本發(fā)明涉及igbt電力半導(dǎo)體器件領(lǐng)域,尤其涉及一種綜合保護(hù)電路、綜合保護(hù)裝置及塑封裝置。
背景技術(shù):
目前igbt電力半導(dǎo)體器件失效、損壞主要形式有過(guò)溫、過(guò)流和短路。造成igbt電力半導(dǎo)體器件過(guò)溫?fù)p壞的是器件的熱疲勞現(xiàn)象,原因有散熱設(shè)計(jì)不當(dāng),驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)不合理,外界負(fù)載發(fā)生的變化等。形成igbt電力半導(dǎo)體器件過(guò)流、短路損壞的原因是負(fù)載絕緣不良,外界雜物引起的橋路短路和感性負(fù)載發(fā)生的關(guān)斷峰值電壓等。以上的失效損壞形式已經(jīng)包含了igbt電力半導(dǎo)體器件的95%以上的失效損壞范圍。
特別需要注意的是igbt電力半導(dǎo)體器件在組成多芯片聯(lián)合工作,如逆變、變頻,交-直-交3電平pwm大容量變頻傳動(dòng)裝置時(shí),只要有一個(gè)igbt電力半導(dǎo)體器件損壞,就會(huì)引起整體模塊的損壞。
igbt電力半導(dǎo)體器件必定是長(zhǎng)期、高可靠工作,以確保安全。當(dāng)前一般都在電力半導(dǎo)體器件外圍設(shè)置一些驅(qū)動(dòng)電路,包括各種保護(hù)電路。但此類(lèi)驅(qū)動(dòng)電路或者專(zhuān)業(yè)ic驅(qū)動(dòng)器并不與igbt電力半導(dǎo)體器件在同一物理環(huán)境下工作。因此對(duì)器件所產(chǎn)生的各種失效損壞感應(yīng)速度,綜合處理能力等存在不一致性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的局限性,提供一種綜合保護(hù)電路、綜合保護(hù)裝置及塑封裝置,應(yīng)用于igbt電力半導(dǎo)體器件,旨在真正實(shí)現(xiàn)不依靠外圍電路,直接從igbt芯片封裝成的器件完成綜合精準(zhǔn)保護(hù),提高igbt電力半導(dǎo)體器件的功率密度和可靠性。
上述技術(shù)方案具體包括:
一種綜合保護(hù)電路,應(yīng)用于igbt電力半導(dǎo)體器件,其中,包括輸入保護(hù)電路、過(guò)溫保護(hù)電路和過(guò)流短路保護(hù)電路;
所述輸入保護(hù)電路的輸入端連接所述igbt電力半導(dǎo)體器件的輸入控制電壓,所述輸入保護(hù)電路的輸出端連接所述過(guò)溫保護(hù)電路的輸入端;
所述過(guò)溫保護(hù)電路的輸出端連接所述過(guò)流短路保護(hù)電路的輸入端;
所述過(guò)流短路保護(hù)電路的輸出端連接所述igbt電力半導(dǎo)體器件的輸入端;
所述輸入保護(hù)電路用于保護(hù)所述igbt電力半導(dǎo)體器件的所述輸入控制電壓;
所述過(guò)溫保護(hù)電路用于避免所述igbt電力半導(dǎo)體器件的工作結(jié)溫快速上升;
所述過(guò)流短路電路用于使所述igbt電力半導(dǎo)體器件在出現(xiàn)過(guò)流或短路現(xiàn)象時(shí)不被損壞。
較佳的,上述綜合保護(hù)電路中,所述輸入保護(hù)電路包括;
p溝道場(chǎng)效應(yīng)管,所述p溝道場(chǎng)效應(yīng)管的漏極連接所述輸入保護(hù)電路的所述輸入端,源極連接所述輸入保護(hù)電路的所述輸出端,柵極連接一第一節(jié)點(diǎn);
所述n溝道場(chǎng)效應(yīng)管的漏極連接所述輸入保護(hù)電路的所述輸入端,源極連接所述輸入保護(hù)電路的所述輸出端;
第一電阻,連接在所述輸入保護(hù)電路的所述輸入端和所述第一節(jié)點(diǎn)之間;
第二電阻,連接在所述輸入保護(hù)電路的所述輸出端和第一節(jié)點(diǎn)之間。
較佳的,上述綜合保護(hù)電路中,所述過(guò)溫保護(hù)電路包括:
負(fù)溫度傳感器,一端連接所述輸入保護(hù)電路的所述輸出端,另一端連接一第二節(jié)點(diǎn);
所述正溫度傳感器,另一端連接所述igbt電力半導(dǎo)體器件的零電壓端;
