本實用新型涉及電機驅動技術，更具體地，涉及用于驅動直流電機的集成功率模塊。

背景技術：

隨著人們對環(huán)境的關注，新能源電動車之類的應用越來越受到重視。在這些電動車中廣泛地采用蓄電池提供電能，因此，直接采用直流電壓驅動的直流電機是電動車的主要動力系統(tǒng)。為了驅動單相或三相直流電機，已經開發(fā)出專用的集成功率模塊。不僅用于驅動開關管的驅動模塊，而且開關管自身都可以集成在單個集成功率模塊中，以減少外圍元件的數量。

與單相直流電機相比，三相直流電機的功率因數高、電能轉換效率高、輸出力矩大，從而更加適合于作為電動車的動力系統(tǒng)。因此，可以兼容單相直流電機和三相直流電機的集成功率模塊的應用前景更為廣闊。

然而，用于三相直流電機的集成功率模塊的管腳密集。在雙列直插式封裝(DIP)或貼片封裝(SOP)技術中，DIP23封裝形式或SOP23封裝形式的集成功率模塊包括23個管腳。在將集成功率模塊安裝在印刷電路板(PCB)上時，通過焊錫將芯片管腳焊接在PCB的焊盤上。焊盤和管腳孔的寬度使得相鄰管腳的焊錫之間的間距可能小于工作電壓所需的安全距離。結果，集成功率模塊的相鄰管腳之間可能產生高壓電弧放電，從而損壞芯片。

為了解決上述問題，現有的方法是在集成功率模塊的管腳上涂敷絕緣膠，使得相鄰管腳之間覆蓋絕緣膠而彼此絕緣。該方法的缺點是涂敷絕緣膠的工藝生產管控嚴格才能確保涂敷效果，并且要求PCB和絕緣膠二者均有良好的絕緣特性。采用絕緣膠實現芯片管腳之間的絕緣，導致生產管控的高要求和生產成本增加，并且影響產品的外觀。

因此，期望采用新的芯片封裝方案，從而在兼容現有封裝規(guī)格和避免使用絕緣膠的同時，改善管腳之間的絕緣特性。

技術實現要素：

鑒于上述問題，本實用新型的目的在于提供一種用于驅動直流電機的集成功率模塊，其中將自舉二極管和自舉電容內置以滿足管腳的絕緣要求。

根據本實用新型的實施例，提供一種用于驅動直流電機的集成功率模塊，其特征在于，包括：引線框架，所述引線框架具有多個管芯墊(die pad)和多個管腳；多個驅動模塊，所述多個驅動模塊分別根據輸入信號產生驅動信號；多個開關管，所述多個開關管分別根據各自的驅動信號導通或斷開；多個自舉網絡，所述多個自舉網絡分別包括自舉二極管和自舉電容；塑封料，用于覆蓋所述多個驅動模塊、所述多個開關管和所述多個自舉網絡，其中，所述多個驅動模塊、所述多個開關管和所述多個自舉網絡的自舉二極管和自舉電容安裝在所述多個管芯墊的相應管芯墊上。

優(yōu)選地，所述多個驅動模塊和所述多個自舉網絡的自舉電容各自安裝在獨立的管芯墊上，或者共同安裝在同一個管芯墊上。

優(yōu)選地，根據所述集成功率模塊的最大工作電壓和所述塑封料的絕緣能力確定所述多個自舉網絡的自舉電容與相鄰模塊或元件的間距。

優(yōu)選地，所述多個自舉網絡的自舉電容與相鄰模塊或元件的間距為至少22.8微米。

優(yōu)選地，所述多個驅動模塊、所述多個開關管和所述多個自舉網絡的自舉二極管和自舉電容采用焊線實現彼此之間的電連接。

優(yōu)選地，所述多個管腳位于所述集成功率模塊的至少一個側邊的管腳均為低壓管腳。

優(yōu)選地，所述多個管腳中的至少一部分相鄰管腳之間的間距為第一間距，所述多個管腳中的至少另一部分相鄰管腳之間的間距為第二間距，其中，所述第二間距為所述第一間距的至少2倍。

優(yōu)選地，所述集成功率模塊兼容DIP 23封裝和SOP23封裝至少之 一。

優(yōu)選地，所述多個驅動模塊的數量為至少兩個，以提供至少兩個電機驅動信號。

本實用新型的集成功率模塊將自舉二極管和自舉電容內置于封裝中，利用塑封料的絕緣性能符合電氣安規(guī)的要求，因而不需要使用附加的絕緣膠覆蓋集成功率模塊的管腳。

由于將原來PCB上的自舉網絡封裝到集成功率模塊內，該集成功率模塊減少了管腳數量。該集成功率模塊的其余管腳的分布和尺寸仍然符合現有的封裝規(guī)格。因而解決了現有集成功率模塊緊湊型的小體積封裝設計需求和在工作中由于高低壓引腳間距小于電氣安規(guī)的矛盾。

