一种分立式半导体电路及电力电子器件

文档序号:849281 发布日期:2021-03-16 浏览:2次 >En<

阅读说明:本技术 一种分立式半导体电路及电力电子器件 (Discrete semiconductor circuit and power electronic device ) 是由 李明 肖刚 王少波 胡致强 于 2020-12-10 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种分立式半导体电路,包括处理器及半导体工作单元;所述半导体工作单元包括分立式封装半导体器件、门极驱动电源、热敏电阻、分压电阻及电信号检测组件;所述分压电阻及所述热敏电阻串联连接于所述门极驱动电源两端,组成闭合回路;所述分立式封装半导体器件的KELVIN引脚连接于所述热敏电阻及所述门极驱动电源的负极之间;所述电信号检测组件,用于获取所述闭合回路的温度电信号,并发送至所述处理器;所述处理器,用于根据所述温度电信号确定所述分立式封装半导体器件的温度信息。本发明实现了对单个分立式封装半导体器件的温度测量,同时大大提高了测量精度。本发明同时还提供了具有上述优点的电力电子器件。(The invention discloses a discrete semiconductor circuit, which comprises a processor and a semiconductor working unit; the semiconductor working unit comprises a discrete packaged semiconductor device, a gate driving power supply, a thermistor, a divider resistor and an electric signal detection assembly; the divider resistor and the thermistor are connected in series to two ends of the gate pole driving power supply to form a closed loop; the KELVIN pin of the discrete packaged semiconductor device is connected between the thermistor and the cathode of the gate drive power supply; the electric signal detection assembly is used for acquiring the temperature electric signal of the closed loop and sending the temperature electric signal to the processor; the processor is used for determining the temperature information of the discrete packaged semiconductor device according to the temperature electric signal. The invention realizes the temperature measurement of a single discrete packaged semiconductor device and greatly improves the measurement precision. The invention also provides a power electronic device with the advantages.)

一种分立式半导体电路及电力电子器件

技术领域

本发明涉及半导体电路领域,特别是涉及一种分立式半导体电路及电力电子器件。

背景技术

半导体器件需要在一定温度范围内才可稳定工作,这就使温度检测成为了半导体器件的重要监控指标,目前,在电力电子器件封装内,只有功率模块提供温度检测功能。常见的做法是在铜基板DCB上焊接热敏电阻。并且,一个功率模块中只放置一个热敏电阻NTC。这样的集中式温度检测方法由于NTC距离各个热源(即发热的半导体芯片)的距离不同(如图1所示),需要大量的试验从而确定复杂的结温估计模型,从而实施温度检测。而此外,热量从半导体结传导到NTC的主要路径如图2所示。热量先向下传导到金属基板,再在金属基板上扩散到NTC下方,随后向上传导到NTC。整个热流传导路径经历了多个材料界面,中间热散失过多,进一步降低了结温检测的准确度。

而针对分立式半导体封装器件,受限于管脚个数和成本,分立式功率半导体器件通常不包含温度检测功能。实际使用中,与上述的功率模块类似,将NTC安装在多个分立式功率半导体器件共用的散热片上,通过检测散热片的温度,反推结温。可以看到,这种方法仍然是一种集中式温度检测方法。由于多个分立式功率半导体器件(热源)的暴露在外,工作环境甚至不如功率模块稳定,温度检测的准确性进一步降低。

综上所述,如何解决现有技术中无法针对单个分立式半导体器件测温,且测温准确性低的问题,是本领域技术人员的当务之急。

发明内容

本发明的目的是提供一种分立式半导体电路及电力电子器件,以解决现有技术中无法针对单个分立式半导体器件测温,且测温准确性低的问题。

为解决上述技术问题,本发明提供一种分立式半导体电路,包括处理器及半导体工作单元;

所述半导体工作单元包括分立式封装半导体器件、门极驱动电源、热敏电阻、分压电阻及电信号检测组件;

所述分压电阻及所述热敏电阻串联连接于所述门极驱动电源两端,组成闭合回路;

所述分立式封装半导体器件的KELVIN引脚连接于所述热敏电阻及所述门极驱动电源的负极之间;

所述电信号检测组件,用于获取所述闭合回路的温度电信号,并发送至所述处理器;

