CN211792144U - 恒流控制器封装器件及恒流源负载驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种恒流控制器封装器件，包括SOP7引线框单元、恒流控制芯片、续流整流二极管以及功率管。本实用新型在采用现有SOP7双基岛框架的基础上，以最低成本将恒流控制芯片与部分或者全部半导体元件合封在一起，实现应用电路的极简化，具有较大成本优势，同时显著提高生产效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及恒流控制器的封装，具体而言，涉及一种合封整流二极管的恒流控制器，以及包含所述恒流控制器的驱动装置。
背景技术
目前，发光二极管(LED)照明光源已经得到广泛应用。作为LED光源的主力驱动电源，在市场初期，多款专业的LED恒流开关电源控制器就已出现；随后，逐渐成熟专业的驱动集成电路大大促进了LED照明市场的启动和成长。
市面上已开始流行并具有代表性的LED降压恒流控制器的电路结构，如图1所示。目前出现的新一代LED恒流控制器的电路结构，如图2所示。它们是两种不同的恒流控制器，各有优缺点。图1电路在LED负载111的串数比较多，也就是负载电压较高(比如大于100V)时，具有一些优势。而图2电路在输出LED负载111串数比较少(比如负载电压低于100V)时，具有明显的成本和性能优势。以上两种电路结构有较好的互补性，相互竞争，沿着相似但并不完全相同的进化路线不断演化，追求更好的性能，更低的成本。当然，更低成本是第一优先进化方向。
在追求更低成本的方向上，图1和图2电路有着相似之处，就在于合封尽可能多的外围半导体元件。可以看出，除负载111之外，图1和图2电路拥有以下相同数量和种类的半导体元件：恒流控制芯片(图1中200，图2中300)、高压功率管(图1中107，图2中307)、续流整流二极管(图1中108，图2中308)、交流整流桥101。目前，就图1和图2电路而言，均已实现恒流控制芯片和高压功率管的合封，这种合封方式和技术已商用五年以上。这里，合封是指，将控制芯片管芯和功率管管芯安装在同一芯片框架上，然后再焊线键合塑封为集成电路的技术。
现在的进化方向是，如何合封续流整流二极管和交流整流桥。因市场上图1电路结构所占比重较大，多家半导体公司都在这一方向上努力。为了合封二极管108，有的公司还专门开发新的合封框架并申请专利。有的公司则更进一步，为了同时合封二极管108和整流桥，专门开发了更大、更复杂的合封框架。对于图2所示电路结构，目前尚无合封续流整流二极管308乃至交流整流桥101的方案，在激烈的市场竞争中，这是亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，针对现有技术的上述问题，提供一种新的合封整流二极管的恒流控制器，在具有低成本优势的同时，实现集成度更高的恒流合封技术。
根据本实用新型的第一方面，提供一种恒流控制器封装器件，包括SOP7引线框单元、恒流控制芯片、续流整流二极管以及功率管；所述引线框单元包括第一基岛、第二基岛以及七只引脚，所述第一基岛连接第七引脚，所述第二基岛连接第五和第六引脚，其中，所述恒流控制芯片通过绝缘胶粘接在第一基岛上，其供电(VCC)焊接区通过焊线焊接第一基岛；所述续流整流二极管通过导电胶粘接在第一基岛上；所述功率管通过导电胶粘接在第二基岛上，其栅极通过焊线连接所述恒流控制芯片的驱动(DRV)焊接区；在第一至第四引脚中任意一个引脚空余的情况下，所述续流整流二极管的阳极、恒流控制芯片的输出电流检测(CS)焊接区和参考地(ICGND)焊接区通过焊线，按引脚序号从小到大依次连接第一至第四引脚中其他三个引脚；并且所述功率管的源极通过焊线，与恒流控制芯片参考地(ICGND)焊接区所连接的同一引脚相连。