在優(yōu)選的實施例中，至少一部分相鄰管腳由于去除二者之間的管腳而增大間距，進一步改善管腳之間的絕緣性能以滿足電氣安規(guī)的要求。

在優(yōu)選的實施例中，集成功率模塊的至少一個側邊的所有管腳均為低壓管腳。由于集成功率模塊的管腳分布的改變，可以避免高壓管腳和低壓管腳彼此相鄰，進一步改善管腳之間的絕緣性能以滿足電氣安規(guī)的要求。

附圖說明

通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將更為清楚。

圖1示出用于驅動直流電機的集成功率模塊的電路原理圖。

圖2a和2b分別示出根據現有技術的集成功率模塊的外部結構圖和內部透視圖。

圖3a和3b分別示出根據本實用新型實施例的集成功率模塊的外部結構圖和內部透視圖。

具體實施方式

以下將參照附圖更詳細地描述本實用新型。在各個附圖中，相同的元件采用類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本實用新型的許多特定的細節(jié)，例如器件的結構、材料、尺寸、處理工藝和技術，以便更清楚地理解本實用新型。但正如本領域的技術人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細節(jié)來實現本實用新型。

本實用新型可以各種形式呈現，以下將描述其中一些示例。

圖1示出用于驅動直流電機的集成功率模塊的電路原理圖。作為示例，該集成功率模塊包括微控制單元MCU和第一至第三驅動模塊U1至U3。第一至第三驅動模塊U1至U3分別具有供電端VCC、公共地端COM、高側驅動懸浮供電端VB、高側驅動偏置電壓地VS、高側信號輸入端HIN、低側信號輸入端LIN、高側信號輸出端HO、以及低側信號輸出端LO。

參見圖1，第一電源電壓VCC經電容C1濾波，然后分別經電容C12、電容C22和C32濾波，分別提供至第一至第三驅動模塊U1至U3的供電端VCC。第一至第三驅動模塊U1至U3的公共地端COM連接至公共地。第一至第三驅動模塊U1至U3可以獨立地控制兩個串聯開關管的導通和斷開。采用第一至第三驅動模塊U1至U3中的兩個，可以將電源VDC的第二電源電壓提供給單相直流電機。采用第一至第三驅動模塊U1至U3中的三個，可以將電源VDC的第二電源電壓提供給三相直流電機。濾波電容Cdc并聯連接在電源VDC兩端，用于對第二電源電壓進行濾波。

第一至第三驅動模塊U1至U3的電路結構和工作方式類似，因此僅以第一驅動模塊U1為例說明集成功率模塊的工作原理。

微控制單元MCU向第一驅動模塊U1的高側信號輸入端HIN和低側信號輸入端LIN分別提供第一和第二脈寬調制(PWM)信號。電阻R11和電容C14組成濾波網絡，連接至高側信號輸入端HIN，用于對第一PWM信號進行濾波。電阻R12和電容C13組成濾波網絡，連接至低側信號輸入端LIN，用于對第二PWM信號進行濾波。第一驅動模塊U1根據第一和第二PWM信號產生第一和第二柵極驅動信號，并且經由高側信號輸出端HO將第一柵極驅動信號提供給第一開關管Q11，經由低側信號輸出端LO將第二柵極驅動信號提供給第二開關管Q12。第一開 關管Q11和第二開關管Q12彼此串聯連接在電源VDC之間。優(yōu)選地，第一開關管Q11與二極管D11反向并聯，第二開關管Q12與二極管D12反向并聯。

第一自舉網絡包括連接在第一驅動模塊的高側驅動懸浮供電端VB和高側驅動偏置電壓地VS之間的自舉電容C11、以及連接在供電端VCC和高側驅動懸浮供電端VB之間的自舉二極管D13。在集成功率模塊上電期間，供電端VCC的電源電壓經由自舉二極管D13向自舉電容C11充電，從而在高側驅動懸浮供電端VB和高側驅動偏置電壓地VS之間產生第一開關管Q11的偏置電壓VB1。在高側驅動懸浮供電端VB處于高壓時，自舉二極管D13防止電流倒灌至供電端VCC損傷低壓端。