所述处理器,用于根据所述温度电信号确定所述分立式封装半导体器件的温度信息。

可选地,在所述的分立式半导体电路中,所述电信号检测组件为电压检测组件;

所述电压组件连接于所述热敏电阻的两端,用于检测所述热敏电阻的电压值。

可选地,在所述的分立式半导体电路中,所述分压电阻及所述热敏电阻串联连接于所述门极驱动电源两端,组成闭合回路包括:

所述门极驱动电源的正极连接于所述分压电阻的第一端,所述分压电阻的第二端连接于所述热敏电阻的第一端,所述热敏电阻的第二端连接于所述门极驱动电源的负极。

可选地,在所述的分立式半导体电路中,当所述分立式封装半导体器件为MOSFET时,所述KELVIN引脚与所述MOSFET的源极区域相连;

当所述分立式封装半导体器件为所述IGBT或所述三极管时,所述KELVIN引脚与所述IGBT或所述三极管的发射极区域相连。

可选地,在所述的分立式半导体电路中,所述KELVIN引脚通过绑定线与所述分立式封装半导体器件中对应区域直接相连。

可选地,在所述的分立式半导体电路中,所述分压电阻为高精度电阻。

可选地,在所述的分立式半导体电路中,所述分立式封装半导体器件为TO247封装。

可选地,在所述的分立式半导体电路中,所述处理器为所述门极驱动电源对应的门极驱动芯片。

可选地,在所述的分立式半导体电路中,所述分立式半导体电路包括多个半导体工作单元;所述半导体工作单元还包括隔离器;

所述处理器通过多个所述隔离器,分别获取多个所述半导体工作单元对应的分立式封装半导体器件的温度信息。

一种电力电子器件,所述电力电子器件包括如上述任一种所述的分立式半导体电路。

本发明所提供的分立式半导体电路,包括处理器及半导体工作单元;所述半导体工作单元包括分立式封装半导体器件、门极驱动电源、热敏电阻、分压电阻及电信号检测组件;所述分压电阻及所述热敏电阻串联连接于所述门极驱动电源两端,组成闭合回路;所述分立式封装半导体器件的KELVIN引脚连接于所述热敏电阻及所述门极驱动电源的负极之间;所述电信号检测组件,用于获取所述闭合回路的温度电信号,并发送至所述处理器;所述处理器,用于根据所述温度电信号确定所述分立式封装半导体器件的温度信息。

本发明通过利用所述分立式封装半导体器件对应的门极驱动电源驱动所述闭合回路,同时,将半导体封装器件的热能直接利用KELVIN引脚引导至所述热敏电阻上,使所述热敏电阻的温度与所述分立式封装半导体的温度的差值进一步缩小,此时再通过获取所述闭合回路的电信号,即可得知所述热敏电阻的阻值变化,进而得到高精度的所述分立式封装半导体器件的温度信息,实现了对单个分立式封装半导体器件的温度测量,同时大大提高了测量精度。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的电力电子器件。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,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为现有技术中集中式温度检测的结构示意图;

图2为现有技术中半导体向NTC传热过程中热量的传输示意图;

图3为本发明提供的分立式半导体电路的一种

具体实施方式

的结构示意图;

图4为本发明提供的分立式半导体电路的另一种具体实施方式的结构示意图;

图5为本发明提供的分立式半导体电路的又一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

功率半导体器件是电力电子技术的核心元器件,无论是硅基功率半导体器件,还是碳化硅基功率半导体器件和氮化镓基功率半导体器件,在它们的使用过程中,都必须保证其半导体结(P-N Junction)的结温低于一定数值,以保证其半导体特性。硅基器件的最大结温为175摄氏度,碳化硅基器件的最大结温能够超过200摄氏度。因此,在电力电子变流器中,实时地检测结温,可以在结温显著升高时,使用主动散热技术,提高散热系统的散热能力;或者在结温超过设定值时,停止电力电子变流器工作。因此,实时地检测功率半导体器件的结温,是各类电力电子变流器中必备的功能,同时,也是提高电力电子变流器可靠性的重要手段。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种分立式半导体电路,其一种具体实施方式的结构示意图如图3所示,称其为具体实施方式一,包括处理器100及半导体工作单元;

