一种综合保护电路、综合保护装置及塑封装置的制作方法

本发明涉及igbt电力半导体器件领域，尤其涉及一种综合保护电路、综合保护装置及塑封装置。

背景技术：

目前igbt电力半导体器件失效、损坏主要形式有过温、过流和短路。造成igbt电力半导体器件过温损坏的是器件的热疲劳现象，原因有散热设计不当，驱动电路设计不合理，外界负载发生的变化等。形成igbt电力半导体器件过流、短路损坏的原因是负载绝缘不良，外界杂物引起的桥路短路和感性负载发生的关断峰值电压等。以上的失效损坏形式已经包含了igbt电力半导体器件的95％以上的失效损坏范围。

特别需要注意的是igbt电力半导体器件在组成多芯片联合工作，如逆变、变频，交-直-交3电平pwm大容量变频传动装置时，只要有一个igbt电力半导体器件损坏，就会引起整体模块的损坏。

igbt电力半导体器件必定是长期、高可靠工作，以确保安全。当前一般都在电力半导体器件外围设置一些驱动电路，包括各种保护电路。但此类驱动电路或者专业ic驱动器并不与igbt电力半导体器件在同一物理环境下工作。因此对器件所产生的各种失效损坏感应速度，综合处理能力等存在不一致性。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的局限性，提供一种综合保护电路、综合保护装置及塑封装置，应用于igbt电力半导体器件，旨在真正实现不依靠外围电路，直接从igbt芯片封装成的器件完成综合精准保护，提高igbt电力半导体器件的功率密度和可靠性。

