CN113572462A - 功率半导体模块 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种功率半导体模块，包括：功率半导体，用于在外部控制器的控制下在线性区工作；以及电流检测元件，与功率半导体相连，用于检测功率半导体的实际工作电流并反馈给外部控制器；功率半导体和电流检测元件集成封装为一个独立子模块，独立子模块上设有与功率半导体的控制端相连的控制端口、与电流检测元件相连的电流输出端口以及与功率半导体的输入端和输出端相连并分别用于连接外部电源的正极和负极的第一电源端口和第二电源端口。本实施例独立子模块内部各器件的参数集中、器件的工况接近、可靠性高，安装和维护方便，直接整体安装独立子模块即可。

Description

功率半导体模块
技术领域
本发明实施例涉及功率半导体应用技术领域，尤其涉及一种功率半导体模块。
背景技术
为实现对功率半导体的工作状态的有效检测，从而稳定控制功率半导体的工作状态，现有的功率半导体电路中通常设置相应的电流/电压等检测元件与功率半导体相连，通过检测元件检测并输出功率半导体的相应工作参数。
但是，由于现有的电路中的功率半导体和检测元件通常采用分散安装，零部件相对较多，零部件之间的连接点众多，任何一个连接点的失效都可能造成严重的损失，因此，现有的这种电路不适用于一些可靠性需求较高的应用场景（例如：电动汽车的应用电路）；另外，分散安装的功率半导体及检测元件的电路工作参数相对离散，各自对应的工作环境（例如：散热环境）存在不同，导致各器件的参数及工况在使用过程中逐渐偏离，加速了器件的老化失效；最后，在应用此种功率半导体时需要逐个安装零部件，安装效率低，而且，当电路中某个零部件损坏时，检修非常的麻烦，不利于快速维护。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题在于，提供一种功率半导体模块，模块内部各器件的参数集中、器件的工况接近、可靠性高及能快速安装和维护。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：一种功率半导体模块，包括：
功率半导体，用于在外部控制器的控制下在线性区工作；以及
电流检测元件，与所述功率半导体相连，用于检测所述功率半导体的实际工作电流并反馈给所述外部控制器；
所述功率半导体和电流检测元件集成封装为一个独立子模块，所述独立子模块上设有与所述功率半导体的控制端相连的控制端口、与所述电流检测元件相连的电流输出端口以及与所述功率半导体的输入端和输出端相连并分别用于连接所述外部电源的正极和负极的第一电源端口和第二电源端口，所述控制端口和电流输出端口均与所述外部控制器相连。
进一步的，所述功率半导体模块还包括：
温度检测元件，邻靠所述功率半导体设置，用于检测所述功率半导体的实际工作温度并反馈给所述外部控制器；所述温度检测元件也集成封装于所述独立子模块内，所述独立子模块上还设有与温度检测元件相连的温度输出端口，所述温度输出端口也与所述外部控制器相连。
进一步的，所述独立子模块上还设有分别与所述功率半导体的输入端相连的电压输出端口，所述电压输出端口也与所述外部控制器相连。
进一步的，所述功率半导体模块还包括与所述电流检测元件并联的限压保护元件，所述限压保护元件也集成封装于所述独立子模块内。
进一步的，所述功率半导体模块包括多个均集成封装于所述独立子模块内的功率半导体，多个功率半导体依次串接组成串联体，其中，串联体上游侧的功率半导体的输出端与串联体下游侧的功率半导体的输入端相连，串联体上游侧的第一个功率半导体的输入端作为串联体的输入端，串联体下游侧的最后一个功率半导体的输出端作为串联体的输出端，所述电压输出端口与所述串联体的输入端相连。
进一步的，所述功率半导体为IGBT、MOS管或三极管。
采用上述技术方案后，本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明实施例通过将功率半导体和电流检测元件集成封装为一个独立子模块，并对应在独立子模块上设置控制端口、电流输出端口及第一电源端口和第二电源端口，方便独立子模块与各类外部电路的连接，独立子模块内部各器件的参数集中、器件的工况接近、可靠性高，安装和维护方便，直接整体安装独立子模块即可。
附图说明
图1为本发明功率半导体模块一个可选实施例的结构原理框图。
图2为本发明功率半导体模块一个可选实施例的独立子模块具体电路示意图。
图3为本发明功率半导体模块又一个可选实施例的独立子模块具体电路示意图。
图4为本发明功率半导体模块再一个可选实施例的独立子模块具体电路示意图。
