CN218069840U - 一种电力电子装置和过温保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力电子装置和过温保护电路，应用于电子元件技术领域，用以解决功率管的温度检测准确性较差、检测时间较长的问题。具体包括功率管芯片、PN结芯片、第一引脚组件、第二引脚组件、两个载片和导热绝缘片；功率管芯片固定设置于两个载片中的第一载片的第一面，功率管芯片通过导线与第一引脚组件连接；PN结芯片固定设置于两个载片中的第二载片的第一面，PN结芯片通过导线与第二引脚组件连接；第一载片和第二载片的第二面与导热绝缘片的第一面固定连接。这样，PN结芯片的温度和功率管芯片温度会无限接近，PN结芯片可以较快的检测到温度变化并及时将检测到的温度转化为电压输出，提升功率管的温度检测的准确性，缩短检测时间。

Description

一种电力电子装置和过温保护电路

技术领域

本实用新型涉及电子元件技术领域，尤其涉及一种电力电子装置和过温保护电路。

背景技术

功率管作为电路中主要发热器件，其工作过程和工作可靠性被温度时刻影响，过高的温度会导致功率管烧毁，对功率管的温度进行准确、及时的检测十分必要。

目前，功率管的温度检测主要分为在电路中串联精密电阻采样和在功率管的散热片上安装NTC电阻两种方法。精密电阻阻值范围较大，其阻值在上下限范围内波动导致温度检测的准确性较差，并且精密电阻的使用场合有限，无法满足大电流工作场合的要求；粘在散热器上的NTC电阻响应时间受限于芯片与基板之间焊锡的热传导能力以及基板与散热器之间导热硅脂的热传导能力，导致温度检测的检测时间较长。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种电力电子装置和过温保护电路，用以解决现有技术中的功率管的温度检测准确性较差、检测时间较长的问题。

一方面，本实用新型实施例提供的电力电子装置，包括：功率管芯片、PN结芯片、第一引脚组件、第二引脚组件、两个载片和导热绝缘片；其中，PN结芯片为含有PN结结构的芯片；

功率管芯片固定设置于两个载片中的第一载片的第一面，功率管芯片通过导线与第一引脚组件连接；其中，第一引脚组件用于连接功率管芯片的外部工作电路；PN结芯片固定设置于两个载片中的第二载片的第一面，PN结芯片通过导线与第二引脚组件连接；其中，第二引脚组件用于传输PN结芯片的输出电压；第一载片的第二面和第二载片的第二面分别与导热绝缘片的第一面固定连接。

在一种可能的实施方式中，两个载片上分别设置有一个一体化引脚。

在一种可能的实施方式中，第一引脚组件包括第一引脚和第二引脚，第一引脚和第二引脚分别通过导线与功率管芯片连接；第二引脚组件包括第三引脚，第三引脚通过导线与PN结芯片连接。

在一种可能的实施方式中，导热绝缘片为采用三氧化二铝制成的绝缘陶瓷片或采用碳化硅铝制成的绝缘陶瓷片。

在一种可能的实施方式中，功率管芯片为二极管芯片、三极管芯片、场效应管芯片和绝缘栅双极型晶体管芯片中的任一种。

在一种可能的实施方式中，第一载片和第二载片间隔预设距离固定设置于导热绝缘片上。

在一种可能的实施方式中，电力电子装置还包括散热框架，散热框架的第一面与导热绝缘片的第二面固定连接。

在一种可能的实施方式中，电力电子装置还包括塑封外壳，塑封外壳将导热绝缘片、功率管芯片、PN结芯片、两个载片和散热框架的第一面包裹在内且将散热框架的第二面外露。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种过温保护电路，包括：本实用新型实施例提供的上述电力电子装置、采集单元、比较单元和控制器；电力电子装置的输入端与控制器的输出端电连接，电力电子装置的输出端与采集单元的输入端电连接，采集单元的输出端与比较单元的输入端电连接，比较单元的输出端与控制器的输入端电连接。

