CN113488462A - 一种厚膜混合集成电路及其微电路*** - Google Patents

一种厚膜混合集成电路及其微电路*** Download PDF

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Abstract

本发明提出一种厚膜混合集成电路及其微电路***。所述集成电路包括输入模块、控制模块、整流模块、滤波模块、输出模块以及反馈模块；控制模块包括开关控制器；开关控制器包括基准源电路；输入电压调整端包括多个并联的高压整流电路；将高压整流电路输出的多个电压信号之一作为基准源电路的参考电压输入；所述厚膜工艺集成包括：将电源输入端与基板焊接；将输入电压调整端与所述开关控制器的输入端键合后组装。厚膜混合集成电路还包括通过厚膜混合集成于所述反馈模块的采样电路；采样电路通过激光调阻后黏贴于所述反馈模块。所述微电路***包括负载网络，负载网络包括多种负载设备，所述负载设备连接所述厚膜混合集成电路的所述输出模块。

Description

一种厚膜混合集成电路及其微电路***
技术领域
本发明属于厚膜集成与微电路技术领域，尤其涉及一种厚膜混合集成电路及其微电路***。
背景技术
厚膜是指在基片上用印刷烧结技术所形成的厚度为几微米到数十微米的膜层。制造这种膜层的材料，称为厚膜材料。厚膜材料是一类涂料或浆料，由一种或几种固体微粒(0.2～10微米)均匀悬浮于载体中而形成。
随着技术的发展，厚膜混合集成电路使用范围日益扩大，主要应用于航天电子设备、卫星通信设备、电子计算机、通讯***、汽车工业、音响设备、微波设备以及家用电器等。
开关电源是一种重量轻、体积小、高效率的电源，在家电设备、PC电脑、工业机器人、装甲战车等国民经济和国防工业领域都有着广泛的应用。随着电子技术的不断创新和发展，开关电源的性能也在不断提升，特别是其工作频率呈现出爆发式的增长，电源向着轻、薄、低干扰、高效率的方向快速发展，为社会生活的电子化、信息化发展做出了重要的推进作用。
DC/DC开关电源的组装工艺一般可分为:印制电路板组装工艺和厚膜混合集成组装工艺。
申请号为CN202110113985.9的中国发明专利申请提出一种DC-DC转换器的控制方法。所述方法包括：通信模式下，获取当前通信频段；判断所述当前通信频段是否为预设高风险通信频段；在所述当前通信频段为预设高风险通信频段时，调整所述DC-DC转换器的时钟信号相关参数值，以降低所述当前通信频段的电磁干扰。应用上述方案，可以在降低电磁干扰的同时，兼顾硬件成本及电源效率。
中国授权发明专利CN108962846B提出一种厚膜混合集成电路的封装结构及其制作方法,本发明技术方案所述厚膜混合集成电路的封装结构中在厚膜成膜基板上装配有支架结构,这样可以同时通过厚膜成膜基板以及支架结构组装第一类元器件,从而形成3D的封装结构,增加产品内第一类元器件的组装面积,提高厚膜混合集成电路产品的组装密度,便于电子元器件的小型化设计。
在研究文献方面，可参见如下现有技术介绍：
[1」胡元，郑文.厚膜混合集成DC/DC模块电源的可靠性设计，.混合微电子技术，2003(3-4):130-133。
[2]刘颖潇,林政,张天会.厚膜混合集成电路粘接工艺研究[J].电子世界,2019(18):16-20.
