CN216290674U - 半导体电路及其应用装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种半导体电路及其应用装置，其中，该半导体电路包括塑封外壳、多个间隔设置在塑封外壳内散热基板、多个驱动功率模块、一桥堆电路和一斩波PFC电路，多个驱动功率模块设置在同一散热基板上，桥堆电路设置在未设有多个驱动功率模块的任一散热基板上，斩波PFC电路设置在未设有多个驱动功率模块的任一散热基板上。本实用新型半导体电路的技术方案，大幅降低了对主控板的空间占用，使主控板整体体积减小，降低了主控板的成本；并且，半导体电路的多个驱动功率模块共用一个斩波PFC电路和一个桥堆电路，大幅减少了器件的使用数量，进一步降低了使用本半导体电路的主控板的成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及功率半导体领域，特别涉及一种半导体电路及其应用装置。
背景技术
半导体电路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，在制造过程中，将组装好所有元器件(包括芯片和阻容件)及引脚的散热基板放置在模具腔体内，通过注塑高温固化成型最终形成产品塑封为一体的产品。智能功率模块(IPM)就是半导体电路的一种，现有的智能功率模块都是单个逆变器组成，使用单个智能功率模块的主控板只能驱动控制一个电机，在一些具有多电机需要驱动的应用场景中，则需要具有多个智能功率模块的主控板以分别驱动各个电机，由于主控板上需要设置多个智能功率模块，导致智能功率模块在主控板上占用的整体空间非常大，进而主控板整体体积非常大，成本非常高。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种半导体电路，旨在解决降低主控板的成本。
为实现上述目的，本实用新型提出的半导体电路，包括塑封外壳、多个间隔设置在所述塑封外壳内散热基板、多个驱动功率模块、一桥堆电路和一斩波PFC电路，所述多个驱动功率模块设置在同一散热基板上，所述桥堆电路设置在未设有所述多个驱动功率模块的任一所述散热基板上，所述斩波PFC电路设置在未设有所述多个驱动功率模块的任一所述散热基板上。
优选地，所述桥堆电路和所述斩波PFC电路设置在同一散热基板上。
优选地，所述散热基板设置所述斩波PFC电路的区域邻近所述塑封外壳的端部。
优选地，所述桥堆电路和所述斩波PFC电路分别设置在两个散热基板上。
优选地，所述多个散热基板沿同一方向依次设置。
优选地，设置所述桥堆电路的散热基板，位于设置所述驱动功率模块的散热基板与设置所述斩波PFC电路的散热基板之间。
优选地，设置所述驱动功率模块的散热基板上等分有多个设置区域，多个所述驱动功率模块一一对应设置在所述多个设置区域内。
优选地，所述驱动功率模块包括驱动控制芯片和三相逆变桥，所述驱动控制芯片的六路驱动信号输出端对应电连接所述三相逆变桥的三个上桥臂和三个下桥臂。
优选地，每一所述散热基板上均设有一用于检测散热基板温度的温度检测模块。
本实用新型还提出一种半导体电路的应用装置，包括MCU和半导体电路，所述半导体电路包括塑封外壳、多个间隔设置在所述塑封外壳内散热基板、多个驱动功率模块、一桥堆电路和一斩波PFC电路，所述多个驱动功率模块设置在同一散热基板上，所述桥堆电路设置在未设有所述多个驱动功率模块的任一所述散热基板上，所述斩波PFC电路设置在未设有所述多个驱动功率模块的任一所述散热基板上。
本实用新型的半导体电路，在塑封外壳内集成设有多个驱动功率模块，每一个驱动功率模块均可驱动一个电机或其它变频设备，从而使本实用新型的半导体电路可以驱动多电机，实现在多电机驱动需求的应用场景中应用；本实用新型半导体电路通过将多个驱动功率模块集成一块整体模块，相较于现有技术在主控板上使用多个智能功率模块而言，大幅降低了对主控板的空间占用，使主控板整体体积减小，降低了主控板的成本；并且，本实用新型半导体电路的多个驱动功率模块共用一个斩波PFC电路和一个桥堆电路，相较于现有技术使用多个智能功率模块(每个智能功率模块中都具有斩波PFC电路和桥堆电路)而言，大幅减少了器件的使用数量，减少总引脚的数量，进一步降低了使用本半导体电路的主控板的成本。
