极管通过第二铝线与所述逆变外围线路相连；

所述第一功率开关通过第六金线与所述高压侧辅控芯片相连；

所述第二功率开关通过第三铝线与所述第二续流二极管相连；所述第二续流二极管通过第四铝线与所述逆变外围线路相连；

所述第二功率开关通过第七金线与所述低压侧辅控芯片相连。

进一步地，上述所述的智能功率模块中，所述逆变电路为三相逆变电路。

进一步地，上述所述的智能功率模块中，所述基板为陶瓷覆铜板或带有绝缘层的金属板。

本实用新型还提供一种电控板，包括印制电路板和如上所述的智能功率模块；

所述智能功率模块设置在所述电路板上，且与所述电路板主体相连。

本实用新型还提供一种电器设备，设置有如上所述的电控板。

进一步地，上述所述的电器设备中，所述电器设备为空调。

本实用新型的智能功率模块、电路板和电器设备，通过将主控电路、辅控电路和逆变电路均设置在基板上，并将主控电路和逆变电路分别与辅控电路相连，实现了主控电路、辅控电路和逆变电路的集成设置，从而使得电控板的印制电路板(Printed CircuitBoard，PCB)中无需再预留主控电路和辅控电路的安装位置以及主控电路和辅控电路之间的接口电路元器件安装位置，减小了占用PCB的面积，进而缩小了电控板的尺寸，且缩短了主控电路和辅控电路之间的线路长度，降低了寄生参数和噪声，使得EMC测试更加容易。采用本实用新型的技术方案，能够减小电控板的尺寸、提高电控板的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的智能功率模块实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的智能功率模块的电路原理图；

图3为本实用新型的智能功率模块的生产工艺流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

图1为本实用新型的智能功率模块实施例的结构示意图，图2为本实用新型的智能功率模块的电路原理图，如图1-图2所示，本实施例的智能功率模块包括基板1、主控电路10、辅控电路11和逆变电路12；其中，所述主控电路10、所述辅控电路11和所述逆变电路12均设置在所述基板1上；所述主控电路10和所述逆变电路12分别与所述辅控电路11相连。

本实施例中，基板1上不仅集成了逆变电路12和用于驱动和保护逆变电路12的辅控电路11，还集成了给辅控电路11提供相关PWM信号以及检测信号等控制信号的主控电路10。这样，可以无需再针对辅控电路11单独设置一个主控电路10，由集成在智能功率模块的主控电路10向辅控电路11输出PWM信号以及检测信号等控制信号即可，辅控电路11在接收到主控电路10输出的控制信号后，便可以基于主控电路10输出的控制信号控制逆变电路12的运行状态。其中，辅控电路11具有驱动、过流、过温、过载、欠压、过压、防直通和故障输出保护功能。

本实施例中，由于将主控电路10直接集成在智能功率模块中，并且将与辅控电路11的接口电路集成在主控电路10上，使得PCB中由主控电路10和智能功率模块的两个模块存在的形式变为只有智能功率模块存在的形式，相当于节省了一种元器件的安装位置，同时也节省了接口电路的安装位置，此两部分面积的节约，直接减小了器件所占PCB的面积，进而缩小了PCB的尺寸，降低了PCB板的成本。另外，由于主控电路10直接集成在智能功率模块中，使得主控电路10与辅控电路11之间的线路长度也随之缩短，这样降低了寄生参数和噪声，使得EMC测试更加容易。

本实施例的智能功率模块、电路板和电器设备，通过将主控电路10、辅控电路11和逆变电路12均设置在基板1上，并将主控电路10和逆变电路12分别与辅控电路11相连，实现了主控电路10、辅控电路11和逆变电路12的集成设置，从而使得电控板的PCB中无需再预留主控电路10和辅控电路11的安装位置以及主控电路10和辅控电路11之间的接口电路元器件安装位置，减小了占用PCB的面积，进而缩小了电控板的尺寸，且缩短了主控电路10和辅控电路11之间的线路长度，降低了寄生参数和噪声，使得EMC测试更加容易。采用本实用新型的技术方案，能够减小电控板的尺寸、提高电控板的可靠性。

如图2所示，本实施例的智能功率模块还包括引线框架2，所述引线框架2包括用于与所述主控电路10相连的主引脚、用于与所述辅控电路11相连的辅引脚、用于所述逆变电路12相连的逆变引脚和用于与目标电路板相连的电路板引脚，其中引线框架2中的各个引脚不再示出。