然而，发明人在实践中发现，现有的厚膜混合集成电路在稳定性、安全性上均有待加强；并且其效率、体积、重量等方面还存在欠缺，与具体的微电路***的耦合性也需要改进。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种厚膜混合集成电路及其微电路***。所述集成电路包括输入模块、控制模块、整流模块、滤波模块、输出模块以及反馈模块；控制模块包括开关控制器；开关控制器包括基准源电路；输入电压调整端包括多个并联的高压整流电路；将高压整流电路输出的多个电压信号之一作为基准源电路的参考电压输入；所述厚膜工艺集成包括：将电源输入端与基板焊接；将输入电压调整端与所述开关控制器的输入端键合后组装。厚膜混合集成电路还包括通过厚膜混合集成于所述反馈模块的采样电路；采样电路通过激光调阻后黏贴于所述反馈模块。所述微电路***包括负载网络，负载网络包括多种负载设备，所述负载设备连接所述厚膜混合集成电路的所述输出模块。
具体而言，厚膜混合集成电路采用厚膜工艺将不同集成电路模块集成于PCB电路板，所述集成电路模块包括输入模块、控制模块、整流模块、滤波模块、输出模块以及反馈模块。
所述输入模块包括电源输入端、输入电压调整端、输入滤波端以及输入接地端；
所述控制模块包括开关控制器、功率开关、过流保护电路、频率补偿电路以及工作频率选择电路；
所述输出模块包括输出正极端以及输出接地端；
所述反馈模块连接所述输出正极端、滤波模块以及所述频率补偿电路；
所述输入模块与所述控制模块通过厚膜工艺集成；
所述厚膜工艺集成包括：
将所述电源输入端与基板焊接；
将所述输入电压调整端与所述开关控制器的输入端键合后组装。
所述厚膜混合集成电路还包括通过厚膜混合集成于所述反馈模块的采样电路；
所述采样电路通过激光调阻后黏贴于所述反馈模块。
所述采样电路通过光耦基片与所述频率补偿电路焊接。
在另一个方面，可将所述厚膜混合集成电路应用于微电路***的负载网络，所述负载网络包括多种负载设备，所述负载设备连接厚膜混合集成电路的所述输出模块。
更具体的，所述负载网络包括直流负载和交流负载；所述直流负载包括光伏发电***和储能***；所述交流负载包括变频智能家电。
相比于现有技术，本发明提出的厚膜混合集成电路具有效率高、体积小、重量轻，以及更宽的稳压范围及更小的输出纹波的特点，可广泛适用于微电网负载网络。
本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的厚膜混合集成电路的主体结构示意图
图2是图1所述厚膜混合集成电路的部分结构的具体内部连接示意图
图3是图1所述厚膜混合集成电路的厚膜混合集成工艺的基板布局示意图
图4是图1所述厚膜混合集成电路的控制模块的结构示意图
图5是图1所述厚膜混合集成电路的控制模块中过流保护电路的结构示意图
图6是图1所述厚膜混合集成电路应用于微电路***的结构示意图
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。
需要指出的是，在本发明的各个实施例中给出的说明书附图描述仅仅是示意性的，不代表全部的具体的电路结构；
本发明未特别明确的部分模块结构，以现有技术记载的内容为准。本发明在前述背景技术部分提及的现有技术可作为本发明的一部分，用于理解部分技术特征或者参数的含义。本发明的保护范围以权利要求实际记载的内容为准。
参照图1，是本发明一个实施例的厚膜混合集成电路的主体结构示意图。
在图1中，所述集成电路包括输入模块、控制模块、整流模块、滤波模块、输出模块以及反馈模块。
虽然未示出，但是作为优选，所述厚膜混合集成电路还包括变压器，以及通过厚膜混合集成于所述反馈模块的采样电路；
并且，所述采样电路通过激光调阻后黏贴于所述反馈模块。所述采样电路通过光耦基片与所述频率补偿电路焊接。
电源开关控制器和变压器组成电路的换能模块，分别完成能量的传输、输出和存储，以及输入、输出电压幅值调整的任务。采样电路的任务是维持电源输出电压的幅值稳定，反馈模块实时的调整变换器开关管的占空比，保证输出电压不随外接负载的波动而产生变化。电压调整模块是给控制器提供恒定、稳定的工作电压。