在一种可能的实施方式中，比较单元包括比较器和基准电源；比较器的输入端分别与基准电源和采集单元的输出端电连接，比较器的输出端与控制器的输入端电连接。

本实用新型实施例的有益效果如下：

本实用新型实施例提供的电力电子装置，通过将功率管芯片和PN结芯片固定设置于相应载片上，并将两个载片设置于导热绝缘片上，功率管芯片的温度可以依次通过第一载片、导热绝缘片和第二载片传递到PN结芯片，传递过程中的热量散失极少，传递到PN结芯片的温度与功率管芯片的温度无限接近，PN结芯片因其PN结结构具有输出电压随着温度的升高而线性下降的电气特性，可以通过第二引脚组件传输的输出电压准确的反映功率管芯片的温度，实现PN结芯片对功率管芯片的准确的温度检测，并且，由于PN结芯片中的PN结结构对温度变化敏感，PN结芯片可以极短的时间内将功率管芯片的温度转化为输出电压，从而缩短温度检测时间。

附图说明

图1为本实用新型实施例中电力电子装置的第一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例中电力电子装置的第二种结构示意图；

图3为本实用新型实施例中电力电子装置的第三种结构示意图；

图4为本实用新型实施例中电力电子装置的第四种结构示意图；

图5为本实用新型实施例中过温保护电路的第一种结构示意图；

图6为本实用新型实施例中过温保护电路的第二种结构示意图。

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一部分实施例，并不是全部的实施例。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。

本实用新型实施例提供了一种电力电子装置，参阅图1所示，该电力电子装置100包括：功率管芯片110、PN结芯片120、第一引脚组件130、第二引脚组件140、两个载片150和导热绝缘片160；其中，PN结芯片120为含有PN结结构的芯片；功率管芯片110固定设置于两个载片150中的第一载片151的第一面，功率管芯片110通过导线与第一引脚组件130连接；其中，第一引脚组件130用于连接功率管芯片110的外部工作电路；PN结芯片120固定设置于两个载片150中的第二载片152的第一面，PN结芯片120通过导线与第二引脚组件140连接；其中，第二引脚组件140用于传输所述PN结芯片120的输出电压；第一载片151的第二面和第二载片152的第二面分别与导热绝缘片160的第一面固定连接。

实际应用中，PN结芯片120为含有PN结构的芯片，PN结芯片120可以为二极管芯片、三极管芯片、场效应管芯片和绝缘栅双极型晶体管芯片、晶闸管中的任一种。第一载片151和第二载片152的第二面与导热绝缘片160的第一面的连接方式可以焊接、粘合等固定方式。功率管芯片110在通过第一引脚组件130与外部工作电路连接，功率管芯片110的工作过程中会产生热量，导致功率管芯片110、功率管芯片110所在的第一载片和导热绝缘片160的温度上升，导热绝缘片160用于将温度传递至PN结芯片120所在的第二载片，PN结芯片120可以检测所在的第二载片的温度并转化电压经第二引脚组件140输出。由于功率管芯片110的温度依次通过第一载片、导热绝缘片160和第二载片传递到PN结芯片，传递过程中的热量散失极少PN结芯片120的温度无限接近于功率管芯片110的温度，由于PN结芯片120中的PN结结构的伏安特性与热变化之间具有函数关系，即其PN结结构具有输出电压随着温度的升高而线性下降的电气特性，这种电气特性可以使PN结芯片120输出的电压可以准确的反映功率管芯片110的温度，从而实现对功率管芯片110温度的准确的测量。并且，由于PN结芯片120中的PN结结构对温度变化敏感，PN结芯片120可以极短的时间内将功率管芯片110的温度转化为输出电压，从而缩短温度检测时间。

在具体实施时，功率管芯片110、PN结芯片120均是通过采用软焊料或者银浆分别焊接于相应载片上的，制作两个载片150的材料为铜，第一载片151和第二载片152的第二面通过粘合、焊接等方式固定连接至导热绝缘片160的第一面。功率管芯片110的正面与反面均可以通过导线与第一引脚组件130连接，PN结芯片120的正面与反面均可以通过导线与第二引脚组件140连接。

在一种可能的实施方式中，参阅图2所示，两个载片150上分别设置有一个一体化引脚153。

实际应用中，两个载片150上可以分别设置一个一体化引脚153，即，每个载片中的上包括芯片预留位和与对应芯片背面连接的一体化引脚153，通过一体化引脚153的设置，功率管芯片110和PN结芯片120的背面不需要通过导线与引脚组件连接，可以简化连接，增加结构的可靠性。并且，制作两个载片150的模具是需要基于DBC(DirectBond Copper，直接覆铜)陶瓷基板进行开模制作的，载片的大小可以根据功率管芯片110、PN结芯片120的大小进行设计。