在一个具体实现过程中，由于传统的智能功率模块使用的引线框架2多为采用全冲压的方式实现，受冲压方式本身工艺制作引线框架2需要一定宽度(比PCB线宽度大一个数量级)，且受布线密度与形状均受到限制，使得引线框架2的整体外形尺寸较大，成本较高，这样则导致智能功率模块整体集成度不高、输出引脚顺序较难与外围应用配合。因此，本实施例中，引线框架2只设置各种功能引脚，具体地布线在基板1上完成即可，这样，则可以不再受限于引线框架2的布局进行焊盘布局，从而使得布线更加灵活、容易。且在基板1上的布线宽度及密度均比引线框架2小一个数量级别，在布线后，整体的产品尺寸较采用纯引线框架2要小，从而进一步减少PCB的尺寸，提高智能功率模块的集成度。

例如，如图2所示，本实施例的辅控电路11包括高压侧辅控芯片111、高压侧外围线路112、低压侧辅控芯片113和低压侧外围线路114；所述高压侧外围线路112和所述低压侧外围线路114均印制在所述基板1上，所述高压侧辅控芯片111通过第一金线a1与所述高压侧外围线路112相连；所述低压侧辅控芯片113通过第二金线a2与所述低压侧外围线路114相连；所述高压侧外围线路112和所述低压侧外围线路114均与所述辅引脚相连，且所述高压侧外围线路112和所述低压侧外围线路114还分别通过第三金线a3与所述主控电路10相连，从而克服了受布线宽度、密度与形状均限制导致的布线困难问题。

同理，如图2所示，主控电路10包括主芯片101和主控外围线路102；所述主控外围线路102印制在所述基板1上，且所述主控外围线路102与所述主引脚相连；所述主芯片101通过第五金线a5与所述主控外围线路102相连；所述高压侧外围线路112和所述低压侧外围线路114还分别通过所述第三金线a3与所述主芯片101相连。

同理，如图2所示，所述逆变电路12包括第一功率开关121、第一续流二极管122、第二功率开关123、第二续流二极管124和逆变外围线路；所述逆变外围线路印制在所述基板1上，且所述逆变外围线路与所述逆变引脚相连；所述第一功率开关121通过第一铝线b1与所述第一续流二极管122相连；所述第一续流二极管122通过第二铝线b2与所述逆变外围线路相连；所述第一功率开关121通过第六金线a5与所述高压侧辅控芯片111相连；所述第二功率开关123通过第三铝线b3与所述第二续流二极管124相连；所述第二续流二极管124通过第四铝线b4与所述逆变外围线路相连；所述第二功率开关123通过第七金线a7与所述低压侧辅控芯片113相连。其中，逆变电路12优选为三相逆变电路12；第一功率开关121和第二功率开关123均可以采用MOSFET或者IGBT。

本实用新型的智能功率模块，在将主控电路10、辅控电路11和逆变电路12集成设置的同时，通过对引线框架2的结构进行改变，并对布线方式、焊盘位置的优化，将金线焊盘与引脚焊盘邻近设置，充分利用了金线不占据基板1尺寸的特点，形成金线、铜布线、铝线的立体电路拓扑，从而进一步缩小了智能功率模块的尺寸。同时，大大减小了器件之间的导线长度，以及降低了无源器件的使用，减少了焊点数量，提高了智能功率模块的生产效率，降低了寄生参数和噪声，使得EMC测试更加容易。

在实际应用中，如图2所示，本实施例的辅控电路11还包括自举二极管115；所述自举二极管115通过第四金线a4与所述高压侧外围线路112相连。其中，自举二极管115的作用是利用其单向导电性完成电位叠加自举，自举二极管115导通时，电容充电到U1，自举二极管115截止时，电路通过电容放电时U1与电路串联叠加自举。

在一个具体实现过程中，基板1具体材料并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。根据本实用新型的具体示例，为了进一步提高基板1的散热性能，基板1可以采用陶瓷覆铜板或者带有绝缘层的金属板(例如铝基板1或铜基板1等)，其中，绝缘层可采用70～150μm厚的常见高热导率材料，从而可以进一步有利于基板1上各器件的散热，从而保证模块整体的稳定性和使用寿命。与此同时，基板1上的各器件可以采用裸芯片，并通过基板1上适配的铜布线、外部金线实现电连接，由此，可以进一步有利于基板1上各器件的散热，从而保证模块整体的稳定性和使用寿命。

图3为本实用新型的智能功率模块的生产工艺流程图。如图3所示，装配是指将印刷锡膏后的基板1与引线框架2装配在一起；DM是指将芯片贴在印刷好的锡膏上；功率开关包括IGBT或者MOSFET；FRD是指续流二极管；BDi是指自举二极管115；MIC是指高压侧辅控芯片111与低压侧辅控芯片113；MCU是指主芯片101；AU/AL WB是指金线或者铝线焊接；电镀是指将焊锡用电镀工艺附着在产品引脚上；测试是指对产品进行电性能测试。

