绝缘栅双极型晶体管电路、相关应用系统和制造方法与流程

1.本发明涉及绝缘栅双极型晶体管技术领域，尤其涉及一种绝缘栅双极型晶体管电路、绝缘栅双极型晶体管应用系统以及绝缘栅双极型晶体管电路制造方法。


背景技术：

2.绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，简称igbt)作为家用电器重要的器件。绝缘栅双极型晶体管具有驱动功率小而饱和压降低的优点。由于其优越的开关性能被广泛的应用于白色家电、消费电子、电机驱动、感应加热、风能发电、光伏等领域。
3.目前，相关技术中，绝缘栅双极型晶体管构成的单管芯片一般包括一个双极型三极管和一个续流二极管。请参考图1所述，相关技术绝缘栅双极型晶体管构成的单管芯片包括双极型三极管t1和续流二极管dt。其中，所述双极型三极管t1的集电极作为所述单管芯片的第一管脚，且所述双极型三极管t1的集电极连接所述续流二极管dt的负极端；所述双极型三极管t1的基极作为所述单管芯片的第二管脚；所述双极型三极管t1的发射极作为所述单管芯片的第三管脚，且所述双极型三极管t1的发射极连接所述续流二极管dt的正极端。即所述双极型三极管t1和所述续流二极管dt并联设置。
4.然而，该单管芯片难以满足一些复杂的应用场景，特别地是现在白色家电应用方案中，为了提升生产效率与生产管理简单化，会在一套主板上兼容不同功率段方案，最常见的斩波电路高频低频驱动、空调1匹-3p主板等，而igbt单管器件在这些应用中是最常见的器件之一，如对于一些不同功率段的产品，在方案上的同位置的器件面临选型多个，增加物料型号，增加了工厂管理难度，而且导致开发周期变长，成本增高。如何实现集成化、小型化和智能化的主要途径，为提升器件产品的灵活应用，简化开发商的方案的器件选型，尤其是解决了方案的续流二极管选型的问题，从而实现根据不同的功率或电流规格等级去自由选择并联续流二极管是一个需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种可选择并联不同型号的续流二极管且应用范围广的绝缘栅双极型晶体管电路、绝缘栅双极型晶体管应用系统以及绝缘栅双极型晶体管电路制造方法。
6.为达此目的，第一方面，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供一种绝缘栅双极型晶体管电路，所述绝缘栅双极型晶体管电路包括三极管、反相器、第一续流二极管、第二续流二极管、第一晶体管以及第二晶体管；
8.所述三极管的集电极作为所述绝缘栅双极型晶体管电路的第一管脚端，且所述三极管的集电极分别连接至所述第一续流二极管的负极端和所述第二续流二极管的负极端；
9.所述三极管的基极作为所述绝缘栅双极型晶体管电路的第二管脚端；
10.所述三极管的发射极作为所述绝缘栅双极型晶体管电路的第三管脚端，且所述三
极管的发射极分别连接至所述第一晶体管的源极和所述第二晶体管的源极；
11.所述反相器的正极端作为所述绝缘栅双极型晶体管电路的第四管脚端，且所述反相器的正极端连接至所述第一晶体管的栅极；所述第一晶体管的漏极连接至所述第一续流二极管的正极端；
12.所述反相器的负极端连接至所述第二晶体管的栅极；所述第二晶体管的源极连接至所述第二续流二极管的正极端。
13.更进一步地，所述第一晶体管和所述第二晶体管均为nmos晶体管。
14.更进一步地，所述绝缘栅双极型晶体管电路还包括走线层，所述三极管、所述反相器、所述第一续流二极管、所述第二续流二极管、所述第一晶体管以及所述第二晶体管均通过与所述走线层焊接实现电连接。
15.第二方面，本发明还采用以下技术方案：
16.本发明还提供一种绝缘栅双极型晶体管应用系统，所述绝缘栅双极型晶体管应用系统包括输入信号逻辑电路、驱动电路、发射级电流检测电路、二极管通道控制信号端电路、感性负载以及如本发明提供的上述的绝缘栅双极型晶体管电路；
17.所述输入信号逻辑电路用于接收外部电路主控板的pwm控制信号，并根据所述pwm控制信号进行逻辑运算产生用于控制所述绝缘栅双极型晶体管电路的工作开关频率的逻辑控制信号；