上述技术方案具体包括：

一种综合保护电路，应用于igbt电力半导体器件，其中，包括输入保护电路、过温保护电路和过流短路保护电路；

所述输入保护电路的输入端连接所述igbt电力半导体器件的输入控制电压，所述输入保护电路的输出端连接所述过温保护电路的输入端；

所述过温保护电路的输出端连接所述过流短路保护电路的输入端；

所述过流短路保护电路的输出端连接所述igbt电力半导体器件的输入端；

所述输入保护电路用于保护所述igbt电力半导体器件的所述输入控制电压；

所述过温保护电路用于避免所述igbt电力半导体器件的工作结温快速上升；

所述过流短路电路用于使所述igbt电力半导体器件在出现过流或短路现象时不被损坏。

较佳的，上述综合保护电路中，所述输入保护电路包括；

p沟道场效应管，所述p沟道场效应管的漏极连接所述输入保护电路的所述输入端，源极连接所述输入保护电路的所述输出端，栅极连接一第一节点；

所述n沟道场效应管的漏极连接所述输入保护电路的所述输入端，源极连接所述输入保护电路的所述输出端；

第一电阻，连接在所述输入保护电路的所述输入端和所述第一节点之间；

第二电阻，连接在所述输入保护电路的所述输出端和第一节点之间。

较佳的，上述综合保护电路中，所述过温保护电路包括：

负温度传感器，一端连接所述输入保护电路的所述输出端，另一端连接一第二节点；

所述正温度传感器，另一端连接所述igbt电力半导体器件的零电压端；

第一隔离二极管，输入端连接所述第二节点，输出端连接一单向可控硅的触发极；

所述单向可控硅的正极连接所述igbt电力半导体器件的所述输入控制电压，所述单向可控硅的负极连接所述零电压端。

较佳的，上述综合保护电路中，所述过流短路保护电路包括；

第一分压电阻，连接所述过温保护电路的输出端和一第三节点之间；

第二分压电阻，连接在所述第三节点和一第四节点之间；

第三分压电阻，连接在所述第四节点和所述零电压端之间；

第二隔离二极管，正极连接所述第四节点，负极连接所述第一隔离二极管的所述触发极；

快速恢复二极管，正极连接所述第三节点，负极连接所述igbt电力半导体器件的所述输入端；

延时电容，并联在所述第三分压电阻的两端。

一种综合保护装置，应用于igbt电力半导体器件，其中，包括电子元器件，所述电子元器件包括所述权利要求1-4中所述的综合保护电路；

所述综合保护装置还包括；

电路基板，固定设置于所述igbt电力半导体器件上，多个所述电子元器件分别排列于所述电路基板的中间区域；

引出接线端子，固定设置在所述电路基板的两侧。

较佳的，上述综合保护装置中，所述电路基板为印制电路板；

所述电路基板设置于所述igbt电力半导体器件的上方。

较佳的，上述综合保护装置中，电路基板为覆铜板；

所述电路基板嵌入封装在所述igbt电力半导体器件的内部。

较佳的，上述综合保护装置中，所述引出接线端子设置有第一接线端、第二接线端、第三接线端、第四接线端；

所述第一接线端接入所述igbt电力半导体器件的输入控制电压；

所述第二接线端、所述第三接线端、所述第四接线端分别连接相对应的所述igbt电力半导体器件；

所述第一接线端与所述第三接线端相对于所述电子元器件排列的区域分别设置于所述电路基板的两侧；

所述第二接线端与所述第一接线端设置于所述电路基板的同侧；

所述第四接线端与所述第三接线端设置于所述电路基板的同侧。

较佳的，上述综合保护装置中，所述引出接线端子设置有第一接线端、第二接线端、第三接线端、第四接线端；

所述第一接线端接入所述igbt电力半导体器件的输入控制电压；

所述第二接线端、所述第三接线端、所述第四接线端分别连接相对应的所述igbt电力半导体器件。

所述第一接线端、所述第二接线端、所述第三接线端以及所述第四接线端均设置于所述电路基板的同一侧。

一种塑封装置，应用于igbt电力半导体器件，其中，包括如权利要求5所述的综合保护装置，还包括：

散热器；

连接螺栓，所述综合保护装置通过所述连接螺栓箍套在所述散热器上；

塑封管，通过所述连接螺栓连接所述综合保护装置；

引出接线，通过所述连接螺栓连接所述综合保护装置。

较佳的，上述塑封装置中，所述散热器上沿所述连接螺栓设置的方向设置有一连接孔；

所述综合保护装置设置有第一引线；

所述塑封管设置有第二引线；

所述第一引线与所述第二引线通过所述连接孔连接。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：真正实现不依靠外围电路，直接从igbt芯片封装成的器件完成综合精准保护，提高了igbt电力半导体器件的功率密度和可靠性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。需要注意的是，附图中并未按照比例绘制相关部件，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明较佳的实施例中，一种综合保护电路图；

图2是本发明较佳的实施例中，一种综合保护装置的示意图；

图3是本发明较佳的另一种实施例中，一种综合保护装置的示意图；

图4是本发明较佳的实施例中，一种塑封装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

如图1所示，一种综合保护电路，应用于igbt电力半导体器件，包括输入保护电路1、过温保护电路2和过流短路保护电路3；

输入保护电路1的输入端连接igbt电力半导体器件的输入控制电压4，输入保护电路2的输出端12连接过温保护电路2的输入端；

过温保护电路2的输出端17连接过流短路保护电路3的输入端；

过流短路保护电路3的输出端连接igbt电力半导体器件22的输入端19；

输入保护电路1用于保护igbt电力半导体器件22的输入控制电压4；

过温保护电路2用于避免igbt电力半导体器件22的工作结温快速上升；

过流短路电路3用于使igbt电力半导体器件22在出现过流或短路现象时不被损坏。

输入保护电路1包括；

p沟道场效应管9，p沟道场效应管9的漏极连接输入保护电路1的输入端，源极连接输入保护电路1的输出端12，栅极连接一第一节点7；

n沟道场效应管10的漏极连接输入保护电路1的输入端，源极连接输入保护电路1的输出端12；

第一电阻6，连接在输入保护电路1的输入端和第一节点7之间；

第二电阻11，连接在输入保护电路1的输出端12和第一节点7之间。

igbt电力半导体器件22的输入控制电压4为了可靠触发、驱动igbt电力半导体器件22，一般是正15v和负5v方波脉冲，频率从10khz到40khz，甚至于更高的pwm可调制控制触发信号。当输入控制电压4输入保护电路1后，由于输入保护电路1是由p沟道场效应管9、n沟道场效应管10、第一电阻6、第二电阻11组成，p沟道场效应管9和n沟道场效应管10的源极、栅极、漏极都相互的连接，漏极接入输入控制电压4，在第一电阻6和第二电阻11分压作用下，p沟道场效应管9和n沟道场效应管10都能可靠导通相连，源极为输入保护电路的输出端12。所以不管是正15v或负5v控制电压都能分别通过n沟道场效应管9和p沟道场效应管10，直接连接到igbt电力半导体器件22的触发极，正常触发或截止igbt电力半导体器件22的工作。

过温保护电路2包括：

负温度传感器13，一端连接输入保护电路1的输出端12，另一端连接一第二节点8；

正温度传感器14，另一端连接igbt电力半导体器件22的零电压端5；

负温度传感器13、正温度传感器14可快速的把igbt电力半导体器件22的工作结温传导到温度传感器。

第一隔离二极管15，输入端连接第二节点8，输出端连接一单向可控硅16的触发极；

单向可控硅16的正极连接igbt电力半导体器件22的输入控制电压4，单向可控硅16的负极连接零电压端5。

一般的正温度传感器或负温度传感器都有一个温度传导滞后感应时间，约5到7秒，用了本技术方案中的负温度传感器13和正温度传感器14串联工作，在温度作用下起了一个推、拉作用，在0.7到1.5秒时间内迅速感应出一个工作电压作用于单向可控硅16的触发极，使单向可控硅16导通，直接把输入igbt电力半导体器件22的输入控制电压4导通到零电压端5，使igbt电力半导体器件22截止工作，同时也使输入保护电路1的p沟道场效应管9和n沟道场效应管10停止工作。由于单向可控硅16的工作特性，不可恢复性，一直要到停止驱动，重新启动才能工作，因此确保了igbt电力半导体器件22的安全可靠，不被损坏。