第一隔離二極管,輸入端連接所述第二節(jié)點(diǎn),輸出端連接一單向可控硅的觸發(fā)極;
所述單向可控硅的正極連接所述igbt電力半導(dǎo)體器件的所述輸入控制電壓,所述單向可控硅的負(fù)極連接所述零電壓端。
較佳的,上述綜合保護(hù)電路中,所述過(guò)流短路保護(hù)電路包括;
第一分壓電阻,連接所述過(guò)溫保護(hù)電路的輸出端和一第三節(jié)點(diǎn)之間;
第二分壓電阻,連接在所述第三節(jié)點(diǎn)和一第四節(jié)點(diǎn)之間;
第三分壓電阻,連接在所述第四節(jié)點(diǎn)和所述零電壓端之間;
第二隔離二極管,正極連接所述第四節(jié)點(diǎn),負(fù)極連接所述第一隔離二極管的所述觸發(fā)極;
快速恢復(fù)二極管,正極連接所述第三節(jié)點(diǎn),負(fù)極連接所述igbt電力半導(dǎo)體器件的所述輸入端;
延時(shí)電容,并聯(lián)在所述第三分壓電阻的兩端。
一種綜合保護(hù)裝置,應(yīng)用于igbt電力半導(dǎo)體器件,其中,包括電子元器件,所述電子元器件包括所述權(quán)利要求1-4中所述的綜合保護(hù)電路;
所述綜合保護(hù)裝置還包括;
電路基板,固定設(shè)置于所述igbt電力半導(dǎo)體器件上,多個(gè)所述電子元器件分別排列于所述電路基板的中間區(qū)域;
引出接線(xiàn)端子,固定設(shè)置在所述電路基板的兩側(cè)。
較佳的,上述綜合保護(hù)裝置中,所述電路基板為印制電路板;
所述電路基板設(shè)置于所述igbt電力半導(dǎo)體器件的上方。
較佳的,上述綜合保護(hù)裝置中,電路基板為覆銅板;
所述電路基板嵌入封裝在所述igbt電力半導(dǎo)體器件的內(nèi)部。
較佳的,上述綜合保護(hù)裝置中,所述引出接線(xiàn)端子設(shè)置有第一接線(xiàn)端、第二接線(xiàn)端、第三接線(xiàn)端、第四接線(xiàn)端;
所述第一接線(xiàn)端接入所述igbt電力半導(dǎo)體器件的輸入控制電壓;
所述第二接線(xiàn)端、所述第三接線(xiàn)端、所述第四接線(xiàn)端分別連接相對(duì)應(yīng)的所述igbt電力半導(dǎo)體器件;
所述第一接線(xiàn)端與所述第三接線(xiàn)端相對(duì)于所述電子元器件排列的區(qū)域分別設(shè)置于所述電路基板的兩側(cè);
所述第二接線(xiàn)端與所述第一接線(xiàn)端設(shè)置于所述電路基板的同側(cè);
所述第四接線(xiàn)端與所述第三接線(xiàn)端設(shè)置于所述電路基板的同側(cè)。
較佳的,上述綜合保護(hù)裝置中,所述引出接線(xiàn)端子設(shè)置有第一接線(xiàn)端、第二接線(xiàn)端、第三接線(xiàn)端、第四接線(xiàn)端;
所述第一接線(xiàn)端接入所述igbt電力半導(dǎo)體器件的輸入控制電壓;
所述第二接線(xiàn)端、所述第三接線(xiàn)端、所述第四接線(xiàn)端分別連接相對(duì)應(yīng)的所述igbt電力半導(dǎo)體器件。
所述第一接線(xiàn)端、所述第二接線(xiàn)端、所述第三接線(xiàn)端以及所述第四接線(xiàn)端均設(shè)置于所述電路基板的同一側(cè)。
一種塑封裝置,應(yīng)用于igbt電力半導(dǎo)體器件,其中,包括如權(quán)利要求5所述的綜合保護(hù)裝置,還包括:
散熱器;
連接螺栓,所述綜合保護(hù)裝置通過(guò)所述連接螺栓箍套在所述散熱器上;
塑封管,通過(guò)所述連接螺栓連接所述綜合保護(hù)裝置;
引出接線(xiàn),通過(guò)所述連接螺栓連接所述綜合保護(hù)裝置。
較佳的,上述塑封裝置中,所述散熱器上沿所述連接螺栓設(shè)置的方向設(shè)置有一連接孔;
所述綜合保護(hù)裝置設(shè)置有第一引線(xiàn);
所述塑封管設(shè)置有第二引線(xiàn);
所述第一引線(xiàn)與所述第二引線(xiàn)通過(guò)所述連接孔連接。
上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果:真正實(shí)現(xiàn)不依靠外圍電路,直接從igbt芯片封裝成的器件完成綜合精準(zhǔn)保護(hù),提高了igbt電力半導(dǎo)體器件的功率密度和可靠性。