优选的是，所述续流整流二极管的阳极连接第一引脚，所述恒流控制芯片的输出电流检测(CS)焊接区连接第二引脚，所述恒流控制芯片参考地(ICGND)焊接区和功率管源极连接第三引脚。
优选的是，所述恒流控制器封装器件还包括交流整流二极管；所述交流整流二极管通过导电胶粘接在第二基岛上，其阳极通过焊线连接第四引脚。
根据第二方面，提供一种恒流控制器封装器件，包括SOP7引线框单元、恒流控制芯片、续流整流二极管以及功率管；所述引线框单元包括第一基岛、第二基岛以及七只引脚，所述第一基岛连接第七引脚，所述第二基岛连接第五和第六引脚，其中，所述恒流控制芯片通过绝缘胶粘接在第一基岛上，其供电(VCC)焊接区通过焊线焊接第一基岛；所述续流整流二极管通过导电胶粘接在第一基岛上；所述功率管通过导电胶粘接在第二基岛上，其栅极通过焊线连接所述恒流控制芯片的驱动(DRV)焊接区；在第一至第四引脚中任意一个引脚空余的情况下，所述续流整流二极管的阳极、恒流控制芯片的参考地(ICGND)焊接区和电感充/放电电流检测(CS)焊接区通过焊线，按引脚序号从小到大依次连接第一至第四引脚中其他三个引脚；并且所述功率管的源极通过焊线，与恒流控制芯片电感充/放电电流检测(CS)焊接区所连接的同一引脚相连。
优选的是，所述续流整流二极管的阳极连接第一引脚，所述恒流控制芯片的参考地(ICGND)焊接区连接第二引脚，所述恒流控制芯片电感充/放电电流检测(CS)焊接区和功率管源极连接第三引脚。
优选的是，所述恒流控制器封装器件还包括交流整流二极管；所述交流整流二极管通过导电胶粘接在第二基岛上，其阳极通过焊线连接第四引脚。
根据第三方面，提供一种恒流源负载驱动装置，包括如上述第一方面中所述的恒流控制器封装器件和外围电路，所述外围电路包括电感、电容、检测电阻以及供电电阻，其中，所述恒流控制器封装器件的第五和第六引脚连接输入电压源的正极(VIN)，第一引脚连接输入电压源的负极(GND)；电感，连接在所述恒流控制器封装器件的第一和第三引脚之间；所述恒流控制器封装器件的第七引脚连接所述供电电阻与电容一端之间的VCC节点；电容，其另一端连接至所述恒流源负载、检测电阻一端与所述恒流控制器封装器件第二引脚之间的节点，并用作所述恒流源负载的滤波电容；检测电阻，其另一端连接所述恒流控制器封装器件的第三引脚，用以产生输出电流检测信号(CS)；并且，所述恒流控制器封装器件中的恒流控制芯片，基于所述输出电流检测信号(CS)，确定所述恒流源负载的平均电流，并控制所述功率管的闭合与断开。
根据第四方面，提供一种恒流源负载驱动装置，包括如上述第二方面中所述的恒流控制器封装器件和外围电路，所述外围电路包括电感、电感充/放电电流检测电阻、电容以及供电电阻，其中，所述恒流控制器封装器件的第五和第六引脚连接输入电压源的正极(VIN)，第一引脚连接输入电压源的负极(GND)；电感，连接在所述恒流控制器封装器件的第一和第二引脚之间；电感充/放电电流检测电阻，连接在所述恒流控制器封装器件的第二和第三引脚之间；所述恒流控制器封装器件的第七引脚连接所述供电电阻与电容一端之间的VCC节点；电容，其另一端连接所述恒流控制器封装器件的第三引脚，并用作恒流源负载的滤波电容；所述恒流控制器封装器件中的恒流控制芯片，基于电感充/放电电流检测信号对所述功率管提供过流保护；并且，在对所述电感充/放电电流检测信号屏蔽电感充电电流检测信号的基础上，确定所述恒流源负载的平均输出电流。
优选的是，所述恒流源负载为LED负载。
