CN211182191U - 智能功率模块、风机控制电路及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种智能功率模块、风机控制电路及空调器，该智能功率模块包括：封装壳体，封装壳体的一侧表面设置有散热面；散热基板，设置于封装壳体的散热面；安装基板，具有相对设置的第一侧表面和第二侧表面，安装基板与的第一侧表面通过绝缘件与散热基板连接；功率组件，设置于安装基板的第二侧表面。本实用新型无需另行设置散热器，从而解决了智能功率模块需要在智能功率模块外壳的一侧外置散热器来进行散热，有利于减轻智能功率模块整体的重量，缩小智能功率模块的体积，同时还有利于降低智能功率模块的生产成本。

Description

智能功率模块、风机控制电路及空调器

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种智能功率模块、风机控制电路及空调器。

背景技术

在空调器等电器设备的电控板上，通常设置有IPM模块，在安装IPM模块时，需要通过插件的形式将IPM模块焊接到电控板上，在模块与电控板之间安装一个安装支架支撑着IPM模块，IPM模块的背后安装一个散热器来给IPM模块进行散热。这样IPM模块的安装极为不便。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种智能功率模块、风机控制电路及空调器，旨在减轻智能功率模块整体的重量，缩小智能功率模块的体积。

为实现上述目的，本实用新型提出一种智能功率模块，所述智能功率模块包括：

封装壳体，所述封装壳体的一侧表面设置有散热面；

散热基板，设置于所述封装壳体的散热面；

安装基板，具有相对设置的第一侧表面和第二侧表面，所述安装基板与的第一侧表面通过绝缘件与所述散热基板连接；

功率组件，设置于所述安装基板的第二侧表面。

可选地，所述智能功率模块还包括鸥翼型引脚，所述鸥翼型引脚的一端固定安装于所述安装基板上，另一端向背离所述安装基板的方向延伸，所述鸥翼型引脚的至少部分设置于所述封装壳体的外侧。

可选地，所述功率组件中的电子元件及所述鸥翼型引脚通过金属线电连接。

可选地，所述散热基板背离所述安装基板的一侧裸露于所述封装壳体外。

可选地，所述安装基板包括：

金属基板；

电路布线层，设置于所述金属基板的一侧表面，所述电路布线层上形成有供所述功率组件安装的安装位；

绝缘层，所述绝缘层夹设于所述电路布线层与所述金属基板之间。

可选地，所述散热基板为铝质基板。

可选地，所述功率组件包括：

多个功率开关管，设置于所述安装基板对应的安装位上；

驱动芯片，设置于所述安装基板对应的安装位上，所述驱动芯片分别与多个所述功率开关管电连接。

可选地，所述功率开关管为IGBT；

所述智能功率模块还包括快速恢复二极管，所述快速恢复二极管的数量及位置与所述IGBT对应；

所述快速恢复二极管和所述IGBT的反并联连接。

本实用新型还提出一种风机控制电路，所述风机控制电路包括风机驱动电路及如上所述的智能功率模块；

所述风机控制电路与所述智能功率模块连接。

本实用新型还提出一种空调器，包括风机及如上所述的智能功率模块；和/或，如上所述的风机控制电路。

本实用新型通过在智能功率模块作时，将功率组件产生的热量通过安装基板传导至散热基板上，由于本实施例中的在封装壳体上设置了散热面，并将散热基板设置于该散热面上，可以将热量通过散热基板辐射至空气中，有利于将智能功率模块运行过程中产生的热量向外辐射，增大了热量与空气的接触面积，从而提高了功率模块的散热速率。本实用新型无需另行设置散热器，从而解决了智能功率模块需要在智能功率模块外壳的一侧外置散热器来进行散热，有利于减轻智能功率模块整体的重量，缩小智能功率模块的体积，同时还有利于降低智能功率模块的生产成本。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型智能功率模块一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型智能功率模块一实施例的剖面结构示意图；

图3为本实用新型智能功率模块另一实施例的剖面结构示意图；

图4为本实用新型智能功率模块另一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	封装壳体	40	功率组件
20	散热基板	41	功率开关管
				30	安装基板	42	驱动芯片
31	金属基板	50	绝缘件
				32	电路布线层	60	鸥翼型引脚
33	绝缘层