附圖說(shuō)明
通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述,本發(fā)明及其特征、外形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯。需要注意的是,附圖中并未按照比例繪制相關(guān)部件,重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
圖1是本發(fā)明較佳的實(shí)施例中,一種綜合保護(hù)電路圖;
圖2是本發(fā)明較佳的實(shí)施例中,一種綜合保護(hù)裝置的示意圖;
圖3是本發(fā)明較佳的另一種實(shí)施例中,一種綜合保護(hù)裝置的示意圖;
圖4是本發(fā)明較佳的實(shí)施例中,一種塑封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明,但是不作為本發(fā)明的限定。
如圖1所示,一種綜合保護(hù)電路,應(yīng)用于igbt電力半導(dǎo)體器件,包括輸入保護(hù)電路1、過(guò)溫保護(hù)電路2和過(guò)流短路保護(hù)電路3;
輸入保護(hù)電路1的輸入端連接igbt電力半導(dǎo)體器件的輸入控制電壓4,輸入保護(hù)電路2的輸出端12連接過(guò)溫保護(hù)電路2的輸入端;
過(guò)溫保護(hù)電路2的輸出端17連接過(guò)流短路保護(hù)電路3的輸入端;
過(guò)流短路保護(hù)電路3的輸出端連接igbt電力半導(dǎo)體器件22的輸入端19;
輸入保護(hù)電路1用于保護(hù)igbt電力半導(dǎo)體器件22的輸入控制電壓4;
過(guò)溫保護(hù)電路2用于避免igbt電力半導(dǎo)體器件22的工作結(jié)溫快速上升;
過(guò)流短路電路3用于使igbt電力半導(dǎo)體器件22在出現(xiàn)過(guò)流或短路現(xiàn)象時(shí)不被損壞。
輸入保護(hù)電路1包括;
p溝道場(chǎng)效應(yīng)管9,p溝道場(chǎng)效應(yīng)管9的漏極連接輸入保護(hù)電路1的輸入端,源極連接輸入保護(hù)電路1的輸出端12,柵極連接一第一節(jié)點(diǎn)7;
n溝道場(chǎng)效應(yīng)管10的漏極連接輸入保護(hù)電路1的輸入端,源極連接輸入保護(hù)電路1的輸出端12;
第一電阻6,連接在輸入保護(hù)電路1的輸入端和第一節(jié)點(diǎn)7之間;
第二電阻11,連接在輸入保護(hù)電路1的輸出端12和第一節(jié)點(diǎn)7之間。
igbt電力半導(dǎo)體器件22的輸入控制電壓4為了可靠觸發(fā)、驅(qū)動(dòng)igbt電力半導(dǎo)體器件22,一般是正15v和負(fù)5v方波脈沖,頻率從10khz到40khz,甚至于更高的pwm可調(diào)制控制觸發(fā)信號(hào)。當(dāng)輸入控制電壓4輸入保護(hù)電路1后,由于輸入保護(hù)電路1是由p溝道場(chǎng)效應(yīng)管9、n溝道場(chǎng)效應(yīng)管10、第一電阻6、第二電阻11組成,p溝道場(chǎng)效應(yīng)管9和n溝道場(chǎng)效應(yīng)管10的源極、柵極、漏極都相互的連接,漏極接入輸入控制電壓4,在第一電阻6和第二電阻11分壓作用下,p溝道場(chǎng)效應(yīng)管9和n溝道場(chǎng)效應(yīng)管10都能可靠導(dǎo)通相連,源極為輸入保護(hù)電路的輸出端12。所以不管是正15v或負(fù)5v控制電壓都能分別通過(guò)n溝道場(chǎng)效應(yīng)管9和p溝道場(chǎng)效應(yīng)管10,直接連接到igbt電力半導(dǎo)體器件22的觸發(fā)極,正常觸發(fā)或截止igbt電力半導(dǎo)體器件22的工作。
過(guò)溫保護(hù)電路2包括:
負(fù)溫度傳感器13,一端連接輸入保護(hù)電路1的輸出端12,另一端連接一第二節(jié)點(diǎn)8;
正溫度傳感器14,另一端連接igbt電力半導(dǎo)體器件22的零電壓端5;
負(fù)溫度傳感器13、正溫度傳感器14可快速的把igbt電力半導(dǎo)體器件22的工作結(jié)溫傳導(dǎo)到溫度傳感器。