按照本实用新型，在采用现有SOP7双基岛框架的基础上，以最低成本将恒流控制芯片与部分或者全部半导体元件合封在一起，实现应用电路的极简化，具有较大成本优势，同时显著提高生产效率。因此，本实用新型对于LED照明行业向更低碳发展具有现实意义。
附图说明
为更好地理解本实用新型，下文以实施例结合附图对本实用新型作进一步说明。附图中：
图1为现有技术中具有代表性的LED降压恒流控制器的电路结构图；
图2为现有技术中新一代LED恒流控制器的电路结构图；
图3为合封图2中恒流控制芯片300和功率管307的示例；
图4示出N型衬底的二极管结构；
图5为合封图2中恒流控制芯片300、功率管307和二极管308的封装器件示例；
图6为半波整流的新一代LED恒流控制器电路结构图；
图7为合封图6中恒流控制芯片300、功率管307、二极管308和二极管100的封装器件示例；
图8为改进的新一代LED恒流控制器电路结构图；
图9为合封图8中恒流控制芯片600、功率管307和二极管308的封装器件示例；
图10为半波整流的改进的新一代LED恒流控制器电路结构图；
图11为合封图10中恒流控制芯片600、功率管307、二极管308和二极管100的封装器件示例。
具体实施方式
发明人考虑，对于图2所示电路，要实现合封外部半导体二极管，一定建立在恒流控制芯片和高压功率管的合封基础之上。参照图3，图3为合封图2中恒流控制芯片300和功率管307的示例。
合封通常采用SOP7贴片双基岛引线框架。位于框架单元左边的第一基岛连接第7引脚，该基岛一般安装恒流控制芯片300；右边的第二基岛连接第5和第6引脚，它一般安装功率管307。功率管307的顶部设有栅极G和源极S的焊线窗口；其底部为背银合金漏极，通过导电胶或者软焊料连接到底部金属基板上，所以第5和第6引脚就是功率管307的高压漏极，也就是图2中的节点VIN。该示例中，恒流控制芯片300一般通过绝缘胶粘片粘接在第一基岛上，并且其管芯ICGND焊接区通过焊线直接焊接第一基岛，也就是框架单元第7引脚为恒流控制芯片300的参考地ICGND；恒流控制芯片300管芯的VCC焊接区通过焊线焊接框架单元第1引脚；恒流控制芯片300管芯CS焊接区通过焊线焊接框架单元第3引脚；功率管307的源极S端通过焊线直接焊在第一基岛上；恒流控制芯片300管芯DRV焊接区通过焊线焊接功率管307的栅极G端。
图2电路中，虽然交流整流桥101所采用四个二极管管芯与续流整流二极管308管芯的电性能不完全一样，但都称作整流二极管，它们基本具有相同的管芯结构，如图4所示。图4示出N型衬底的二极管结构。这一结构中，顶部为P型阳极，设有焊线窗口；而底部为背银合金的N型阴极，通过导电胶或者软焊料连接到底部金属基板上。此外，供应链市场上也有背银合金是P型阳极的二极管，但市场占比不足1％，图1电路中续流整流二极管108适合采用此种P型衬底的结构。
接下来，发明人考虑如何合封图2中的续流整流二极管308。如上文所述，二极管308的N型阴极需要通过导电胶粘接在金属基板上；并且第二基岛与功率管307的漏极已直接电连接在一起，但在图2中，二极管308阴极与功率管307漏极之间并无直接的电连接关系，因此，二极管308只能通过导电胶粘接在第一基岛上，与恒流控制芯片300分享同一个基岛，没有第二种选择。
图2电路中，二极管308的N型阴极接到恒流控制芯片300的VCC脚，这样，第一基岛所连接第7引脚就应该为恒流控制芯片的VCC管脚。由于恒流控制芯片300为P型衬底，一般是控制芯片的参考地，为了电绝缘，就需要采用绝缘胶将恒流控制芯片300粘接在第一基岛上(基岛电压是VCC电压)；再通过焊线，将恒流控制芯片300的VCC焊接区直接焊在第一基岛上，从而连接第7引脚。因恒流控制芯片300的VCC电压一般在100V以下，相应要求所使用绝缘胶耐压必须在100V以上，这一绝缘要求在现代封装工艺中容易做到。参照图5，图5为合封图2中恒流控制芯片300、功率管307和二极管308的封装器件示例。