输入滤波的作用是消除电路涌流、冲击电压对电源电路的影响，确保电路安全工作，并抑制电压纹波对电路的输入、输出造成干扰。输出滤波电路的作用是滤除电源输出电流上的交流等杂扰信号，得到稳定的直流输出，实现输出电压的滤波整形。
在图1基础上，继续参见图2。
在图2中，所述输入模块包括电源输入端、输入电压调整端、输入滤波端以及输入接地端；
所述控制模块包括开关控制器、功率开关、过流保护电路、频率补偿电路以及工作频率选择电路；
所述输出模块包括输出正极端以及输出接地端；
所述反馈模块连接所述输出正极端、滤波模块以及所述频率补偿电路。
在图1或图2中，厚膜混合集成电路采用厚膜工艺将不同集成电路模块集成于PCB电路板。
具体的，可参见图3，所述输入模块与所述控制模块通过厚膜工艺集成；
所述厚膜工艺集成包括：将所述电源输入端与基板焊接；将所述输入电压调整端与所述开关控制器的输入端键合后组装。所述采样电路通过激光调阻后黏贴于所述反馈模块。所述采样电路通过光耦基片与所述频率补偿电路焊接。
接下来参见图4和图5。
在图4中，所述输入电压调整端包括多个并联的高压整流电路；所述开关控制器包括基准源电路；将所述高压整流电路输出的多个电压信号之一作为所述基准源电路的参考电压输入。
所述开关控制器包括DC-DC变换电路；所述DC-DC变换电路通过启动电路连接基准源电路；
所述功率开关包括误差比较器和误差放大器；
所述误差比较器的输入端与所述误差放大器的输出端通过偏置支路连接。
所述偏置电路为所述误差比较器和误差放大器提供偏置反馈信号。
作为优选，所述多个并联的高压整流电路包括第一高压整流电路、第二高压整流电路以及第三高压整流电路；
所述第一高压整流电路、第二高压整流电路以及第三高压整流电路分别输出第一直流电压、第二直流电压以及第三直流电压；
与此相对应的，基于所述输入控制参数，确定第一直流电压、第二直流电压或第三直流电压之一作为所述基准源电路的输入电压。
作为进一步的示例，将第一直流电压表示为V1，将第二直流电压表示为V2，将第三直流电压表示为V3；
则上述确定所述基准源电路的输入电压的过程如下：
(1)确定第一直流电压V1、第二直流电压V2以及第三直流电压V3两两之间的电压差值：
V12＝|V1-V2|；
V13＝|V1-V3|；
V23＝|V2-V3|；
(2)确定最小的电压差值：
Vmin＝{V12，V13，V23}；
(3)将Vmin对应的Vi和Vj其中之一作为所述误差比较器的参考输入电压，另一个作为所述基准源电路的输入电压，其中，Vi为V1或V2，Vj为V2或者V3，并且Vi≠Vj。
举例来说，假设V12最小，则将V1作为所述基准源电路的输入电压，将V2作为所述误差比较器的参考输入电压。
在图5中，所述过流保护电路包括输入保护电路和输出保护电路；所述输入保护电路连接所述误差比较器的输出端和所述输入电压调整端；所述输出保护电路连接所述误差放大器的输入端和所述输出正极端。
进一步，在图4-图5的实施例中，所述启动电路连接前置控制单元；所述前置控制单元获取所述偏置支路产生的偏置反馈信号生成亚阈电流，作为基准源电路的前置控制信号。
在图1-图5基础上，参见图6。图6示出一种微电路***，所述微电路***包括负载网络，所述负载网络包括多种负载设备。
具体而言，所述负载设备连接图1-图5所述的一种厚膜混合集成电路的所述输出模块。
更具体的，在图6中，所述负载网络包括直流负载和交流负载；所述直流负载包括光伏发电***和储能***；所述交流负载包括变频智能家电。
作为进一步的示例，可将本发明的所述集成电路模块应用于楼宇微网，设计出一种包含多个电压等级的直流供电***；还可以在交直流微网***中电压分区运行的功率协同控制，实现了通过直流接口端电压的控制调节微网内的功率平衡。
类似的的应用场景控制流程和策略可参考如下现有技术：
黄双萍.基于级联型电力电子变压器的楼宇微网研宄[D].长沙：湖南大学，2016.