如图1-3所示，智能功率模块由1个MCU微控制单元芯片(主芯片101)、2个驱动以及保护芯片(高压侧辅控芯片111和低压侧辅控芯片113)、3个自举二极管115BDi、3个第一功率开关121，3个第一续流二极管122，3个第二功率开关123，3个第而续流二极管组成。采用锡膏印刷工艺将芯片焊接在基板1的安装部位以及将引线框架2引脚与基板1引脚端焊接在一块，引线框架2作为部分电气导线、结构支撑以及散热载体的作用，基板1上进行铜箔布线，实现芯片之间以及引线框架2之间的电气回路，逆变电路12的功率开关管、续流二极管、引线框架2部分电气导线使用铝线焊接完成，主芯片101、高压侧辅控芯片111和低压侧辅控芯片113分别与基板1上焊点使用金线焊接完成。在需要加强散热的应用场合，将基板1焊接固定在引线框架2下方，封装好后的模块基板1底面处裸露且与周边封装树脂保持平整，热量直接通过其传递到散热器上。铝(或铜)基板1上印制线作为大电流的途径，减少了逆变电路经引线框架2焊接在DCB散热片上的工艺，从而使得对逆变电路的温度检测精度更高与相应更快，增加产品可靠性。

生产工序的实现：如图3所示，先进行印刷，再进行各器件的贴片，然后经过真空回流焊，将引线框架2、基板1之间焊接固定以及芯片与基板1之间焊接固定，接着进行清洗、铝线焊接、金线焊接、内观检查，以及后段封装测试。

本实用新型还提供一种电控板，包括印制电路板和如上所述的智能功率模块；

所述智能功率模块设置在所述电路板上，且与所述电路板主体相连。

本实用新型还提供一种电器设备，设置有如上所述的电控板。

进一步地，上述所述的电器设备中，所述电器设备优选为空调。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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 (11)

1.一种智能功率模块，其特征在于，包括基板、主控电路、辅控电路和逆变电路；

所述主控电路、所述辅控电路和所述逆变电路均设置在所述基板上；

所述主控电路和所述逆变电路分别与所述辅控电路相连；

所述主控电路向所述辅控电路输出控制信号；

所述辅控电路接收到所述控制信号后，基于所述控制信号控制所述逆变电路的运行状态。

2.根据权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，还包括引线框架；

所述引线框架包括用于与所述主控电路相连的主引脚、用于与所述辅控电路相连的辅引脚、用于所述逆变电路相连的逆变引脚和用于与目标电路板相连的电路板引脚。

3.根据权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述辅控电路包括高压侧辅控芯片、高压侧外围线路、低压侧辅控芯片和低压侧外围线路；

所述高压侧外围线路和所述低压侧外围线路均印制在所述基板上；

所述高压侧辅控芯片通过第一金线与所述高压侧外围线路相连；

所述低压侧辅控芯片通过第二金线与所述低压侧外围线路相连；

所述高压侧外围线路和所述低压侧外围线路均与所述辅引脚相连，且所述高压侧外围线路和所述低压侧外围线路还分别通过第三金线与所述主控电路相连。

4.根据权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，所述辅控电路还包括自举二极管；

所述自举二极管通过第四金线与所述高压侧外围线路相连。

5.根据权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，所述主控电路包括主芯片和主控外围线路；

所述主控外围线路印制在所述基板上，且所述主控外围线路与所述主引脚相连；

所述主芯片通过第五金线与所述主控外围线路相连；

所述高压侧外围线路和所述低压侧外围线路还分别通过所述第三金线与所述主芯片相连。

6.根据权利要求3所述的智能功率模块，其特征在于，所述逆变电路包括第一功率开关、第一续流二极管、第二功率开关、第二续流二极管和逆变外围线路；

所述逆变外围线路印制在所述基板上，且所述逆变外围线路与所述逆变引脚相连；

所述第一功率开关通过第一铝线与所述第一续流二极管相连；所述第一续流二极管通过第二铝线与所述逆变外围线路相连；

所述第一功率开关通过第六金线与所述高压侧辅控芯片相连；

所述第二功率开关通过第三铝线与所述第二续流二极管相连；所述第二续流二极管通过第四铝线与所述逆变外围线路相连；

所述第二功率开关通过第七金线与所述低压侧辅控芯片相连。

7.根据权利要求1-6任一项所述的智能功率模块，其特征在于，所述逆变电路为三相逆变电路。

8.根据权利要求1-6任一项所述的智能功率模块，其特征在于，所述基板为陶瓷覆铜板或带有绝缘层的金属板。

9.一种电控板，其特征在于，包括印制电路板和如权利要求1-6任一项所述的智能功率模块；

所述智能功率模块设置在所述电路板上，且与所述电路板主体相连。

10.一种电器设备，其特征在于，设置有如权利要求9所述的电控板。

11.根据权利要求10所述的电器设备，其特征在于，所述电器设备为空调。

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