第一電流反饋網絡包括連接在第二開關管Q12和地之間的電流采樣電阻R51，以及由電阻R41和電容C41組成的濾波網絡。在電流采樣電阻R51上獲得的電流采樣信號經由濾波網絡提供給微控制單元MCU，從而可以實時檢測流過第二開關管Q12的電流，以防止過流的發(fā)生。

在集成功率模塊的工作期間，第一驅動模塊U1的高側信號輸入端HIN接收第一PWM信號，低側信號輸入端LIN接收第二PWM信號，高側信號輸出端HO產生第一驅動信號，低側信號輸出端LO產生第二驅動信號。

在第一驅動信號和第二驅動信號的控制下，第一開關管Q11和第二開關管Q12交替導通和斷開。在第一種情形下，第一開關管Q11導通,且第二開關管Q12斷開。第一開關管Q11、直流電機M的一相繞組、另一個驅動模塊的第二開關管(例如第二驅動模塊U2的第二開關管Q22)之間形成正向的電流路徑。在第二種情形下，第一開關管Q11斷開，且第二開關管Q12導通。第二開關管Q12、直流電機M的一相繞組、另一個驅動模塊的第一開關管(例如第二驅動模塊U2的第一開關管Q21)之間形成反向的電流路徑。

第一驅動模塊U1的第一開關管Q11和第二開關管Q12的中間節(jié)點作為第一輸出端。第二驅動模塊U2的第一開關管Q21和第二開關管Q22的中間節(jié)點作為第二輸出端。第三驅動模塊U3的第一開關管Q31和第二開關管Q32的中間節(jié)點作為第三輸出端。

三相直流電機連接在第一至第三輸出端上，從而在第一至第三驅動模塊U1至U3的驅動下工作。

圖2a和2b分別示出根據現有技術的集成功率模塊的外部結構圖和內部透視圖。根據該現有技術，如圖1所示的電路封裝成一個集成功率模塊，其中包含第一至第三驅動模塊U1至U3及開關管Q11、Q12、Q21、Q22、Q31和Q32。微控制單元MCU作為該芯片的外部控制器，直流電機M作為該芯片的負載。第一至第三驅動模塊的自舉二極管和自舉電容作為該芯片的外圍元件。

如圖2a所示，該集成功率模塊110為DIP23封裝形式或SOP23封裝形式，包括23個管腳，相鄰管腳的設計間距D例如為1.178毫米。在將集成功率模塊110安裝在印刷電路板(PCB)150上時，通過焊錫將芯片管腳121焊接在PCB 150的焊盤151上。

在PCB 150還設置有第一驅動模塊U1的第一自舉網絡161、第二驅動模塊U2的第二自舉網絡162、第三驅動模塊U3的第三自舉網絡163。第一自舉網絡161包括自舉二極管D13和自舉電容C11。第二自舉網絡162包括自舉二極管D23和自舉電容C21。第三自舉網絡163包括自舉二極管D33和自舉電容C31。

由于集成功率模塊110的管腳121焊接在PCB 150的焊盤151上，因此，PCB 150上的管腳孔和焊盤151以及焊錫均占據一定的面積，根據實際測量的結果，相鄰管腳之間的實際間距就只有0.63毫米。

集成功率模塊110的管腳序號和管腳名稱如下表所示。

表1.集成功率模塊的管腳序號和管腳名稱

集成功率模塊110的電源電壓例如為220V。在管腳編號1～16中，其中有3個管腳2、7、12是高壓管腳，例如工作電壓為500V以上，其余管腳都是低壓管腳，例如工作電壓為30V以下。管腳2、7、12在工作的時候工作電壓通常大于500V。依據安規(guī)規(guī)范，相鄰管腳間的安全間距至少是1.0mm，但是實際間距只有0.63mm，這樣就不符合電氣安規(guī)要求，低壓管腳容易被工作中的高壓電弧擊穿打壞芯片，存在極大的風險。

為了解決這個風險，現有的手段是在PCB上涂裝絕緣膠，使得高壓管腳和低壓管腳絕緣，以此規(guī)避高壓電損傷芯片。正如已經指出的那樣， 采用絕緣膠實現芯片管腳之間的絕緣，導致生產管控的高要求和生產成本增加，并且影響產品的外觀。

圖3a和3b分別示出根據本實用新型實施例的集成功率模塊的外部結構圖和內部透視圖。根據該實施例，如圖1所示的電路封裝成一個集成功率模塊，其中包含第一至第三驅動模塊U1至U3及開關管Q11、Q12、Q21、Q22、Q31和Q32。微控制單元MCU作為該芯片的外部控制器。