第一隔離二極管15,輸入端連接第二節(jié)點(diǎn)8,輸出端連接一單向可控硅16的觸發(fā)極;
單向可控硅16的正極連接igbt電力半導(dǎo)體器件22的輸入控制電壓4,單向可控硅16的負(fù)極連接零電壓端5。
一般的正溫度傳感器或負(fù)溫度傳感器都有一個(gè)溫度傳導(dǎo)滯后感應(yīng)時(shí)間,約5到7秒,用了本技術(shù)方案中的負(fù)溫度傳感器13和正溫度傳感器14串聯(lián)工作,在溫度作用下起了一個(gè)推、拉作用,在0.7到1.5秒時(shí)間內(nèi)迅速感應(yīng)出一個(gè)工作電壓作用于單向可控硅16的觸發(fā)極,使單向可控硅16導(dǎo)通,直接把輸入igbt電力半導(dǎo)體器件22的輸入控制電壓4導(dǎo)通到零電壓端5,使igbt電力半導(dǎo)體器件22截止工作,同時(shí)也使輸入保護(hù)電路1的p溝道場(chǎng)效應(yīng)管9和n溝道場(chǎng)效應(yīng)管10停止工作。由于單向可控硅16的工作特性,不可恢復(fù)性,一直要到停止驅(qū)動(dòng),重新啟動(dòng)才能工作,因此確保了igbt電力半導(dǎo)體器件22的安全可靠,不被損壞。
流短路保護(hù)電路3包括;
第一分壓電阻18,連接過(guò)溫保護(hù)電路2的輸出端17和一第三節(jié)點(diǎn)20之間;
第二分壓電阻23,連接在第三節(jié)點(diǎn)20和一第四節(jié)點(diǎn)24之間;
第三分壓電阻26,連接在第四節(jié)點(diǎn)24和零電壓端5之間;
第二隔離二極管25,正極連接第四節(jié)點(diǎn)24,負(fù)極連接第一隔離二極管15的觸發(fā)極;
快速恢復(fù)二極管21,正極連接第三節(jié)點(diǎn)20,負(fù)極連接igbt電力半導(dǎo)體器件22的輸入端19;
延時(shí)電容37,并聯(lián)在第三分壓電阻26的兩端。
igbt電力半導(dǎo)體器件22正常工作時(shí)管壓降約3v,第三節(jié)點(diǎn)20得到快速恢復(fù)二極管16鉗位電壓在2v左右,第四節(jié)點(diǎn)24的分電壓通過(guò)第二隔離二極管25不足啟動(dòng)單向可控硅16工作。一旦發(fā)生過(guò)流(超過(guò)正常負(fù)載電流的150-200%)或者短路,這時(shí)igbt電力半導(dǎo)體器件22承受大電流而退飽和,igbt電力半導(dǎo)體器件管22壓降快速上升,當(dāng)上升到7v以上時(shí),第四節(jié)點(diǎn)24的分電壓通過(guò)第二隔離二極管25足夠啟動(dòng)單向可控硅16工作,使單向可控硅16導(dǎo)通,直接把輸入igbt電力半導(dǎo)體器件22的輸入控制電壓4導(dǎo)通到零電壓端5,從而使igbt電力半導(dǎo)體器件22截止工作。但由于延時(shí)電容37存在,還有t=r6xc1約5微秒的延時(shí),緩慢關(guān)斷igbt電力半導(dǎo)體器件22,確保igbt電力半導(dǎo)體器件22不受電感性負(fù)載在快速截止時(shí)承受高反電動(dòng)勢(shì)沖擊,安全可靠,不被損壞。
過(guò)流、短路保護(hù)啟動(dòng)工作電流可根據(jù)不同電力半導(dǎo)體芯片額定容量設(shè)定為150%、200%、300%等,延時(shí)截止時(shí)間也可作調(diào)整,以避免可能產(chǎn)生過(guò)多的誤動(dòng)作。
如圖2和圖3所示,一種綜合保護(hù)裝置,應(yīng)用于igbt電力半導(dǎo)體器件,包括電子元器件27,電子元器件27包括權(quán)利要求1-4中的綜合保護(hù)電路;
綜合保護(hù)裝置還包括;
電路基板28,固定設(shè)置于igbt電力半導(dǎo)體器件22上,多個(gè)電子元器件27分別排列于電路基板28的中間區(qū)域;
引出接線(xiàn)端子,固定設(shè)置在電路基板28的兩側(cè)。
電路基板28可以為印制電路板;
此時(shí)電路基板28設(shè)置于igbt電力半導(dǎo)體器件22的上方。
電路基板28也可以為覆銅板;
此時(shí)電路基板28嵌入封裝在igbt電力半導(dǎo)體器件22的內(nèi)部。