附图说明
图1为本实用新型半导体电路一实施例中的结构透视示意图；
图2为本实用新型半导体电路二实施例中的结构透视示意图；
图3为本实用新型半导体电路二实施例中的纵截面示意图。
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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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，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。
本实用新型提到的半导体电路，是一种将功率开关器件和高压驱动电路等集成在一起，并在外表进行密封封装的一种电路模块，在电力电子领域应用广泛，如驱动电机的变频器、各种逆变电压、变频调速、冶金机械、电力牵引、变频家电等领域应用。这里的半导体电路还有多种其他的名称，如模块化智能功率系统(Modular Intelligent Power System，MIPS)、智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)，或者称为混合集成电路、功率半导体模块、功率模块等名称。在本实用新型的以下实施例中，统一称为模块化智能功率系统(MIPS)。
本实用新型实施例提出一种MIPS。
参照图1，图1是本实用新型MIPS一实施例中的结构透视示意图。
在本实施例中，MIPS包括塑封外壳10、多个散热基板20、多个驱动功率模块30、一桥堆电路40和一斩波PFC电路50，多个散热基板20间隔设置在塑封外壳10内，使各个散热基板20不会直接进行热传递，不会相互热影响。多个驱动功率模块30设置在同一散热基板20上，桥堆电路40分别设置在未设有多个驱动功率模块30的任一散热基板20上，斩波PFC电路50设置在未设有多个驱动功率模块30的任一散热基板20上，即驱动功率模块30与桥堆电路40不在同一个散热基板20上，驱动功率模块30与斩波PFC电路50也不在同一个散热基板20上。
需要说明的是，本实施例图1中，仅仅是以两个散热基板20和两个驱动功率模块30为例，在其他实施例中，散热基板20的数量还可以为3个、4个、5个或更多个，驱动功率模块30的数量还可以为3个、4个、5个或更多个(可根据所需驱动电机或其它变频设备的数量而定)。
其中，散热基板20由金属材料制成，具体可以是由铝或其它散热性能好的等金属材质制成的矩形板件；散热基板20上具有电路布线层，电路布线层包括绝缘层和在绝缘层上形成的导电层走线(例如，铜皮走线)；驱动功率模块30、桥堆电路40、斩波PFC电路50分别是设置在其所在散热基板20的电路布线层的导电层走线上。塑封外壳10为包覆各个散热基板20的壳体，塑封外壳10为通过注塑高温固化成型，塑封外壳10的材质可为环氧树脂、酚醛树脂、填充料(二氧化硅或其他固体粉末)以及脱模剂、染色剂、阻燃剂等其他材料组成的混合物；各个散热基板20上焊接的电路引脚均从塑封外壳10的侧壁伸出。
本实施例的MIPS，在塑封外壳10内集成设有多个驱动功率模块30，每一个驱动功率模块30均可驱动一个电机或其它变频设备，从而使本实施例的MIPS可以驱动多电机，实现在多电机驱动需求的应用场景中应用；本实施例MIPS通过将多个驱动功率模块30集成一块整体模块，相较于现有技术在主控板上使用多个智能功率模块而言，大幅降低了对主控板的空间占用，使主控板整体体积减小，降低了主控板的成本；并且，本实施例的MIPS的多个驱动功率模块30共用一个斩波PFC电路50和一个桥堆电路40，相较于现有技术使用多个智能功率模块(每个智能功率模块中都具有斩波PFC电路50和桥堆电路40)而言，大幅减少了器件的使用数量，减少总引脚的数量，进一步降低了使用本MIPS的主控板的成本