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出一种智能功率模块。

参照图1至图4，在本实用新型一实施例中，该智能功率模块包括：

封装壳体10，所述封装壳体10的一侧表面设置有散热面；

散热基板20，设置于所述封装壳体10的散热面；

安装基板30，具有相对设置的第一侧表面和第二侧表面，所述安装基板30与的第一侧表面通过绝缘件50与所述散热基板20连接；

功率组件40，设置于所述安装基板30的第二侧表面。

本实施例中，封装壳体10可以采用环氧树脂、氧化铝、导热填充材料等材料制成，其中，导热填充材料可以是氮化硼、氮化铝材质，氮化铝和氮化硼的绝缘性较好，且导热率较高，耐热性及热传导性较佳，使得氮化铝和氮化硼有较高的传热能力。在制作封装壳体10时，可以将环氧树脂、氧化铝、氮化硼或者氮化铝等材料进行混料，然后将混合好的封装材料进行加热；待冷却后，粉碎所述封装材料，再以锭粒成型工艺将封装壳体10材料进行轧制成形，以形成封装壳体10，再将功率组件40中的电子元件和安装基板30封装在封装壳体10内。或者通过注塑工艺及封装模具，将安装有功率组件40的安装基板30放置于模具后，在模具中注入封装材料，将功率组件40和安装基板30封装在封装壳体10内，以在成型后形成封装壳体10。如此，可以实现对芯片进行绝缘处理，以及提高智能功率模块的EMI性能。智能功率模块可以采用全包封封装和半包封封装。而在为了提高智能功率模块的散热效率，在采用半包封封装时，可以将智能功率模块的散热基板20部分裸露在封装壳体10外，有利于散热基板20与空气的接触面积，加速功率元件的散热。

本实施例智能功率模块可选用于驱动风机等小功率电机工作，该风机可以应用于空调器室外机、空调室内机、冰箱等设备中。在空调器室外机中，风机通常采用直流风机来实现，直流风机的功率较小，因此智能功率模块也可以采用小功率的开关，例如小功率的IGBT或者MOS管等，小功率的IGBT的散热也相应的较小。如此，本实施例采用散热基板20来给智能功率模块中的功率组件40进行散热，可以省去大体积的散热器。在实际应用中，散热基板20可以采用铝型材质或者铜型材质的基板，本实施例可选为铝或者铝质合金的基板来实现。相较于其他材质的散热基板20，铝质基板具有以下优点：1、质量轻：铝型材的密度只有2.7g/cm3，约为钢和铜密度(7.85g/cm3和8.9g/cm3)的三分之一，属于轻金属。因此用于制作散热器面板，同等体积下铝型材的重量更轻，而质轻的铝型材可制造轻薄的散热基板20，有利于满足产品轻薄化要求。2、抗腐蚀能力强：智能功率模块的工作环境复杂，铝质散热基板20因能在表面形成致密的氧化膜，可以有效阻止内部的进一步腐蚀。3、导热性能强：铝的导热系数值为204/W·(m·k)，保证功率组件40产生的热量及时的排出，有利于提高智能功率模块的使用寿命。4、无磁性：智能功率模块的工作环境复杂，因此需要保证智能功率模块的抗EMS性能，也即需要防止干扰信号的传递，而不含铁、钴、镍等金属的铝合金就不具有磁性，可以有效减少对智能功率模块和外界环境的电磁干扰。5、可塑性：铝质材料的拉伸强度、屈服强度、可延展性等较强，可以有效减小智能功率模块的封装壳体10的形变。本实施例中，封装壳体10的长度a1可以设置为20mm，宽度b1可以设置为10mm；散热基板20的长度a2可以设置为16mm，宽度b2可以设置为9mm。

参照图2，在一实施例中，所述功率组件40包括：

多个功率开关管41，设置于所述安装基板30对应的安装位上；

驱动芯片42，设置于所述安装基板30对应的安装位上，所述驱动芯片42分别与多个所述功率开关管41电连接。

其中，功率开关管41可以是氮化镓(GaN)功率开关管41、Si基功率开关管41或SiC基功率开关管41，本实施例优选采用氮化镓(GaN)功率开关管41。功率开关管41的数量可以为一个，也可以为多个，当设置为多个时，可以包括四个所述功率开关管41，或者是四个的倍数，也可以包括六个所述功率开关管41，或者六个的倍数，六个功率开关管41组成逆变电路，从而应用在逆变电源、变频器、制冷设备、冶金机械设备、电力牵引设备等电器设备中，特别是变频家用电器的风机驱动中。在智能功率模块工作时，驱动芯片42输出相应的PWM控制信号，以驱动控制对应的功率开关管41导通/截止，从而输出驱动电能，以驱动电机等负载工作。