现在确定第7引脚为VCC，第5和第6引脚为VIN；尚未确定连接关系的有：接二极管308的P型阳极的GND脚，恒流控制芯片300的参考地ICGND脚，和输出电流检测脚CS。如图5所示，优选地，均通过焊线，可将二极管308的阳极连接框架单元第1引脚；将恒流控制芯片300的输出电流检测CS焊接区连接第2引脚，并将其参考地ICGND焊接区连接第3引脚；同时，将功率管307的源极也连接到第3引脚。并且，将功率管307的栅极通过焊线连接恒流控制芯片300的驱动DRV焊接区。
上述示例中，框架单元第4引脚空余。可替换地，也可空余框架单元第1至第3引脚中的任一引脚，将二极管308的阳极、恒流控制芯片输出电流检测CS焊接区和参考地ICGND焊接区通过焊线，按引脚序号从小到大依次连接第1至第4引脚中其他三个引脚；并且功率管307的源极通过焊线，与恒流控制芯片参考地ICGND焊接区所连接的同一引脚相连。例如，在第1引脚空余的情况下，二极管308的阳极连接第2引脚，恒流控制芯片输出电流检测CS焊接区连接第3引脚，恒流控制芯片参考地ICGND焊接区和功率管307源极均连接第4引脚。
这样，就实现了图2中续流整流二极管308的合封，使得一个封装器件内部合封三种不同种类、大小和功能的半导体管芯。
按照本实用新型，在实现如图5所示器件合封的基础上，图2的LED负载驱动装置可相应包括：图5所示恒流控制器封装器件和外围电路。外围电路包括电感309、电容604、检测电阻306以及供电电阻103。其中，恒流控制器封装器件的第5和第6引脚连接输入电压源的正极VIN，第1引脚连接输入电压源的负极GND；电感309连接在封装器件的第1和第3引脚之间；封装器件的第7引脚连接供电电阻103与电容604一端之间的VCC节点；电容604另一端连接至LED负载111、检测电阻306一端与封装器件第2引脚之间的节点，并用作LED负载111的滤波电容；检测电阻306另一端连接封装器件的第3引脚，用以产生输出电流检测信号CS；并且，封装器件中恒流控制芯片300基于输出电流检测信号CS，确定LED负载111的平均电流，并控制功率管307的闭合与断开。
进一步地，发明人考虑如何合封图2中整流桥101的二极管。一般来讲，全波整流桥内部设有四个一样的独立二极管管芯，但不可能将这四个二极管管芯合封到双基岛SOP7框架单元上。不过在1W到5W这样小功率的LED灯具中，可以采用半波整流技术，只使用一个交流整流二极管100，如图6所示。由于1W到5W小功率LED灯具数量庞大，可占全部灯具数量的一半左右，况且图6所示电路结构在小功率应用中优势尤为明显，因此，合封交流整流二极管100管芯也颇具实用价值。
因交流整流二极管100的N型阴极与功率管307的漏极均连接VIN节点，所以可将二极管100和功率管307一起用导电胶粘接在第二基岛上。参照图7，图7为合封图6中恒流控制芯片300、功率管307、二极管308和二极管100的封装器件示例。该示例中，在图5封装器件的基础上，将交流整流二极管100通过导电胶粘接在第二基岛上，并将它的P型阳极通过焊线连接框架单元空余的第4引脚。这样，就使得一个集成电路里面合封四种不同种类、大小和功能的半导体管芯芯片。由此实现图6中所有半导体元件在一个集成电路里的合封，做到了整个恒流电路极简，减少了元件数量，降低了成本，缩小了电路空间，并提高了生产效率和降低了故障率。