另外，本实施例的MIPS在塑封外壳10内设置了多个间隔的散热基板20，将多个驱动功率模块30设置在同一散热基板20上，斩波PFC电路50和桥堆电路40设置在没有设置驱动功率模块30的散热基板20上，如此，使发热量大的斩波PFC电路50和桥堆电路40工作构成中产生的热量不会直接传递到驱动功率模块30所在的散热基板20上，从而降低了驱动功率模块30工作过程中的温度，驱动功率模块30在较低温度下工作，功率器件的漏电减小，开关损耗降低，降低了电力损耗量，提升了电能利用率；并且驱动功率模块30在较低温度下工作运行，更加稳定，可靠性更好。进一步地，驱动功率模块30所在散热基板20与其他电路(波PFC电路和桥堆电路40)的散热基板20采用独立间隔隔离的设计，降低了其他电路对驱动功率模块30的传导干扰，进一步提升了MIPS的可靠性。
在一些实施例中，桥堆电路40和斩波PFC电路50设置在同一散热基板20上(参考图1)。即本实施例的MIPS的塑封外壳10的散热基板20数量为两个，一个散热基板20上设置多个驱动功率模块30，另一个散热基板20上设置桥堆电路40和斩波PFC电路50。
进一步地，参照图1，本实施例中，散热基板20设置斩波PFC电路50的区域邻近塑封外壳10的端部。由于斩波PFC电路50的发热量非常大，本实施例将斩波PFC电路50设置在其所在散热基板20靠近塑封外壳10端部的区域，也就是使设置斩波PFC电路50区域尽可能的远离设置驱动功率模块30的散热基板20，从而使设置斩波PFC电路50的散热基板20上的热量对驱动功率模块30的工作温度影响更小，并且塑封外壳10的端部位置散热会更快些。虽然桥堆电路40也是发热量较大的部分，但相较斩波PFC电路50而言，要更小。
参照图2和图3，图2是本实用新型MIPS二实施例中的结构透视示意图；图3是本实用新型MIPS二实施例中的纵截面示意图。
在本实施例中，桥堆电路40和斩波PFC电路50分别设置在两个散热基板20上。即本实施例的MIPS的塑封外壳10的散热基板20数量为三个，一个散热基板20上设置多个驱动功率模块30，一个散热基板20上设置桥堆电路40，一个散热基板20上设置斩波PFC电路50。通过将桥堆电路40和斩波PFC电路50分开设置在不同的散热基板20上，使斩波PFC电路50和桥堆电路40之间不会相互干扰，进一步提升了MIPS的可靠性。
进一步地，参照图2和图3，本实施例中，多个散热基板20沿同一方向依次设置，即从塑封外壳10的一端向另一端依次排布设置。通过各个散热基板20沿同一方向依次设置，使得塑封外壳10的空间分布和利用率较高，减少塑封外壳10的外形体积，进一步降低对主控板的空间占用，并且可以更加方便MIPS的电路引脚的分布设计。
进一步地，参照图2和图3，本实施例中，将设置桥堆电路40的散热基板20，安排在设置驱动功率模块30的散热基板20与设置斩波PFC电路50的散热基板20之间。由于斩波PFC电路50和桥堆电路40的发热量都比驱动功率模块30大很多，且斩波PFC电路50工作时的发热量最大，因此，将驱动功率模块30所在的散热基板20设在塑封外壳10的一端，将斩波PFC电路50所在散热基板20和桥堆电路40所在散热基板20设置在塑封外壳10的另一端，功率驱动模块所在的散热基板20距离斩波PFC电路50所在的散热基板20最远，让驱动功率模块30受斩波PFC电路50和桥堆电路40的发热量影响最低，从而功率驱动模块保持较低的工作温度，电能损耗更低，节省电能，提升电能利用率。
进一步地，参照图2，本实施例在设置驱动功率模块30的散热基板20上等分有多个设置区域21(图2中以两个为例)，多个驱动功率模块30一一对应设置在多个设置区域21内。通过各个驱动功率模块30分别设置在各自的设置区域21内，使各个驱动功率模块30的之间的干扰影响最小，并使设置驱动功率模块30的散热基板20上的器件分布更均匀，避免器件分布过于集中而导致局部热量过高，影响工作的可靠性。
进一步地，本实施例的驱动功率模块30包括驱动控制芯片和三相逆变桥，驱动控制芯片的六路驱动信号输出端对应电连接三相逆变桥的三个上桥臂和三个下桥臂，以驱动控制三个上桥臂和三个下桥臂的通断。其中，驱动控制芯片可以采用HVIC(高压集成电路)芯片。