刘程辉.多端口级联型固态变压器功率协同控制研究[D].长沙：湖南大学，2016.
本发明在前述背景技术部分提及的现有技术以及上述现有技术可作为本发明的一部分，用于理解部分技术特征或者参数的含义
总而言之，相对于现有技术，本发明提出的厚膜混合集成电路具有效率高、体积小、重量轻，以及更宽的稳压范围及更小的输出纹波的特点，可广泛适用于微电网负载网络。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种厚膜混合集成电路，所述集成电路包括输入模块、控制模块、整流模块、滤波模块、输出模块以及反馈模块；
其特征在于：
所述输入模块包括电源输入端、输入电压调整端、输入滤波端以及输入接地端；
所述控制模块包括开关控制器、功率开关、过流保护电路、频率补偿电路以及工作频率选择电路；
所述输出模块包括输出正极端以及输出接地端；
所述反馈模块连接所述输出正极端、滤波模块以及所述频率补偿电路；
所述输入模块与所述控制模块通过厚膜工艺集成；
所述厚膜工艺集成包括：
将所述电源输入端与基板焊接；
将所述输入电压调整端与所述开关控制器的输入端键合后组装。
2.如权利要求1所述的一种厚膜混合集成电路，其特征在于：
所述输入电压调整端包括多个并联的高压整流电路；
所述开关控制器包括基准源电路；
将所述高压整流电路输出的多个电压信号之一作为所述基准源电路的参考电压输入。
3.如权利要求1或2所述的一种厚膜混合集成电路，其特征在于：
所述开关控制器包括DC-DC变换电路；
所述DC-DC变换电路通过启动电路连接基准源电路；
所述功率开关包括误差比较器和误差放大器；
所述误差比较器的输入端与所述误差放大器的输出端通过偏置支路连接。
4.如权利要求3所述的一种厚膜混合集成电路，其特征在于：
所述过流保护电路包括输入保护电路和输出保护电路；
所述输入保护电路连接所述误差比较器的输出端和所述输入电压调整端；
所述输出保护电路连接所述误差放大器的输入端和所述输出正极端。
5.如权利要求3所述的一种厚膜混合集成电路，其特征在于：
所述启动电路连接前置控制单元；
所述前置控制单元获取所述偏置支路产生的偏置反馈信号生成亚阈电流，作为基准源电路的前置控制信号。
6.如权利要求2所述的一种厚膜混合集成电路，其特征在于：
所述多个并联的高压整流电路包括第一高压整流电路、第二高压整流电路以及第三高压整流电路；
所述第一高压整流电路、第二高压整流电路以及第三高压整流电路分别输出第一直流电压、第二直流电压以及第三直流电压；
确定第一直流电压、第二直流电压或第三直流电压之一作为所述基准源电路的输入电压。
7.如权利要求1或2所述的一种厚膜混合集成电路，其特征在于：
所述厚膜混合集成电路还包括通过厚膜混合集成于所述反馈模块的采样电路；
所述采样电路通过激光调阻后黏贴于所述反馈模块。
8.如权利要求7所述的一种厚膜混合集成电路，其特征在于：
所述采样电路通过光耦基片与所述频率补偿电路焊接。
9.一种微电路***，所述微电路***包括负载网络，所述负载网络包括多种负载设备，其特征在于：
所述负载设备连接权利要求1-8任一项所述的一种厚膜混合集成电路的所述输出模块。
10.如权利要求9所述的一种微电路***，其特征在于：
所述负载网络包括直流负载和交流负载；
所述直流负载包括光伏发电***和储能***；
所述交流负载包括变频智能家电。
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