参照图8，图8为改进的新一代LED恒流控制器电路结构图。在图2电路的基础上，该改进电路增加功率管307的最大电流限制功能，提高了系统的安全性。图9为合封图8中恒流控制芯片600、功率管307和二极管308的封装器件示例。该封装器件中，恒流控制芯片600、功率管307和二极管308在基岛上的设置以及它们与框架单元第1、5、6、7引脚的连接，均与图5相同；并且，恒流控制芯片600的驱动DRV焊接区也通过焊线连接功率管307的栅极。与图5所示封装器件不同的是，图9中，恒流控制芯片600的参考地ICGND焊接区连接框架单元第2引脚，恒流控制芯片600的电感充/放电电流检测CS焊接区和功率管307源极连接第3引脚。
图9示例中，框架单元第4引脚空余。可替换地，也可空余框架单元第1至第3引脚中的任一引脚，将二极管308的阳极、恒流控制芯片600的参考地ICGND焊接区和电感充/放电电流检测CS焊接区通过焊线，按引脚序号从小到大依次连接第1至第4引脚中其他三个引脚；并且功率管307的源极通过焊线，与恒流控制芯片电感充/放电电流检测CS焊接区所连接的同一引脚相连。
在实现图9所示器件合封的基础上，图8的LED负载驱动装置可相应包括：图9所示恒流控制器封装器件和外围电路。外围电路包括电感309、电感充/放电电流检测电阻606、电容604以及供电电阻103。其中，恒流控制器封装器件的第5和第6引脚连接输入电压源的正极VIN，第1引脚连接输入电压源的负极GND；电感309连接在封装器件的第1和第2引脚之间；电感充/放电电流检测电阻606连接在封装器件的第2和第3引脚之间；封装器件的第7引脚连接供电电阻103与电容604一端之间的VCC节点；电容604另一端连接封装器件的第3引脚，并用作LED负载111的滤波电容；封装器件中恒流控制芯片600基于电感充/放电电流检测信号CS对功率管307提供过流保护，并在对电感充/放电电流检测信号CS屏蔽电感充电电流检测信号的基础上，确定LED负载111的平均输出电流。
对应采用半波整流技术的图8改进电路结构，如图10所示。该电路中，仅使用一个交流整流二极管100替代全波整流桥。参照图11，图11为合封图10中恒流控制芯片600、功率管307、二极管308和二极管100的封装器件示例。类似地，在图9封装器件的基础上，将交流整流二极管100通过导电胶粘接在第二基岛上，并将它的P型阳极通过焊线连接框架单元空余的第4引脚。
在前文的描述中，虽然本实用新型是以驱动LED负载为例，但是，本领域技术人员易于理解的是，本实用新型可用于驱动任何一种恒流源负载。
显而易见，在此描述的本实用新型可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本实用新型的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在所附权利要求书的涵盖范围之内。
Claims (9)
1.一种恒流控制器封装器件，包括SOP7引线框单元、恒流控制芯片、续流整流二极管以及功率管；所述引线框单元包括第一基岛、第二基岛以及七只引脚，所述第一基岛连接第七引脚，所述第二基岛连接第五和第六引脚，其中，
所述恒流控制芯片通过绝缘胶粘接在第一基岛上，其供电VCC焊接区通过焊线焊接第一基岛；
所述续流整流二极管通过导电胶粘接在第一基岛上；
所述功率管通过导电胶粘接在第二基岛上，其栅极通过焊线连接所述恒流控制芯片的驱动(DRV)焊接区；
在第一至第四引脚中任意一个引脚空余的情况下，所述续流整流二极管的阳极、恒流控制芯片的输出电流检测(CS)焊接区和参考地(ICGND)焊接区通过焊线，按引脚序号从小到大依次连接第一至第四引脚中其他三个引脚；并且所述功率管的源极通过焊线，与恒流控制芯片参考地(ICGND)焊接区所连接的同一引脚相连。