引出接線(xiàn)端子設(shè)置有第一接線(xiàn)端29、第二接線(xiàn)端30、第三接線(xiàn)端31、第四接線(xiàn)端32;
第一接線(xiàn)端29接入igbt電力半導(dǎo)體器件22的輸入控制電壓4;
如圖2所示,當(dāng)綜合保護(hù)裝置適合于dbc封裝時(shí),電路基板28可以為印制電路板,也可以為覆銅板,此時(shí),第二接線(xiàn)端30、第三接線(xiàn)端31、第四接線(xiàn)端32分別連接相對(duì)應(yīng)的igbt電力半導(dǎo)體器件22;
第一接線(xiàn)端29與第三接線(xiàn)端31相對(duì)于電子元器件排列的區(qū)域分別設(shè)置于電路基板28的兩側(cè);
第二接線(xiàn)端30與第一接線(xiàn)端29設(shè)置于電路基板28的同側(cè);
第四接線(xiàn)端32與第三接線(xiàn)端31設(shè)置于電路基板28的同側(cè)。
如圖3所示,當(dāng)綜合保護(hù)裝置適合于塑封管封裝時(shí),電路基板28為印制電路板,此時(shí),第二接線(xiàn)端30、第三接線(xiàn)端31、第四接線(xiàn)端32分別連接相對(duì)應(yīng)的igbt電力半導(dǎo)體器件22。
第一接線(xiàn)端29、第二接線(xiàn)端30、第三接線(xiàn)端31以及第四接線(xiàn)端32均設(shè)置于電路基板28的同一側(cè)。
如圖4所示,一種塑封裝置,應(yīng)用于igbt電力半導(dǎo)體器件,包括如權(quán)利要求5的綜合保護(hù)裝置33,還包括:
散熱器35;
連接螺栓36,綜合保護(hù)裝置通過(guò)連接螺栓36箍套在散熱器35上;
塑封管34,通過(guò)連接螺栓36連接綜合保護(hù)裝置;
引出接線(xiàn)35,通過(guò)連接螺栓36連接綜合保護(hù)裝置。
散熱器35上沿連接螺栓36設(shè)置的方向設(shè)置有一連接孔37;
綜合保護(hù)裝置33設(shè)置有第一引線(xiàn)38;
塑封管34設(shè)置有第二引線(xiàn)39;
第一引線(xiàn)38與第二引線(xiàn)39通過(guò)連接孔37連接。
本技術(shù)方案的應(yīng)用于igbt電力半導(dǎo)體器件的一種綜合保護(hù)電路、綜合保護(hù)裝置及塑封裝置,因?yàn)殡娏Π雽?dǎo)體芯片集成度高,可應(yīng)用于工作電流從幾安到幾千安、工作電壓從幾百伏到幾千伏的器件大范圍內(nèi)應(yīng)用,也可以在三相電路(工業(yè)級(jí))有廣泛應(yīng)用,對(duì)逆變器、大功率變頻、交-直-交驅(qū)動(dòng)具有比較有效的真正從芯片級(jí)的保護(hù),從而確保負(fù)載和器件的安全可靠。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解,本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)各種變化例,這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容,在此不予贅述。
以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是,本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式,其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施;任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下,都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾,或修改為等同變化的等效實(shí)施例,這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此,凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容,依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。