一种厚膜低功耗防反接过欠压保护模块的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电子技术及微电子技术，特别是涉及了一种厚膜低功耗防反接过欠压保护模块。包括低功耗防反接过欠压保护电路、SMT元器件、覆铜Al2O3陶瓷基板、双列直插式金属气密封装外壳；所述低功耗防反接过欠压保护电路通过平面转换设计，在覆铜Al2O3陶瓷基板上加工制成铜导体图形；采用厚膜组装工艺将表面贴装SMT元器件、覆铜Al2O3陶瓷基板、双列直插式金属气密封装外壳组装一体。本发明既要克服串联二极管功耗大的缺点、避免并联二极管方式的人工更换操作的不便利性，又要增加过欠压保护功能，实现多功能组合。
【专利说明】一种厚膜低功耗防反接过欠压保护模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子技术及微电子技术，特别是涉及了一种厚膜低功耗防反接过欠压保护模块。
【背景技术】
[0002]绝大多数模拟和数字处理电路对于直流供电电压有一定的范围要求。电压过低会对其产生误动作触发、电压过高会对其产生损害；尤其是供电电压极性反接时，必定给处理电路带来灾难性后果。
[0003]本发明提出前，多数防反接措施是在供电回路中串联正向二极管来阻断反接电压、或者在供电回路并联反向二极管及串联保险管方式实现。
[0004]对于供电电流较大场合，由于二极管的正向压降造成的功耗会带来一系列问题，例如散热及安装、效率等。
[0005]反向二极管加保险管的方式需增加人工更换操作；保险管参数选择的不恰当会对供电电源和二极管造成损坏。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供了一种厚膜低功耗防反接过欠压保护模块，既要克服串联二极管功耗大的缺点、避免并联二极管方式的人工更换操作的不便利性，又要增加过欠压保护功能，实现多功能组合。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案:一种厚膜低功耗防反接过欠压保护模块，包括低功耗防反接过欠压保护电路、SMT元器件、覆铜Al2O3陶瓷基板、双列直插式金属气密封装外壳；所述低功耗防反接过欠压保护电路通过平面转换设计，在覆铜Al2O3陶瓷基板上加工制成铜导体图形；采用厚膜组装工艺将表面贴装SMT元器件、覆铜Al2O3陶瓷基板、双列直插式金属气密封装外壳组装一体；
[0008]所述双列直插式金属气密封装外壳，引脚呈双列直插从壳体底面引出，适合于插入式安装，并为内部电路提供输入、输出、功能控制引脚；壳体加工采用铣切加工形成，对于小批量的开发品种具有成本低、周期短等优点；壳体采用导热良好的冷扎钢材料，与覆铜Al2O3陶瓷基板结合，为低功耗防反接过欠压保护电路提供低热阻的导热通道及绝缘界面，将MOS管耗能所产生的热量迅速传导至外壳，从而降低器件本身的结温；惰性气体充填的壳体为元器件提供一个无氧气和水汽的环境，减小氧化及腐蚀对元器件寿命的影响，从而进一步提闻了 1旲块可罪性；
[0009]所述厚膜组装工艺系采用专用粘接胶及焊膏将专用的集成电路芯片与相关的电容、电阻元件集成在一个覆铜Al2O3陶瓷基板上、并将其锡焊在双列直插式金属气密封装外壳中，采用平行缝焊工艺密封，做成一个模块化的、具有完整功能性单元；
[0010]所述低功耗防反接过欠压保护电路包括:反接保护电路、基准电路、过欠压门限比较器、控制逻辑电路、电荷泵电路、驱动电路及外连功率开关；[0011 ] 所述反接保护电路在输入电压极性错误时关断驱动电路、阻断电流通道，达到保护后续用电设备的安全；
[0012]所述基准电路、过欠压门限比较器为内部电路提供高精度的参考电压基准，并对输入电压幅值进行门限判断，当输入电压值达到设定的幅值后给出开启或者关断控制信号，给出欠压或过压控制信号；
[0013]所述控制逻辑电路受所述基准、过欠压门限比较器及外输入关断信号控制，并调整电荷泵电路；
[0014]所述电荷泵电路受所述控制逻辑电路控制，并根据检测的输出电压幅值进行电平转换、输出至驱动电路；