图5为本发明功率半导体模块另一个可选实施例的独立子模块具体电路示意图。
图6为本发明功率半导体模块一个可选实施例的结构原理框图。
图7为本发明功率半导体模块一个可选实施例的独立子模块具体电路示意图。
图8为本发明功率半导体模块又一个可选实施例的独立子模块具体电路示意图。
图9为本发明功率半导体模块再一个可选实施例的独立子模块具体电路示意图。
图10为本发明功率半导体模块另一个可选实施例的独立子模块具体电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。应当理解，以下的示意性实施例及说明仅用来解释本发明，并不作为对本发明的限定，而且，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
如图1-图10所示，本发明一个可选实施例提供一种功率半导体模块1，包括：
功率半导体10，用于在外部控制器3的控制下在线性区工作；以及
电流检测元件12，与所述功率半导体10相连，用于检测所述功率半导体10的实际工作电流并反馈给所述外部控制器3；
所述功率半导体10和电流检测元件12集成封装为一个独立子模块14，所述独立子模块14上设有与所述功率半导体10的控制端101相连的控制端口141、与所述电流检测元件12相连的电流输出端口143以及与所述功率半导体10的输入端103和输出端105相连并分别用于连接所述外部电源5的正极50和负极52的第一电源端口145和第二电源端口146，所述控制端口141和电流输出端口143均与所述外部控制器3相连。
本发明实施例通过将功率半导体10和电流检测元件12集成封装为一个独立子模块14，并对应在独立子模块14上设置控制端口141、电流输出端口143及第一电源端口145和第二电源端口146，方便独立子模块14与各类外部电路的连接，独立子模块14内部各器件的参数集中、器件的工况接近、可靠性高，安装和维护方便，直接整体安装独立子模块14即可。
在具体实施时，所述电流检测元件12的实现方式有很多，例如：电流采样电阻、电流检测芯片、霍尔元件等；另外，所述电流检测元件12可以串接于所述功率半导体10的输入端103和外部电源5的正极50之间（如图1所示）或串接于所述功率半导体10的输出端105和外部电源5的负极52之间（如图6所示），以对应实现高边或低边检测，因此，为保证电流检测元件12与功率半导体10连接的前提下，所述第一电源端口145和第二电源端口146与功率半导体10的输入端103和输出端105可以是直接相连或者通过电流检测元件12间接相连；最后，本实施例功率半导体模块1的功率半导体10可在外部控制器3的控制下在线性区工作发热，因此，本发明实施例的功率半导体模块1适用于在外部控制器3的控制下向外供应热量的供热装置。
在本发明一个可选实施例中，如图1和图6所示，所述功率半导体模块1还包括：
温度检测元件16，邻靠所述功率半导体10设置，用于检测所述功率半导体10的实际工作温度并反馈给所述外部控制器3；所述温度检测元件16也集成封装于所述独立子模块14内，所述独立子模块14上还设有与温度检测元件16相连的温度输出端口147，所述温度输出端口147也与所述外部控制器3相连。本实施例中，还通过设置温度检测元件16检测所述功率半导体10的实际工作温度并反馈给所述外部控制器3，能有效输出功率半导体10的实际工作温度，为功率半导体10的工作状态提供更多参数的参考。在具体实施时，所述温度检测元件16可以采用温度传感器、热敏电阻等实现。
在本发明一个可选实施例中，如图1和图6所示，所述独立子模块14上还设有分别与所述功率半导体10的输入端相连的电压输出端口148，所述电压输出端口148也与所述外部控制器3相连。本实施例中，还通过设置与所述功率半导体10的输入端相连的电压输出端口148，能有效输出功率半导体10的实际工作电压，为功率半导体10的工作状态作参考，还能与实际工作电流结合计算出功率半导体10的实际工作功率。
在本发明一个可选实施例中，如图2-图4及图7-图9所示，所述功率半导体模块1还包括与所述电流检测元件12并联的限压保护元件18，所述限压保护元件18也集成封装于所述独立子模块14内。本实施例中，根据功率半导体10的控制原理，在对功率半导体10的控制过程中，控制电路调节功率半导体10的工作电流时会导致电路中出现短时间的电流变大的情况，电流过大时会造成电流检测元件12的功率急剧上升，从而导致电流检测元件12过热而损坏，因此，本实施例中通过增加限压保护元件18，使电流检测元件12两端的电压会被限制在某一特定电压阈值内，从而有效的保护电流检测元件12。在具体实施时，所述限压保护元件18可以采用整流二极管、稳压二极管或稳压芯片等实现。