2.如权利要求1所述的恒流控制器封装器件，其特征在于，所述续流整流二极管的阳极连接第一引脚，所述恒流控制芯片的输出电流检测(CS)焊接区连接第二引脚，所述恒流控制芯片参考地(ICGND)焊接区和功率管源极连接第三引脚。
3.如权利要求2所述的恒流控制器封装器件，其特征在于，所述恒流控制器封装器件还包括交流整流二极管；所述交流整流二极管通过导电胶粘接在第二基岛上，其阳极通过焊线连接第四引脚。
4.一种恒流控制器封装器件，包括SOP7引线框单元、恒流控制芯片、续流整流二极管以及功率管；所述引线框单元包括第一基岛、第二基岛以及七只引脚，所述第一基岛连接第七引脚，所述第二基岛连接第五和第六引脚，其中，
所述恒流控制芯片通过绝缘胶粘接在第一基岛上，其供电VCC焊接区通过焊线焊接第一基岛；
所述续流整流二极管通过导电胶粘接在第一基岛上；
所述功率管通过导电胶粘接在第二基岛上，其栅极通过焊线连接所述恒流控制芯片的驱动(DRV)焊接区；
在第一至第四引脚中任意一个引脚空余的情况下，所述续流整流二极管的阳极、恒流控制芯片的参考地(ICGND)焊接区和电感充/放电电流检测(CS)焊接区通过焊线，按引脚序号从小到大依次连接第一至第四引脚中其他三个引脚；并且所述功率管的源极通过焊线，与恒流控制芯片电感充/放电电流检测(CS)焊接区所连接的同一引脚相连。
5.如权利要求4所述的恒流控制器封装器件，其特征在于，所述续流整流二极管的阳极连接第一引脚，所述恒流控制芯片的参考地(ICGND)焊接区连接第二引脚，所述恒流控制芯片电感充/放电电流检测(CS)焊接区和功率管源极连接第三引脚。
6.如权利要求5所述的恒流控制器封装器件，其特征在于，所述恒流控制器封装器件还包括交流整流二极管；所述交流整流二极管通过导电胶粘接在第二基岛上，其阳极通过焊线连接第四引脚。
7.一种恒流源负载驱动装置，包括如权利要求2所述的恒流控制器封装器件和外围电路，所述外围电路包括电感、电容、检测电阻以及供电电阻，其中，
所述恒流控制器封装器件的第五和第六引脚连接输入电压源的正极(VIN)，第一引脚连接输入电压源的负极(GND)；
电感，连接在所述恒流控制器封装器件的第一和第三引脚之间；
所述恒流控制器封装器件的第七引脚连接所述供电电阻与电容一端之间的VCC节点；
电容，其另一端连接至所述恒流源负载、检测电阻一端与所述恒流控制器封装器件第二引脚之间的节点，并用作所述恒流源负载的滤波电容；
检测电阻，其另一端连接所述恒流控制器封装器件的第三引脚，用以产生输出电流检测信号(CS)；并且，
所述恒流控制器封装器件中的恒流控制芯片，基于所述输出电流检测信号(CS)，确定所述恒流源负载的平均电流，并控制所述功率管的闭合与断开。
8.一种恒流源负载驱动装置，包括如权利要求5所述的恒流控制器封装器件和外围电路，所述外围电路包括电感、电感充/放电电流检测电阻、电容以及供电电阻，其中，
所述恒流控制器封装器件的第五和第六引脚连接输入电压源的正极(VIN)，第一引脚连接输入电压源的负极(GND)；
电感，连接在所述恒流控制器封装器件的第一和第二引脚之间；
电感充/放电电流检测电阻，连接在所述恒流控制器封装器件的第二和第三引脚之间；
所述恒流控制器封装器件的第七引脚连接所述供电电阻与电容一端之间的VCC节点；
电容，其另一端连接所述恒流控制器封装器件的第三引脚，并用作恒流源负载的滤波电容；
所述恒流控制器封装器件中的恒流控制芯片，基于电感充/放电电流检测信号对所述功率管提供过流保护；并且，在对所述电感充/放电电流检测信号屏蔽电感充电电流检测信号的基础上，确定所述恒流源负载的平均输出电流。
9.如权利要求7或8所述的恒流源负载驱动装置，其特征在于，所述恒流源负载为LED负载。
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