[0015]所述驱动电路存在二种工作状态:
[0016](I)关断状态:输入电压极性反接时，受所述反接电路控制，电路关断，模块呈现反接保护状态；
[0017](2)导通状态:输入电压极性正常，受所述电荷泵电路控制并驱动外部连接的一对功率MOS管导通。
[0018]由于MOS管的极低导通内阻约数毫欧至数十毫欧，所引入的压降以及由此所产生的功耗远低于串接二极管所产生的功耗。
[0019]在上述方案基础上优选，所述双列直插式金属气密封装外壳选用带有6根引脚的27.1X27.1X8双列直插式平行缝焊金属外壳。
[0020]在上述方案基础上优选，所述反接保护电路、基准电路、过欠压门限比较器、控制逻辑电路、电荷泵电路、驱动电路集成在一个专有集成电路芯片内。
[0021]本发明与现有技术相比具有的有益效果是:
[0022](I)覆铜Al2O3陶瓷基板既有Al2O3陶瓷的高导热性、高抗压强度、高绝缘性、低热阻、与双列直插式金属气密封装外壳良好的热膨胀系数匹配，又具有铜导体的高载流能力、图形加工的简便性，是大功率电力电子组件新的应用材料之一，也是本发明引入的重点；
[0023](2)保护功能集成、电路简单:本发明未提出之前，要同时完成输入极性反接保护和过欠压保护功能，必须使用多芯片和复杂的电路组合才能实现，例如:基准芯片、降压供电电路、高电压窗口比较器、电平转换电路、功率驱动器等，其电路设计繁杂、调试复杂。本发明仅仅需要11个元器件即7个电阻、I个电容、2只MOS功率管、I只集成电路，便可实现防反接、过欠压功能，且设置简单、无需调试；
[0024](3)插入损耗极低:针对一款24V10A输出防反接电路实例，MBR15H60CT肖特基二极管在1A电流(25°C)时的正向压降约0.72V，功耗7.2W ;同等条件下，Si7370DP功率管的正向导通电阻为0.009mΩ，正向压降为0.09V，功耗0.9W，仅为肖特基二极管功耗的1/8 ；
[0025](4)体积小、重量轻:同等输出功率、完成相同功能条件下，本发明所制作的产品在体积上减少约三分之一、重量减少约四分之一；
[0026](5)既克服了串联二极管功耗大的缺点、避免并联二极管方式的人工更换操作的不便利性，又增加了过欠压保护功能，实现多功能组合。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明工艺流程图；
[0028]图2为本发明双列直插式金属气密封装外壳俯视图；
[0029]图3为本发明双列直插式金属气密封装外壳侧视图；
[0030]图4为本发明双列直插式金属气密封装外壳引脚结构示意图；
[0031]图5为本发明应用电路图。
【具体实施方式】
[0032]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0033]如图1所示，一种厚膜低功耗防反接过欠压保护模块，包括低功耗防反接过欠压保护电路、SMT元器件2、覆铜Al2O3陶瓷基板1、双列直插式金属气密封装外壳3 ;所述低功耗防反接过欠压保护电路通过平面转换设计，在覆铜Al2O3陶瓷基板I上加工制成铜导体图形；采用厚膜组装工艺将表面贴装SMT元器件2、覆铜Al2O3陶瓷基板1、双列直插式金属气密封装外壳3组装一体。如图3，其中覆铜Al2O3陶瓷基板I正面为SMT元器件元器件2放置、背面为与双列直插式金属气密封装外壳3的焊接区；采用厚膜组装工艺，将覆铜Al2O3陶瓷基板I背面首先搪锡后清洗干净，再将电路所用的SMT元器件2、双列直插式金属气密封装外壳3、以及搪锡后的覆铜Al2O3陶瓷基板I通过再流焊或者回流焊工艺进行锡焊焊接；最后通过人工锡焊补焊连接引脚4、清洗、平行缝焊气密封口，完成本发明的厚膜低功耗防反接过欠压保护模块。
[0034]如图2至图4所示，根据低功耗防反接过欠压保护电路的实际输出功率，选用一款27.1X27.1X6双列直插式平行缝焊金属外壳，具有6根引脚，按照图1的组装工艺流程，制作出一款厚膜低功耗防反接过欠压保护模块。壳体中第一脚(N0.1)定义为输入电压正、第二脚(N0.2)定义为输入地、第三脚(N0.3)定义为壳地、第四脚(N0.4)定义为输出关断端、第五脚(N0.5)定义为输出地、第六脚(N0.6)定义为输出电压正。