在本发明一个可选实施例中，如图5和图10所示，所述功率半导体模块1包括多个均集成封装于所述独立子模块14内的功率半导体10，多个功率半导体10依次串接组成串联体10a，其中，串联体10a上游侧的功率半导体10的输出端与串联体10a下游侧的功率半导体10的输入端相连，串联体10a上游侧的第一个功率半导体10的输入端作为串联体10a的输入端，串联体10a下游侧的最后一个功率半导体10的输出端作为串联体10a的输出端，所述电压输出端口148与所述串联体10a的输入端相连。在本实施例中，为方便描述，对上述相关技术用语定义如下：按照电流的流动方向，电流先流经的为上游侧，电流后流经的为下游侧。可以理解的是上游侧和下游侧均是相对的，串联体10a中的某一个功率半导体10在相对于其下游侧的功率半导体10时为上游侧，但是，在相对于其上游侧的功率半导体10则为下游侧；当功率半导体模块1中具有多个功率半导体10，通过上述方式实现各个功率半导体10的连接，并保证电流检测元件12有效的检测电流，电路结构简单。
在本发明一个可选实施例中，如图2-图4及图7-图9所示，所述功率半导体10为IGBT、MOS管或三极管。在具体实施时，所述功率半导体10可以是IGBT（如图2和图7）、MOS管（如图3和图8）或三极管（如图4和图9）。在具体设计电路时，可根据不同的设计需求，灵活的选择功率半导体10的结构形式以降低生产成本。
在具体实施时，可以理解的是，IGBT还可以是单独的绝缘栅双极型晶体管芯片，也可以是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。另外，当功率半导体10为IGBT（以N沟道增强型为例）时，输入端、输出端和控制端分别为IGBT的集电极、发射极和门极；当功率半导体10为三极管（以NPN型三极管为例）时，输入端、输出端和控制端分别为三极管的集电极、发射极和基极；当功率半导体10为MOS管（以NMOS管为例）时，输入端、输出端和控制端分别为MOS管的漏极、源极和栅极。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体模块包括：
功率半导体，用于在外部控制器的控制下在线性区工作；以及
电流检测元件，与所述功率半导体相连，用于检测所述功率半导体的实际工作电流并反馈给所述外部控制器；
所述功率半导体和电流检测元件集成封装为一个独立子模块，所述独立子模块上设有与所述功率半导体的控制端相连的控制端口、与所述电流检测元件相连的电流输出端口以及与所述功率半导体的输入端和输出端相连并分别用于连接所述外部电源的正极和负极的第一电源端口和第二电源端口，所述控制端口和电流输出端口均与所述外部控制器相连。
2.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体模块还包括：
温度检测元件，邻靠所述功率半导体设置，用于检测所述功率半导体的实际工作温度并反馈给所述外部控制器；所述温度检测元件也集成封装于所述独立子模块内，所述独立子模块上还设有与温度检测元件相连的温度输出端口，所述温度输出端口也与所述外部控制器相连。
3.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述独立子模块上还设有与所述功率半导体的输入端相连的电压输出端口，所述电压输出端口也与所述外部控制器相连。
4.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体模块还包括与所述电流检测元件并联的限压保护元件，所述限压保护元件也集成封装于所述独立子模块内。
5.如权利要求3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体模块包括多个均集成封装于所述独立子模块内的功率半导体，多个功率半导体依次串接组成串联体，其中，串联体上游侧的功率半导体的输出端与串联体下游侧的功率半导体的输入端相连，串联体上游侧的第一个功率半导体的输入端作为串联体的输入端，串联体下游侧的最后一个功率半导体的输出端作为串联体的输出端，所述电压输出端口与所述串联体的输入端相连。
6.如权利要求1-5任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体为IGBT、MOS管或三极管。
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