度传感器，第二温度传感器R2为NTC温度传感器。
[0045]第一温度传感器R1的一端与第一输入端Vinl相连，另一端与高性能绝缘型晶体管IGBT的基极。第二温度传感器R2的一端与接地端GND相连，另一端也与高性能绝缘型晶体管IGBT的基极。
[0046]由第一输入端Vinl输入一个PWM调制开关或PLC工业控制信号，通过PTC温度传感器R1和NTC温度传感器R2组成的温度控制电路驱动高性能绝缘型晶体管(IGBT)工作，当产生过温现象，一般也设定为120°C。PTC温度传感器R1和NTC温度传感器R2的电阻值会随感应到的温度产生相应变化，PTC是正温度传感器R1，随温度的增加而增加电阻值，而NTC温度传感器R2是随温度的增加而电阻值减小。这样，高性能绝缘型晶体管IGBT的栅极能得到一个更为灵敏的保护。会自动产生一个热平衡功能。智能的工作在一个适当的工作电流。由于NTC温度传感器R2的设立，为保证高性能绝缘型晶体管IGBT的栅极不受静电击穿也相当有益。从而使电力半导体器件更为完善的保护。
[0047]过电压保护电路5-2和电流感应传感电路4的工作原理和功能与实施例一相同，不再重复叙述。
[0048]实施例的作用和原理
[0049]电力半导体器件的一般失效损坏形式为过温、短路及过压。对于电力半导体器件来说，就是对器件内部的温度、电流和电压都要有一个相对快速、精准的测定，并迅速在器件内部得到有效控制，以完成对电力半导体器件的综合保护。根据我们对目前国内外一些电力半导体器件专业生产公司的产品测试，过温现象一般在外壳的表现比较缓慢，但实际上过温会产生热疲劳，有温度循环模式和功率循环模式二种。温度循环模式下，指电力半导体器件从开始启动到最后停止工作，器件外壳表面有一个比较缓慢的温度变化过程。功率循环模式下，器件内芯片的结温变化频繁，每次结温的剧烈变化都与功率变化密切相关。这将导致电力半导体器件过温失效损坏必需考虑的因素之一。需要在离芯片最近距离测量结温并加以保护。根据我们的实验，过温保护还会产生一个热平衡的现象，即自动把输出的电流下降，限制在一定的范围内。这是十分有益的。这也变相提高了器件的功率密度。
[0050]对于短路失效保护，虽然产生的机率不高，但产生的后果却是灾害性的，必需在us级时间内得到保护，否则将使器件永久性损坏。这也是需要在器件内就得到最快反应的理由。
[0051]过电压失效保护比较简单，可用TVS、压敏电阻和特殊显示吸收电路等方案解决。
[0052]以上三种失效损坏形式对电力半导体器件的作用往往是叠加的，如器件的芯片结温在120°C时，再产生过电流或短路时，电力半导体器件芯片之间相互连接采用的材料不同，有硅材料的芯片，铜或铝连接线，焊接的锡层与绝缘基板铜质复合面，它们各种材料的热膨胀系数不同，就会产生应力不一致。而过电流或短路现象又加剧了器件的频繁温升。很容易造成电力半导体器件内部损伤。所以为了避免这种叠加效应，必需在电力半导体器件内部加以有效控制。
[0053]过温保护和短路(过流)保护都与电力半导体器件通过电流有关，我们在器件里通过温度传感器和电流传感器设定，在电力器件的额定工作电流的150 %范围内属于过温保护范围，超过这个额定电流就是短路(过流)保护的范围。必需立即停止器件的工作。电力半导体器件必需在us秒级时间内从全导通到关断(截止)状态。这样即能提高电力器件的功率密度又能确保器件安全。
[0054]还有如不对电力半导体器件过压现象加以有效保护，最有可能就是产生局部击穿，这种击穿会使电力半导体器件在工作时极不稳定，加速电力半导体器件的损坏。以此实验分析为结论，为了要达到电力半导体器件这种特殊需要，高可靠、长期稳定的工作。以上三项综合精准保护功能必需在电力半导体器件内芯片级就得以可靠保护。达到智能化模块(IPM)控制。
[0055]把增强型可控硅(GT0)或高性能绝缘型晶体管(IGBT)芯片等电力半导体器件焊接在电力半导体器件的安装基板DBC(陶瓷覆铜板)上。在二个或者多个芯片之间留出一个适当的感应空间。在增强型可控硅(GT0)或高性能绝缘型晶体管(IGBT)芯片的上部设置一个导热绝缘层，再以3D形式立体单层或多层叠加安装具有温度、过电流、过电压感应等功能感应PCB板，这样能以不增加原芯片封装面积基础上以最近的位置感应到电力半导体功率芯片的的温度、电流、电压变化。
[0056]上述功能感应PCB板，是一种可任意设置功能的感应PCB板，可以是一块单一功能的感应PCB板，如对温度有检测功能，那就用温度传感器。如是需要对温度、电流有要求，就可以用温度传感器加电流感应传感器。当然也可以是全功能的，那就设置温度传感器、电流感应传感器、过压保护传感器，甚至于还可对电感性负载保护的特殊显示吸收电路器件包含在内。这是以电力半导体器件的用途来决定。在一些特殊用途的器件，如容性负载(无功功率补偿器)上使用，就可以设定软启动方式，延长启动时间来达到目的。总之这是一种根据用途，十分灵活多样的组合方式。
[0057]在电力半导体器件引出端子线套上小型电流感应线圈完成对过电流或短路的电流变化检测，可设置单个或二个电流感应线圈相互串联，以提高检测灵敏度。并反馈控制电力半导体器件的输入端，这样能达到us秒级反应速度。同时在电力半导体器件输出端并联TVS(瞬态过压保护)或者压敏电阻、特殊显示吸收电路。