[0035]如图5所示，所述一种低功耗防反接/过欠压保护电路包括:反接保护电路、基准电路、过欠压门限比较器、控制逻辑电路、电荷泵电路、驱动电路及外连功率开关。其中，反接保护电路、基准电路、过欠压门限比较器、控制逻辑电路、电荷泵电路、驱动电路集成在一个专有集成电路芯片NI内；
[0036]所述基准电路为集成电路芯片NI内部逻辑电路、控制电路提供闻精度的电压基准；
[0037]所述反接保护电路在输入电压极性错误时关断驱动电路、阻断电流通道，达到保护后续用电设备的安全；
[0038]所述过欠压门限比较器由Rl、R2、R3组成的电阻分压器以及集成电路芯片NI内部门限比较器构成。当R3上的输入电压分压值到达过压门限电压，比较器翻转、迅速关断集成电路芯片NI内部其它控制电路以及V1/V2功率管，断开输出负载与输入的连接；同样的，当R2上的输入电压分压值降到欠压门限电压，比较器翻转并关断集成电路芯片NI内部其它控制电路；
[0039]所述控制逻辑电路和电荷泵电路实现集成电路芯片NI内部的指令接受处理及电平转换功能；
[0040]所述驱动电路通过外接电阻R5/R6驱动MOS管Vl导通或截止；R7、C1用于限制导通时流经Vl的冲击电流(容性负载);
[0041]电阻R4为外部关断功能提供一个直流偏置；
[0042]综上所述，通过外设电阻Rl、R2、R3确定输入电压开启/关断值；电阻R4提供外部关断控制偏置；正常工作状态，集成电路芯片NI驱动由电阻R5、R6及MOS功率管组成的功率开关电路完成功率传输，并通过电阻R7、Cl消除导通冲击电流。
【权利要求】
1.一种厚膜低功耗防反接过欠压保护模块，其特征在于:包括低功耗防反接过欠压保护电路、SMT元器件、覆铜Al2O3陶瓷基板、双列直插式金属气密封装外壳；所述低功耗防反接过欠压保护电路通过平面转换设计，在覆铜Al2O3陶瓷基板上加工制成铜导体图形；采用厚膜组装工艺将表面贴装SMT元器件、覆铜Al2O3陶瓷基板、双列直插式金属气密封装外壳组装一体； 所述双列直插式金属气密封装外壳，引脚呈双列直插从壳体底面引出；壳体加工采用铣切加工形成，壳体采用导热良好的冷扎钢材料，且有惰性气体充填壳体内； 所述厚膜组装工艺为采用专用粘接胶及焊膏将专用的集成电路芯片与相关的电容、电阻元件集成在一个覆铜Al2O3陶瓷基板上、并将其锡焊在双列直插式金属气密封装外壳中； 所述低功耗防反接过欠压保护电路包括:反接保护电路、基准电路、过欠压门限比较器、控制逻辑电路、电荷泵电路、驱动电路及外连功率开关； 所述反接保护电路在输入电压极性错误时关断驱动电路、阻断电流通道，达到保护后续用电设备的安全； 所述基准电路、过欠压门限比较器为内部电路提供高精度的参考电压基准，并对输入电压幅值进行门限判断，当输入电压值达到设定的幅值后给出开启或者关断控制信号，给出欠压或过压控制信号； 所述控制逻辑电路受所述基准、过欠压门限比较器及外输入关断信号控制，并调整电荷栗电路； 所述电荷泵电路受所述控制逻辑电路控制，并根据检测的输出电压幅值进行电平转换、输出至驱动电路； 所述驱动电路存在二种工作状态: (1)关断状态:输入电压极性反接时，受所述反接电路控制，电路关断，模块呈现反接保护状态； (2)导通状态:输入电压极性正常，受所述电荷泵电路控制并驱动外部连接的一对功率MOS管导通。
2.根据权利要求1所述的一种厚膜低功耗防反接过欠压保护模块，其特征在于:所述双列直插式金属气密封装外壳选用带有6根引脚的27.1X27.1X8双列直插式平行缝焊金属夕卜壳。
3.根据权利要求2所述的一种厚膜低功耗防反接过欠压保护模块，其特征在于:所述反接保护电路、基准电路、过欠压门限比较器、控制逻辑电路、电荷泵电路、驱动电路集成在一个专有集成电路芯片内。
【文档编号】H02H3/02GK104393558SQ201410740376
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】程信羲 申请人:程信羲