在一种可能的实施方式中，参阅图2所示，第一引脚组件130包括第一引脚131和第二引脚132，第一引脚131和第二引脚132分别通过导线与功率管芯片110连接；第二引脚组件140包括第三引脚141，第三引脚141通过导线与PN结芯片120连接。

实际应用中，由于载片上设置有一体化引脚153，则第一引脚131和第二引脚分别通过导线与功率管芯片110的正面的对应位置连接，以引出功率管芯片110的对应引脚；第三引脚141通过导线与PN结芯片120正面的对应位置连接，以引出PN结芯片110的对应引脚。

具体实施时，对于PN结芯片120而言，第三引脚141通过导线连接的是PN结芯片120中PN结结构的阳极，PN结芯片120所在的第二载片152的一体化引脚153连接的是PN结芯片120中PN结结构的阴极；对于功率管芯片110而言，不同类型的功率管芯片110，对应引脚的名称不同，以场效应管芯片为例，第一引脚131通过导线连接的是场效应管的栅极，第二引脚通过导线连接的是场效应管的源极，场效应管芯片所在第一载片151的一体化引脚153连接的是场效应管的漏极。

在一种可能的实施方式中，导热绝缘片160为采用三氧化二铝制成的绝缘陶瓷片或采用碳化硅铝制成的绝缘陶瓷片，可以实现载片之间的绝缘。导热绝缘片160的第一面与两个载片150之间固定连接的位置处需要覆铜，导热绝缘片160的第二面均覆铜，以通过粘合、焊接等的固定连接方式实现导热绝缘片160与器件之间的绝缘。

在一种可能的实施方式中，功率管芯片110可以为二极管芯片、三极管芯片、场效应管芯片和绝缘栅双极型晶体管芯片中的任一种。

在一种可能的实施方式中，第一载片和第二载片间隔预设距离固定设置于所述导热绝缘片上。

实际应用中，固定功率管芯片110的第一载片与固定PN结芯片120的第二载片固定设置于导热绝缘片160上的预设距离一般为1～5mm，由于固定功率管芯片110的第一载片与固定PN结芯片120的第二载片的预设距离较短，功率管芯片110的温度依次通过第一载片、导热绝缘片160和第二载片传递到PN结芯片120的传递过程中的传递时间缩短，还可以减小本就极少的热量散失，进一步提升了PN结芯片120对功率管芯片110的准确的温度检测的快速性和准确性。

在一种可能的实施方式中，参阅图3所示，电力电子装置100还包括散热框架170，散热框架170的第一面与导热绝缘片160的第二面固定连接。

实际应用中，散热框架170包括顶部散热片171和背部散热片172，顶部散热片171设置于背部散热片172的上部，顶部散热片171和背部散热片172可以是一体的框架，背部散热片172的第一面则为散热框架170的第一面，散热框架170的第一面与导热绝缘片160的第二面通过粘合、焊接等方式固定连接，用于给导热绝缘片160散热，即，一方面可以降低功率管芯片110的温度，对功率管起到保护作用共，另一方面可以在散热的同时散热保证功率管芯片110和PN结芯片120温度的一致。

在一种可能的实施方式中，参阅图4所示，电力电子装置100还包括塑封外壳180，塑封外壳180将导热绝缘片160、功率管芯片110、PN结芯片120、两个载片150和散热框架170的第一面包裹在内且将散热框架170的第二面外露。

实际应用中，塑封外壳180可以将导热绝缘片160、功率管芯片110、PN结芯片120、两个载片150和背部散热片172的第一面包裹在内，对电力电子装置100起到保护的作用，将背部散热片172的第二面和顶部散热片171的外露，可以使背部散热片172和顶部散热片171有效将热量散失至空气中。

基于同一构思，本实用新型实施例还提供了一种过温保护电路，参阅图5所示，过温保护电路200包括：本实用新型实施例提供的上述电力电子装置100、采集单元210、比较单元220和控制器230；电力电子装置100的输入端与控制器230电连接，电力电子装置100的输出端与所述采集单元210的输入端连接，所述采集单元210的输出端与所述比较单元220的输入端电连接，比较单元220的输出端与控制器230的输入端连接。