所述半导体工作单元包括分立式封装半导体器件250、门极驱动电源210、热敏电阻230、分压电阻220及电信号检测组件240;

所述分压电阻220及所述热敏电阻230串联连接于所述门极驱动电源210两端,组成闭合回路;

所述分立式封装半导体器件250的KELVIN引脚连接于所述热敏电阻230及所述门极驱动电源210的负极之间;

所述电信号检测组件240,用于获取所述闭合回路的温度电信号,并发送至所述处理器100;

所述处理器100,用于根据所述温度电信号确定所述分立式封装半导体器件250的温度信息。

作为一种具体实施方式,所述电信号检测组件240为电压检测组件;

所述电压组件连接于所述热敏电阻230的两端,用于检测所述热敏电阻230的电压值,当然,也可检测所述分压电阻220的电压值,或整个回路中的电流值,最终得到所述热敏电阻230的阻值,即可计算出所述热敏电阻230的当前温度值,用所述热敏电阻230的温度表示所述分立式封装半导体器件250的温度。

此外,本发明还给出一种所述闭合回路的具体连接方式,所述分压电阻220及所述热敏电阻230串联连接于所述门极驱动电源210两端,组成闭合回路包括:

所述门极驱动电源210的正极连接于所述分压电阻220的第一端,所述分压电阻220的第二端连接于所述热敏电阻230的第一端,所述热敏电阻230的第二端连接于所述门极驱动电源210的负极。

需要注意的是,当所述分立式封装半导体器件250为MOSFET时,所述KELVIN引脚与所述MOSFET的源极区域相连;

当所述分立式封装半导体器件250为所述IGBT或所述三极管时,所述KELVIN引脚与所述IGBT或所述三极管的发射极区域相连;

当然,所述分立式封装半导体器件250除了上述举例,也可以是其他半导体器件,此时所述KELVIN引脚类连接于类似所述源极区及所述发射极区的输出端区域。

作为一种优选实施方式,所述KELVIN引脚通过绑定线与所述分立式封装半导体器件250中对应区域直接相连;

上文中“直接”指所述绑定线中间不经过其他介质,也不与其他结构接触,连接所述分立式封装半导体器件250中对应区域与所述闭合回路,更具体地说,是连接到所述热敏电阻230一端,此举可尽可能保证半导体发热区的热量直接传导到所述热敏电阻230上,使所述热敏电阻230的温度尽可能与所述分立式封装半导体器件250保持一致,提高测量准确度。

另外,所述分立式封装半导体器件250为TO247封装,TO247封装结构简单成本低,占用空间小,当然,也可根据实际情况选用其它封装,如SO-8封装等。

为提高测量精度,所述分压电阻220可采用高精度电阻,所述高精度电阻指电阻的标称值与实测值间的误差不超过1%。

本发明所提供的分立式半导体电路,包括处理器100及半导体工作单元;所述半导体工作单元包括分立式封装半导体器件250、门极驱动电源210、热敏电阻230、分压电阻220及电信号检测组件240;所述分压电阻220及所述热敏电阻230串联连接于所述门极驱动电源210两端,组成闭合回路;所述分立式封装半导体器件250的KELVIN引脚连接于所述热敏电阻230及所述门极驱动电源210的负极之间;所述电信号检测组件240,用于获取所述闭合回路的温度电信号,并发送至所述处理器100;所述处理器100,用于根据所述温度电信号确定所述分立式封装半导体器件250的温度信息。本发明通过利用所述分立式封装半导体器件250对应的门极驱动电源210驱动所述闭合回路,同时,将半导体封装器件的热能直接利用KELVIN引脚引导至所述热敏电阻230上,使所述热敏电阻230的温度与所述分立式封装半导体的温度的差值进一步缩小,此时再通过获取所述闭合回路的电信号,即可得知所述热敏电阻230的阻值变化,进而得到高精度的所述分立式封装半导体器件250的温度信息,实现了对单个分立式封装半导体器件250的温度测量,同时大大提高了测量精度。

在具体实施方式一的基础上,进一步对所述处理器100做限定,得到具体实施方式二,其结构示意图如图4所示,包括处理器100及半导体工作单元;

所述半导体工作单元包括分立式封装半导体器件250、门极驱动电源210、热敏电阻230、分压电阻220及电信号检测组件240;