18.所述驱动电路用于接收所述逻辑控制信号并根据所述逻辑控制信号产生用于驱动所述绝缘栅双极型晶体管电路的驱动信号；
19.所述发射级电流检测电路用于实时检测所述绝缘栅双极型晶体管电路的工作电流，以反馈到外部电路主控板的处理器；
20.所述二极管通道控制信号端电路用于输出二极管通道控制信号至所述绝缘栅双极型晶体管电路，以使得所述绝缘栅双极型晶体管电路中的所述三极管选择与所述第一续流二极管并联或所述第二续流二极管并联；
21.所述感性负载用于实现所述绝缘栅双极型晶体管电路驱动控制；
22.所述绝缘栅双极型晶体管电路的第一管脚端连接至所述感性负载的输入端；
23.所述绝缘栅双极型晶体管电路的第二管脚端连接至所述驱动电路的输出端；
24.所述绝缘栅双极型晶体管电路的第三管脚端连接至所述发射级电流检测电路的输入端；
25.所述绝缘栅双极型晶体管电路的第四管脚端连接至所述二极管通道控制信号端电路的输入端。
26.第三方面，本发明还采用以下技术方案：
27.本发明还提供一种绝缘栅双极型晶体管电路制造方法，该方法应用于绝缘栅双极型晶体管芯片和与所述绝缘栅双极型晶体管芯片连接的驱动芯片，所述绝缘栅双极型晶体管芯片包括如本发明提供的上述的绝缘栅双极型晶体管电路，所述绝缘栅双极型晶体管电路制造方法包括如下步骤：
28.步骤s1、在工装盒子内安装铝基板；
29.步骤s2、将安装所述铝基板后的所述工装盒子进行等离子清洗；
30.步骤s3、将所述铝基板印刷锡膏；
31.步骤s4、将所述绝缘栅双极型晶体管芯片通过涂锡膏后粘贴在散热片上；
32.步骤s5、将所述驱动芯片粘贴于所述绝缘栅双极型晶体管芯片远离所述散热片一侧，并与所述绝缘栅双极型晶体管芯片共同组成叠片功率器件组；
33.步骤s6、将所述叠片功率器件组与所述铝基板进行回流焊接固定，再将所述叠片功率器件组通过扫描进行检查；
34.步骤s7、根据预设的成品打线图对所述叠片功率器件组依次进行细铝线焊接打线和粗铝线焊接打线并产生半成品；
35.步骤s8、根据预设的器件打线图纸同时将半成品通过扫描进行检查；
36.步骤s9、将所述半成品依次进行包封、固化整平以及激光刻字并形成成品；
37.步骤s10、将所述成品进行成品测试。
38.更进一步地，所述步骤s9中，所述包封为塑封。
39.更进一步地，所述步骤s10中，所述成品测试为电参数测试。
40.本发明的有益效果：本发明中，通过采用在所述绝缘栅双极型晶体管电路中增加所述第一续流二极管和所述第二续流二极管，并增加所述反相器，且所述反相器的正极端作为所述绝缘栅双极型晶体管电路的第四管脚端。该结构可以在所述绝缘栅双极型晶体管电路中通过所述第四管脚端的输入信号进行控制，使得所述绝缘栅双极型晶体管电路中选择所述第一续流二极管与所述三极管并联，还是选择所述第二续流二极管与所述三极管并联，从而实现输出不同性能要求的续流作用，进一步解决了续流二极管选型的问题，从而实现根据不同的功率或电流规格等级去自由选择并联不同型号的续流二极管。因此，本发明的绝缘栅双极型晶体管电路、绝缘栅双极型晶体管应用系统以及绝缘栅双极型晶体管电路制造方法具有可选择并联不同型号的续流二极管且应用范围广的优点。
附图说明
41.图1是相关技术绝缘栅双极型晶体管构成的单管芯片的电路原理图；
42.图2是本发明绝缘栅双极型晶体管电路的电路原理图；
43.图3是本发明绝缘栅双极型晶体管电路的版图；
44.图4是本发明绝缘栅双极型晶体管应用系统的模块结构图；
45.图5是本发明绝缘栅双极型晶体管电路制造方法的流程框图。
具体实施方式
46.下面将结合具体实施例对本发明进行详细说明。
47.本发明提供一种绝缘栅双极型晶体管电路100。
48.参阅图2，图2是本发明绝缘栅双极型晶体管电路100的电路原理图。
49.具体的，所述绝缘栅双极型晶体管电路100包括三极管q1、反相器tx、第一续流二极管d1、第二续流二极管d2、第一晶体管q2以及第二晶体管q3。
50.本实施例中，所述三极管q1为双极型三极管。
51.本实施例中，所述第一晶体管q2和所述第二晶体管q3均为nmos晶体管。所述第一晶体管q2和所述第二晶体管q3在本实施例中作为开关管使用。当然，不限于此，所述第一晶体管q2和所述第二晶体管q3均为pmos晶体管或者其他开关器件也是可以的。