实际应用中，电力电子装置100用于根据功率管芯片110当前的温度输出相应的电压值；采集单元210用于采集电力电子装置100输出的电压值并进行预处理得到目标电压值；比较单元220用于将目标电压值与基准电压值比较得到比较结果；控制器230用于根据比较结果确定是否输入相应控制信号至电力电子装置100中的功率管芯片110，其中，比较单元220通过将目标电压值与基准电压值比较得到比较结果，若目标电压值大于等于基准电压值，则代表功率管芯片110当前的温度超过限定温度，控制器230此时会断开功率管芯片110控制信号的输入，以实现对功率管芯片110的过温保护；若目标电压值小于等于基准电压值，则代表功率管芯片110当前的温度未超过限定温度，控制器230此时会继续将控制信号输入功率管芯片110，以使功率管芯片110正常工作。

在一种可能的实施方式中，参阅图6所示，比较单元220包括比较器221和基准电源222；比较器221的输入端分别与基准电源222和采集单元210的输出端连接，比较器221的输出端与控制器230的输入端连接，其中，基准电源222用于提供基准电压值，比较器221用于将目标电压值与基准电压值进行比较得到比较结果。

本实用新型实施例提供的过温保护电路中，由于电力电子装置能够提升功率管的温度检测的准确性，缩短检测时间，因此，使用电力电子装置的过温保护电路也具有相应的优点，并且，过温保护电路的控制器可以根据比较单元的比较结果确定功率管芯片当前的温度是否超过限定温度，并在超过限定温度时断开功率管芯片，这样，可以实现对功率管芯片快速且可靠的过温保护。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型实施例的精神和范围。这样，倘若本实用新型实施例的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电力电子装置，其特征在于，包括：功率管芯片、PN结芯片、第一引脚组件、第二引脚组件、两个载片和导热绝缘片；其中，所述PN结芯片为含有PN结结构的芯片；

所述功率管芯片固定设置于所述两个载片中的第一载片的第一面，所述功率管芯片通过导线与所述第一引脚组件连接；其中，所述第一引脚组件用于连接所述功率管芯片的外部工作电路；

所述PN结芯片固定设置于所述两个载片中的第二载片的第一面，所述PN结芯片通过导线与所述第二引脚组件连接；其中，所述第二引脚组件用于传输所述PN结芯片的输出电压；

所述第一载片的第二面和所述第二载片的第二面分别与所述导热绝缘片的第一面固定连接。

2.根据权利要求1所述的电力电子装置，其特征在于，所述两个载片上分别设置有一个一体化引脚。

3.根据权利要求2所述的电力电子装置，其特征在于，所述第一引脚组件包括第一引脚和第二引脚，所述第一引脚和所述第二引脚分别通过导线与所述功率管芯片连接；所述第二引脚组件包括第三引脚，所述第三引脚通过导线与所述PN结芯片连接。

4.根据权利要求1所述的电力电子装置，其特征在于，所述导热绝缘片为采用三氧化二铝制成的绝缘陶瓷片或采用碳化硅铝制成的绝缘陶瓷片。

5.根据权利要求1所述的电力电子装置，其特征在于，所述功率管芯片为二极管芯片、三极管芯片、场效应管芯片和绝缘栅双极型晶体管芯片中的任一种。

6.根据权利要求1所述的电力电子装置，其特征在于，所述第一载片和所述第二载片间隔预设距离固定设置于所述导热绝缘片上。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电力电子装置，其特征在于，还包括散热框架，所述散热框架的第一面与所述导热绝缘片的第二面固定连接。

8.根据权利要求7所述的电力电子装置，其特征在于，还包括塑封外壳，所述塑封外壳将所述导热绝缘片、所述功率管芯片、所述PN结芯片、所述两个载片和所述散热框架的第一面包裹在内且将所述散热框架的第二面外露。

9.一种过温保护电路，其特征在于，包括：如权利要求1-8任一项所述的电力电子装置、采集单元、比较单元和控制器；所述电力电子装置的输入端与所述控制器的输出端电连接，所述电力电子装置的输出端与所述采集单元的输入端电连接，所述采集单元的输出端与所述比较单元的输入端电连接，所述比较单元的输出端与所述控制器的输入端电连接。

10.根据权利要求9所述的过温保护电路，其特征在于，所述比较单元包括比较器和基准电源；所述比较器的输入端分别与所述基准电源和所述采集单元的输出端电连接，所述比较器的输出端与所述控制器的输入端电连接。

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