與圖2a和2b所示的現有技術不同，根據該實施例的集成功率模塊內置第一至第三驅動模塊的自舉二極管和自舉電容，并且改變芯片封裝結構。

如圖3a所示，該集成功率模塊210為DIP23封裝形式或SOP23封裝形式，但僅僅包括20個管腳。一部分管腳的設計間距D例如為1.178毫米，另一部分管腳的設計間距D例如大于3毫米。由于自舉網絡內置在芯片中，因此，可以避免高壓管腳和低壓管腳彼此相鄰。

在將集成功率模塊210安裝在印刷電路板(PCB)150上時，通過焊錫將芯片管腳221焊接在PCB 150的焊盤151上。由于集成功率模塊210的管腳221焊接在PCB 150的焊盤151上，因此，PCB 150上的管腳孔和焊盤151以及焊錫均占據一定的面積。彼此相鄰的一部分管腳之間的實際間距就只有0.63毫米，另一部分管腳之間由于去除二者之間的管腳，因此實際間距例如大于1.2毫米。

集成功率模塊210的管腳序號和管腳名稱如下表所示。

表2.集成功率模塊的管腳序號和管腳名稱

集成功率模塊210的電源電壓例如為220V。在管腳編號1～13中，所有管腳低壓管腳，例如工作電壓為30V以下。自舉網絡內置在芯片中，由塑封料覆蓋。根據集成功率模塊210的最大工作電壓和塑封料的絕緣能力確定元件間距。例如，在塑封料的絕緣能力為22KV/mm的情形下，自舉電容與鄰近芯片間距至少22.8微米就可以保證工作電壓500V的電氣安規(guī),自舉電容與鄰近芯片間距至少27.2微米就可以保證工作電壓600V的電氣安規(guī)。

如圖3b所示，在集成功率模塊210中內置第一驅動模塊U1的第一自舉網絡、第二驅動模塊U2的第二自舉網絡、第三驅動模塊U3的第三自舉網絡。第一自舉網絡包括自舉二極管D13和自舉電容C11。第二自舉網絡包括自舉二極管D23和自舉電容C21。第三自舉網絡包括自舉二 極管D33和自舉電容C31。

集成功率模塊210包括引線框220。該引線框220包括20個管腳221、以及管芯墊222和223。第一至第三驅動模塊U1至U3、以及自舉電容C11、C21和C31帖裝在同一個管芯墊222上。例如，可以使用絕緣銀漿，將電容固定于管芯墊上。替代地，第一至第三驅動模塊U1至U3、以及自舉電容C11、C21和C31可以分別帖裝在各自的管芯墊上。自舉二極管D13、D23和D33帖裝在各自的管芯墊223上。例如，可以使用絕緣銀漿，將二極管固定于管芯墊上。

在集成功率模塊210中，第一至第三驅動模塊U1至U3、以及自舉電容C11、C21和C31、以及自舉二極管D13、D23和D33、以及第一開關管Q11、Q21、Q31和第二開關管Q12、Q22、Q32之間可以采用金線焊線225以實現彼此之間的電連接。相應地，自舉電容C11、C21和C31選擇帶鍍金焊頭的貼片電容，有利于使用金線焊線連接。

在該實施例中，由于將自舉網絡中的自舉電容放置到芯片內，利用第一至第三驅動模塊U1至U3的管芯墊，放置于旁邊。根據所述集成功率模塊的最大工作電壓和所述塑封料的絕緣能力確定自舉電容C11、C21和C31與相鄰模塊或元件的間距，以保證符合電氣安規(guī)的要求。該間距例如至少22.8微米。

進一步地，由于自舉電容C11、C21和C31以及自舉二極管D13、D23和D33均內置于芯片中，因此，第一至第三驅動模塊U1至U3的高側驅動懸浮供電端VB不需要提供單獨的管腳，而是將該管腳相關的電連接采用芯片封裝內的金線焊線來提供。與圖2b所示的現有技術的封裝結構相比，根據該實施例的芯片封裝結構省去了3個管腳VBU、VBV和VBW，從而在集成功率模塊210的一個側邊設置的管腳1～13均為低壓管腳，避免了低壓管腳和高壓管腳彼此相鄰。彼此相鄰的一部分管腳之間的實際間距為0.63毫米，另一部分管腳之間由于去除二者之間的管腳，因此實際間距例如大于1.2毫米。

應當說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且， 術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

依照本實用新型的實施例如上文所述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該實用新型僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化，包括但不限于對電路的局部構造的變更、對元器件的類型或型號的替換。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本實用新型的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本實用新型以及在本實用新型基礎上的修改使用。本實用新型僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。