斩波PFC电路50可包括控制芯片、功率管和续流二极管，控制芯片通过控制功率管的通断以控制斩波PFC电路50的工作；或者，斩波PFC电路50可不包括控制芯片，其功率管由一驱动功率模块30的驱动控制芯片输出一路驱动控制信号到斩波PFC电路50的功率管，以控制该功率管的通断。
进一步地，本实施例的MIPS，在每一散热基板20上均设有一用于检测散热基板20温度的温度检测模块，温度检测模块可以采用热敏电阻进行检测的电路。通过各个温度检测模块分别检测各个散热基板20的温度，以使主控板上的MCU能够监测到MIPS中各个散热基板20上的电路部分的工作温度，从而在检测某一散热基板20的温度过高(超过对应的预设温度阈值)时，及时进行保护处理，保证MIPS的安全。
在一些实施例中，桥堆电路40为由四个整流二极管构成的整流电路。
本实施例的MIPS中，由于驱动功率模块30包括的器件数量最多，因此，驱动功率模块30所在的散热基板20的面积要大于桥堆电路40所在的散热基板20的面积，也要大于斩波PFC电路50所在的散热基板20的面积，各个散热基板20的面积是根据所需设置的器件数量和各个器件之间的间距等相关参数而定，在散热基板20的面积选择时，要综合考虑MIPS的工作稳定可靠性和MIPS的整体占用体积尽量小这两方面因素。各个散热基板20之间的间隔距离在保证两相邻基板20之间的热传递量变化不大的前提下，选择尽可能小。
本实用新型还提出一种MIPS的应用装置，例如，电机驱动主控板、变频电器主控板，或变频电器产品等。该MIPS的应用装置包括MCU和MIPS，该MIPS的具体结构可参照上述实施例。其中，MCU分别电连接各个驱动功率模块和斩波PFC电路，控制各个驱动功率模块的工作和控制斩波PFC模块的工作。由于本实用新型MIPS的应用装置采用了上述所有的实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，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保护的范围内。
Claims (10)
1.一种半导体电路，其特征在于，包括塑封外壳、多个间隔设置在所述塑封外壳内散热基板、多个驱动功率模块、一桥堆电路和一斩波PFC电路，所述多个驱动功率模块设置在同一散热基板上，所述桥堆电路设置在未设有所述多个驱动功率模块的任一所述散热基板上，所述斩波PFC电路设置在未设有所述多个驱动功率模块的任一所述散热基板上。
2.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述桥堆电路和所述斩波PFC电路设置在同一散热基板上。
3.根据权利要求2所述的半导体电路，其特征在于，所述散热基板设置所述斩波PFC电路的区域邻近所述塑封外壳的端部。
4.根据权利要求1所述的半导体电路，其特征在于，所述桥堆电路和所述斩波PFC电路分别设置在两个散热基板上。
5.根据权利要求4所述的半导体电路，其特征在于，所述多个散热基板沿同一方向依次设置。
6.根据权利要求5所述的半导体电路，其特征在于，设置所述桥堆电路的散热基板，位于设置所述驱动功率模块的散热基板与设置所述斩波PFC电路的散热基板之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体电路，其特征在于，设置所述驱动功率模块的散热基板上等分有多个设置区域，多个所述驱动功率模块一一对应设置在所述多个设置区域内。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体电路，其特征在于，所述驱动功率模块包括驱动控制芯片和三相逆变桥，所述驱动控制芯片的六路驱动信号输出端对应电连接所述三相逆变桥的三个上桥臂和三个下桥臂。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体电路，其特征在于，每一所述散热基板上均设有一用于检测散热基板温度的温度检测模块。
10.一种半导体电路的应用装置，其特征在于，包括MCU和权利要求1至9中任意一项所述的半导体电路，所述MCU分别电连接各个所述驱动功率模块和所述斩波PFC电路。
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