流短路保护电路3包括；

第一分压电阻18，连接过温保护电路2的输出端17和一第三节点20之间；

第二分压电阻23，连接在第三节点20和一第四节点24之间；

第三分压电阻26，连接在第四节点24和零电压端5之间；

第二隔离二极管25，正极连接第四节点24，负极连接第一隔离二极管15的触发极；

快速恢复二极管21，正极连接第三节点20，负极连接igbt电力半导体器件22的输入端19；

延时电容37，并联在第三分压电阻26的两端。

igbt电力半导体器件22正常工作时管压降约3v，第三节点20得到快速恢复二极管16钳位电压在2v左右，第四节点24的分电压通过第二隔离二极管25不足启动单向可控硅16工作。一旦发生过流(超过正常负载电流的150-200％)或者短路，这时igbt电力半导体器件22承受大电流而退饱和，igbt电力半导体器件管22压降快速上升，当上升到7v以上时，第四节点24的分电压通过第二隔离二极管25足够启动单向可控硅16工作，使单向可控硅16导通，直接把输入igbt电力半导体器件22的输入控制电压4导通到零电压端5，从而使igbt电力半导体器件22截止工作。但由于延时电容37存在，还有t＝r6xc1约5微秒的延时，缓慢关断igbt电力半导体器件22，确保igbt电力半导体器件22不受电感性负载在快速截止时承受高反电动势冲击，安全可靠，不被损坏。

过流、短路保护启动工作电流可根据不同电力半导体芯片额定容量设定为150％、200％、300％等，延时截止时间也可作调整，以避免可能产生过多的误动作。

如图2和图3所示，一种综合保护装置，应用于igbt电力半导体器件，包括电子元器件27，电子元器件27包括权利要求1-4中的综合保护电路；

综合保护装置还包括；

电路基板28，固定设置于igbt电力半导体器件22上，多个电子元器件27分别排列于电路基板28的中间区域；

引出接线端子，固定设置在电路基板28的两侧。

电路基板28可以为印制电路板；

此时电路基板28设置于igbt电力半导体器件22的上方。

电路基板28也可以为覆铜板；

此时电路基板28嵌入封装在igbt电力半导体器件22的内部。

引出接线端子设置有第一接线端29、第二接线端30、第三接线端31、第四接线端32；

第一接线端29接入igbt电力半导体器件22的输入控制电压4；

如图2所示，当综合保护装置适合于dbc封装时，电路基板28可以为印制电路板，也可以为覆铜板，此时，第二接线端30、第三接线端31、第四接线端32分别连接相对应的igbt电力半导体器件22；

第一接线端29与第三接线端31相对于电子元器件排列的区域分别设置于电路基板28的两侧；

第二接线端30与第一接线端29设置于电路基板28的同侧；

第四接线端32与第三接线端31设置于电路基板28的同侧。

如图3所示，当综合保护装置适合于塑封管封装时，电路基板28为印制电路板，此时，第二接线端30、第三接线端31、第四接线端32分别连接相对应的igbt电力半导体器件22。

第一接线端29、第二接线端30、第三接线端31以及第四接线端32均设置于电路基板28的同一侧。

如图4所示，一种塑封装置，应用于igbt电力半导体器件，包括如权利要求5的综合保护装置33，还包括：

散热器35；

连接螺栓36，综合保护装置通过连接螺栓36箍套在散热器35上；

塑封管34，通过连接螺栓36连接综合保护装置；

引出接线35，通过连接螺栓36连接综合保护装置。

散热器35上沿连接螺栓36设置的方向设置有一连接孔37；

综合保护装置33设置有第一引线38；

塑封管34设置有第二引线39；

第一引线38与第二引线39通过连接孔37连接。

本技术方案的应用于igbt电力半导体器件的一种综合保护电路、综合保护装置及塑封装置，因为电力半导体芯片集成度高，可应用于工作电流从几安到几千安、工作电压从几百伏到几千伏的器件大范围内应用，也可以在三相电路(工业级)有广泛应用，对逆变器、大功率变频、交-直-交驱动具有比较有效的真正从芯片级的保护，从而确保负载和器件的安全可靠。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现各种变化例，这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。