驱动芯片42的数量可以是一个，例如HVIC驱动芯片42，该驱动芯片42为集成芯片，其中集成了四路、六路或者三路功率开关管41的驱动电路，具体可以根据驱动器件50的数量进行集成设置。驱动芯片42的数量也可以是多个，例如两个、四个或者六个，多个驱动芯片42的数量可以与功率开关管41的数量对应，每一驱动芯片42对应驱动一功率开关管41工作。驱动芯片42也可以设置上桥臂驱动芯片42和下桥臂驱动芯片42两个驱动芯片42，并分别驱动上桥臂功率开关管41和下桥臂功率开关管41工作，功率开关管41与驱动芯片42之间通过金属引线实现电连接，形成电流回路。在智能功率模块工作时，驱动芯片42输出相应的控制信号，以控制对应的功率开关管41导通，从而输出驱动电能，以驱动电机等负载工作，这个过程中功率开关管41产生的热量经安装基板30传导至散热基板20上，以通过散热基板20进行散热。

本实用新型通过在智能功率模块作时，将驱动芯片42产生的热量通过安装基板30传导至散热基板20上，由于本实施例中的在封装壳体10上设置了散热面，并将散热基板20设置于该散热面上，可以将热量通过散热基板20辐射至空气中，有利于将智能功率模块运行过程中产生的热量向外辐射，增大了热量与空气的接触面积，从而提高了功率模块的散热速率。本实用新型无需另行设置散热器，从而解决了智能功率模块需要在智能功率模块外壳的一侧外置散热器来进行散热，有利于减轻智能功率模块整体的重量，缩小智能功率模块的体积，同时还有利于降低智能功率模块的生产成本。

参照图1至图4，在一实施例中，所述智能功率模块还包括鸥翼型引脚60，所述鸥翼型引脚60的一端固定安装于所述安装基板30上，另一端向背离所述安装基板30的方向延伸，所述鸥翼型引脚60的至少部分设置于所述封装壳体10的外侧。

本实施例中，鸥翼型引脚60包括靠近安装基板30上的第一端部分以及背离安装基板30延伸生的第二端部分或远端部分，第一端部分设置固定安装在安装基板30上，并通过金属引线与功率组件40上的电子元件电连接。第二端部分基本上平行于第一端部分并且，第二端部分焊接于用于安装智能功率模块的电控板的平面上。中心部分将第一端部分耦合至第二端部分。在该实施例中，中心部分是弯曲的，使得鸥翼型引脚60可以被认为具有基本上S形的形状。至少第一端部分和中心部分被封装于封装壳体10内。第二端部分则设置于封装壳体10外。通过设置鸥翼型引脚60，使得智能功率模块可以通过贴片形式安装于电控板上，并且由于智能功率模块无需设置体积较大的散热器，使得智能功率模块无需设置安装支架即可固定在电控板上。相较于直插型引脚，采用鸥翼型引脚60可以增大引脚与电控板的接触面积。并且，鸥翼型引脚60的稳定性较好，可以防止智能功率模块与电控板发生相对运动，有利于智能功率模块固定在电控板上，提高智能功率模块的安装稳定性。在一实施例中，鸥翼型引脚60的宽度可以设置为0.3mm，引脚间距可以根据各个引脚的功能不同而进行设置，例如可以设置为1mm。

其中，所述功率组件40中的电子元件及所述鸥翼型引脚60通过金属线电连接。本实施例中，鸥翼型引脚60与功率组件40中的功率器件和驱动芯片42可以通过安装基板30上的电路布线和金属线实现电连接。

在一实施例中，所述散热基板20背离所述安装基板30的一侧裸露于所述封装壳体10外。

本实施例中，散热基板20背离安装基板30的一侧裸露在封装壳体10外，该表面与封装壳体10的表面持平，如此设置有利于提高智能功率模块的散热效率，在采用半包封封装时。散热基板20在采用铝基板或者铜基板等金属基板31来实现时，散热基板20与安装基板30之间还设置有绝缘件50，该绝缘件50可以导热硅胶等绝缘胶来实现，通过绝缘胶来实现散热基板20与安装基板30的绝缘和固定连接，可以防止外界的静电击穿安装基板30和安装在安装基板30上功率组件40中的电子元件。

在一实施例中，所述安装基板30包括：

金属基板31；

电路布线层32，设置于所述金属基板31的一侧表面，所述电路布线层32上形成有供所述功率组件40安装的安装位；

绝缘层33，所述绝缘层33夹设于所述电路布线层32与所述金属基板31之间。

电路布线层32分为多个安装区，散热片30设置于第一安装区21内，驱动芯片42安装于第二安装区22域内。功率开关管41和驱动芯片42可以是贴片式的电子元件，还可以是裸die晶圆，散热片30上设置有焊盘，功率开关管41可以通过焊锡、导电胶等粘接于对应的散热片30上，驱动芯片42通过焊锡、导电胶等粘接第二安装区22形成的焊盘上。