所述分压电阻220及所述热敏电阻230串联连接于所述门极驱动电源210两端,组成闭合回路;

所述分立式封装半导体器件250的KELVIN引脚连接于所述热敏电阻230及所述门极驱动电源210的负极之间;

所述电信号检测组件240,用于获取所述闭合回路的温度电信号,并发送至所述处理器100;

所述处理器100,用于根据所述温度电信号确定所述分立式封装半导体器件250的温度信息;

所述处理器100为所述门极驱动电源210对应的门极驱动芯片300。

在本具体实施方式中,所述处理器100为所述门极驱动芯片300,所述门极驱动芯片300可直接输出代表所述分立式封装半导体器件250的温度的数字信号,在门极电路中实现温度测量,大大增强了所述分立式半导体电路装配的灵活性,提高了所述分立式半导体电路的泛用性。

由于所述门极驱动芯片300兼具电信号测量的作用,因此图4中不再有所述电信号检测组件240,所述电信号检测组件240及所述处理器100均为所述门极驱动芯片300。

同样在具体实施方式一的基础上,在同一处理器100连接多个所述半导体工作单元的情况下,可得到具体实施方式三,其结构示意图如图5所示,包括处理器100及半导体工作单元;

所述半导体工作单元包括分立式封装半导体器件250、门极驱动电源210、热敏电阻230、分压电阻220及电信号检测组件240;

所述分压电阻220及所述热敏电阻230串联连接于所述门极驱动电源210两端,组成闭合回路;

所述分立式封装半导体器件250的KELVIN引脚连接于所述热敏电阻230及所述门极驱动电源210的负极之间;

所述电信号检测组件240,用于获取所述闭合回路的温度电信号,并发送至所述处理器100;

所述处理器100,用于根据所述温度电信号确定所述分立式封装半导体器件250的温度信息;

所述分立式半导体电路包括多个半导体工作单元;所述半导体工作单元还包括隔离器260;

所述处理器100通过多个所述隔离器260,分别获取多个所述半导体工作单元对应的分立式封装半导体器件250的温度信息。

本具体实施方式中,考虑到了多个所述分立式半导体封装器件集中配备,且所述门极驱动芯片300成本较低,算力较差,不适于直接对获取的温度电信号进行直接处理的情况,本具体实施方式中将多个分立式半导体封装器件对应的温度电信号经过所述隔离器260调整为根据实际情况确定的适合长距离传输的电信号,被处于外部的处理器100统一接收后进行处理,得到各个所述分立式半导体封装器件的温度信息。

需要注意的是,图5中每个分立式半导体器件仅画出所述热敏电阻230,表示从所述热敏电阻230处获取相应的电信号,输入所述隔离器260后从所述隔离器260传至外部的处理器100,为清楚展示这一过程省去了所述分立式半导体器件中的其他结构。

本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的电力电子器件,所述电力电子器件包括如上述任一种所述的分立式半导体电路。本发明所提供的分立式半导体电路,包括处理器100及半导体工作单元;所述半导体工作单元包括分立式封装半导体器件250、门极驱动电源210、热敏电阻230、分压电阻220及电信号检测组件240;所述分压电阻220及所述热敏电阻230串联连接于所述门极驱动电源210两端,组成闭合回路;所述分立式封装半导体器件250的KELVIN引脚连接于所述热敏电阻230及所述门极驱动电源210的负极之间;所述电信号检测组件240,用于获取所述闭合回路的温度电信号,并发送至所述处理器100;所述处理器100,用于根据所述温度电信号确定所述分立式封装半导体器件250的温度信息。本发明通过利用所述分立式封装半导体器件250对应的门极驱动电源210驱动所述闭合回路,同时,将半导体封装器件的热能直接利用KELVIN引脚引导至所述热敏电阻230上,使所述热敏电阻230的温度与所述分立式封装半导体的温度的差值进一步缩小,此时再通过获取所述闭合回路的电信号,即可得知所述热敏电阻230的阻值变化,进而得到高精度的所述分立式封装半导体器件250的温度信息,实现了对单个分立式封装半导体器件250的温度测量,同时大大提高了测量精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处,各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。

需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的分立式半导体电路及电力电子器件进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

11页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:低压供电线路导线连接部位温感监测预警系统

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!