[0058]本发明的的特殊显示吸收电路是由限流电阻R4、双向触发二极管D1、发光二极管D2组成。并联于电力半导体器件输出端。当电力半导体器件处截止(不导通)状态，发光二极管通过限流电阻、双向触发二极管得到工作电压，全亮。当电力半导体器件处于导通状态，由于电力半导体器件的管压降相当低，只有2V以下，不足于供应发光二极管的工作电压，不亮。当电力半导体器件处于过温状态，由于温度传感器件的作用。使电力半导体管压降逐步的升高，还由于双向触发二极管的作用。在30V电压下不足驱动双向触发二极管导通。发光二极管还是不亮，只有当电力半导体器件管压降超过30V以上。此发光二极管才开始从微弱开始一直到很亮。这是一个很直观判断电力半导体过热的一个有效方法。同时这个电路也能很有效吸收工作主电路可能存在的各种高压尖脉冲，如雷击感应不规则群脉冲等。
[0059]整体电力半导体器件测试完成后，安装基板(DBC)直接焊接在散热器上。为了达到最好的散热效果，我们设计了凹字型散热器，整体电子半导体器件焊接在凹字型散热器的底面，这样的散热器同时有多个侧面对外散热，最后再灌装1C专用封胶封装。保证电力半导体器件的热传导性和不受环境对器件的影响。可提高30?40%的功率密度，在同等功率工作条件下，体积可减少50%。
[0060]本专利的电力半导体器件综合保护方法及装置，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。可以在三相电路(工业级)有广泛应用，逆变器、大功率变频，交-直-交驱动、比较有效的真正从芯片级的保护。确保负载和器件的安全可靠。
[0061]本发明的方法和装置可以应用到许多不同类型电力半导体器件上改进与变化，所有的改进与变化都被认为是在本发明的精神和范围内。如在本发明专利的权利要求中所规定的。
【主权项】
1.一种电力半导体器件综合保护装置，其特征在于:包括，散热器、安装基板、电流感应传感电路、感应PCB板、电力半导体器件； 其中所述电力半导体器件具有引出端子； 所述电力半导体器件固定在安装基板； 所述安装基板固定在所述散热器上； 所述电流感应传感电路套装在所述引出端子上； 所述感应PCB板固定在所述引出端子上。2.根据权利要求1所述的电力半导体器件综合保护装置，其特征在于: 其中，所述散热器为凹字型散热器。3.根据权利要求1所述的电力半导体器件综合保护装置，其特征在于: 其中，所述安装基板为陶瓷覆铜板。4.根据权利要求1所述的电力半导体器件综合保护装置，其特征在于: 其中，所述电力半导体器件为增强型可控硅芯片组或高性能绝缘型晶体管芯片组。5.根据权利要求1所述的电力半导体器件综合保护装置，其特征在于: 其中，所述感应PCB板设置有过电压保护电路和过温保护电路。6.根据权利要求1所述的电力半导体器件综合保护装置，其特征在于: 采用IC专用胶将器件封装。7.根据权利要求1所述的电力半导体器件综合保护装置，其特征在于: 其中，所述电流感应传感电路包括:调节电阻、输出电阻、小型整流桥堆、单向触发可控硅、电流感应传感器和光耦； 所述调节电阻并联在所述电流感应传感器的线圈的两端；所述小型整流桥堆的输入端与所述线圈的两端相连，输出端与所述光耦的输入端相连；所述单向触发可控硅的正极与第一输出端、所述光親的一个输出端相连；负极与第二输出端相连、触发极经过所述输出电阻与所述光耦的另一个输出端相连。8.根据权利要求5所述的电力半导体器件综合保护装置，其特征在于: 其中，所述过电压保护电路包括压敏电阻、限流电阻、双向触发二极管和发光二极管；所述压敏电阻并联在所述电力半导体器件上；所述限流电阻、所述双向触发二极管、所述发光二极管的正极串联后，与所述压敏电阻并联。9.根据权利要求5所述的电力半导体器件综合保护装置，其特征在于: 其中，过温保护电路包括两个温度传感器，紧邻所述电力半导体器件设置。10.一种电力半导体器件综合保护装置的制备方法，其特征在于: 先把电力半导体器件固化焊接在安装基板上； 再把安装基板通过中温锡浆形成的焊锡层固定在散热器上； 把电流感应传感电路套装在电力半导体器件的引出端子上； 至少一层所述感应PCB板固定在所述引出端子上； 最后用IC专用胶封装。
【专利摘要】本发明提供一种电力半导体器件综合保护装置，包括，散热器、安装基板、电流感应传感电路、感应PCB板、电力半导体器件；其中电力半导体器件具有引出端子；电力半导体器件固定在安装基板；安装基板固定在散热器上；电流感应传感电路套装在引出端子上；感应PCB板固定在引出端子上。其优点在于保证电力半导体器件的热传导性和不受环境对器件的影响。可提高30～40％的功率密度，在同等功率工作条件下，体积可减少50％。
【IPC分类】H05K7/20, H05K7/02
【公开号】CN105246286
【申请号】CN201510791961
【发明人】杨友林, 陈勤华
【申请人】杨友林
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月17日