参照图2，在一实施例中，所述功率开关管41为IGBT；

所述智能功率模块还包括快速恢复二极管，所述快速恢复二极管的数量及位置与所述IGBT对应；

所述快速恢复二极管和所述IGBT的反并联连接。

本实施例中，快速恢复二极管42的数量和位置(设置于散热片30上)与每一功率开关管41的对应，本实施例中，快速恢复二极管42的数量可选为六个，六个快速恢复二极管42分别标记为。本实施例中，快速恢复二极管42为高功率反并联二极管，用于实现功率开关管41的快速关断。其中，在基于功率开关管41设置为SiC MOSFET或者SiC IGBT，或者GaN HEMT器件时，将智能功率模块的开关损耗减小到较低，进而有利于节约电能、降低模块发热的情况下，快速恢复二极管42可选采用Si材料制成的快速恢复二极管42或者肖特基二极管来实现，可以保证智能功率模块的自身的功耗较低的同时，降低智能功率模块的生产成本。

在一些实施例中，功率开关管41还可以采用逆导IGBT来实现，逆导IGBT将和与IGBT功率开关管41反并联封装在一起的快速恢复二极管FRD集成在同一芯片上，从而降低逆变桥电路的体积。如此设置，有利于提高功率密度，降低高集成智能功率模块的体积、制造成本和封装制程，同时还有利于提高高集成智能功率模块的可靠性。

本实用新型还提出一种风机控制电路，所述风机控制电路包括风机驱动电路及如上所述的智能功率模块；

所述风机控制电路与所述智能功率模块连接。该智能功率模块的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述。

其中，风机驱动电路可选采用单片机、DSP等信号处理芯片来实现，风机驱动电路包含了驱动智能功率模块工作的软件算法程序，使得风机按照风机驱动电路输出的驱动信号运行。

智能功率模块用于根据风机驱动电路输出的驱动信号将PFC电路输出的直流电转换为交流电后输出至风轮电机，以驱动风轮电机工作。

本实用新型还提出一种空调器，包括风机及如上所述的智能功率模块；和/或，如上所述的风机控制电路。

本实用新型还提出一种空调器，包括如上所述的风机控制电路。该风机控制电路的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型空调器中使用了上述风机控制电路，因此，本实用新型空调器的实施例包括上述风机控制电路全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。其中，风机控制电路用于驱动风机工作。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型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实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块包括：

封装壳体，所述封装壳体的一侧表面设置有散热面；

散热基板，设置于所述封装壳体的散热面；

安装基板，具有相对设置的第一侧表面和第二侧表面，所述安装基板与的第一侧表面通过绝缘件与所述散热基板连接；

功率组件，设置于所述安装基板的第二侧表面。

2.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述智能功率模块还包括鸥翼型引脚，所述鸥翼型引脚的一端固定安装于所述安装基板上，另一端向背离所述安装基板的方向延伸，所述鸥翼型引脚的至少部分设置于所述封装壳体的外侧。

3.如权利要求2所述的智能功率模块，其特征在于，所述功率组件中的电子元件及所述鸥翼型引脚通过金属线电连接。

4.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热基板背离所述安装基板的一侧裸露于所述封装壳体外。

5.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述安装基板包括：

金属基板；

电路布线层，设置于所述金属基板的一侧表面，所述电路布线层上形成有供所述功率组件安装的安装位；

绝缘层，所述绝缘层夹设于所述电路布线层与所述金属基板之间。

6.如权利要求1所述的智能功率模块，其特征在于，所述散热基板为铝质基板。

7.如权利要求1至6任意一项所述的智能功率模块，其特征在于，所述功率组件包括：

多个功率开关管，设置于所述安装基板对应的安装位上；

驱动芯片，设置于所述安装基板对应的安装位上，所述驱动芯片分别与多个所述功率开关管电连接。

8.如权利要求7所述的智能功率模块，其特征在于，所述功率开关管为IGBT；

所述智能功率模块还包括快速恢复二极管，所述快速恢复二极管的数量及位置与所述IGBT对应；

所述快速恢复二极管和所述IGBT的反并联连接。

9.一种风机控制电路，其特征在于，所述风机控制电路包括风机驱动电路及如权利要求1至8任意一项所述的智能功率模块；

所述风机控制电路与所述智能功率模块连接。

10.一种空调器，其特征在于，包括风机及如权利要求1至8任意一项所述的智能功率模块；和/或，如权利要求9所述的风机控制电路。

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