52.所述绝缘栅双极型晶体管电路100的电路连接关系为：
53.所述三极管q1的集电极作为所述绝缘栅双极型晶体管电路100的第一管脚端pin1。且所述三极管q1的集电极分别连接至所述第一续流二极管d1的负极端和所述第二续流二极管d2的负极端。
54.所述三极管q1的基极作为所述绝缘栅双极型晶体管电路100的第二管脚端pin2。
55.所述三极管q1的发射极作为所述绝缘栅双极型晶体管电路100的第三管脚端pin3。且所述三极管q1的发射极分别连接至所述第一晶体管q2的源极和所述第二晶体管q3的源极。
56.所述反相器tx的正极端作为所述绝缘栅双极型晶体管电路100的第四管脚端pin4。且所述反相器tx的正极端连接至所述第一晶体管q2的栅极。所述第一晶体管q2的漏极连接至所述第一续流二极管d1的正极端。
57.所述反相器tx的负极端连接至所述第二晶体管q3的栅极。所述第二晶体管q3的源极连接至所述第二续流二极管d2的正极端。
58.所述绝缘栅双极型晶体管电路100的电路工作原理为：
59.所述绝缘栅双极型晶体管电路100通过反相器tx、第一晶体管q2以及第二晶体管q3组成控制开关组件，并根据所述第四管脚端pin4的输入信号进行控制，使得所述绝缘栅双极型晶体管电路100中选择所述第一续流二极管d1与所述三极管q1并联，还是选择所述第二续流二极管d2与所述三极管q1并联。所述第四管脚端pin4的输入信号进行控制通道信号去自由选择，通过所述控制开关组件对续流二极管进行并联，可实现续流二极管的多种并联方式，能使所述绝缘栅双极型晶体管电路100的性能得到更大的发挥作用。请参考下表1所示：
[0060][0061]
表1、绝缘栅双极型晶体管电路100逻辑真值表
[0062]
参阅图3，图3是本发明绝缘栅双极型晶体管电路100的版图。本实施例中，所述绝缘栅双极型晶体管电路100还包括走线层101、绝缘层102以及铝基板103。所述绝缘层102为环氧树脂制成的绝缘层。
[0063]
本实施例中，所述铝基板103为具有铝合金材料的印刷线路板。
[0064]
所述三极管q1、所述反相器tx、所述第一续流二极管d1、所述第二续流二极管d2、所述第一晶体管q2以及所述第二晶体管q3均通过与所述走线层101焊接实现电连接，然后继续回流清洗，烘干之后进行绑定电气链接跳线，完成后塑封，最后切筋成型，进行电参数测试。其中，所述绝缘栅双极型晶体管电路100的引脚端子可以设计成dip型或者sop型，便
于smt安装。与相关技术相比，所述绝缘栅双极型晶体管电路100通过设置走线层101、绝缘层102以及铝基板103，不需要相关技术的铜框架架构，使得本发明绝缘栅双极型晶体管电路100封装更灵活，有效提升产品适普性，可以满足客户的多种应用场景需求。
[0065]
本发明还提供一种绝缘栅双极型晶体管应用系统200。
[0066]
参阅图4，图4是本发明绝缘栅双极型晶体管应用系统200的模块结构图。
[0067]
具体的，所述绝缘栅双极型晶体管应用系统200包括输入信号逻辑电路300、驱动电路301、发射级电流检测电路302、二极管通道控制信号端电路303、感性负载305以及所述绝缘栅双极型晶体管电路100。
[0068]
所述绝缘栅双极型晶体管应用系统200的连接关系为：
[0069]
所述输入信号逻辑电路300用于接收外部电路主控板的pwm控制信号。并根据所述pwm控制信号进行逻辑运算产生用于控制所述绝缘栅双极型晶体管电路100的工作开关频率的逻辑控制信号。
[0070]
所述驱动电路301用于接收所述逻辑控制信号并根据所述逻辑控制信号产生用于驱动所述绝缘栅双极型晶体管电路100的驱动信号。
[0071]
所述发射级电流检测电路302用于实时检测所述绝缘栅双极型晶体管电路100的工作电流。以反馈到外部电路主控板的处理器。
[0072]
所述二极管通道控制信号端电路303用于输出反相器tx通道控制信号至所述绝缘栅双极型晶体管电路100。以使得所述绝缘栅双极型晶体管电路100中的所述三极管q1选择与所述第一续流二极管d1并联或所述第二续流二极管d2并联。
[0073]
所述感性负载305用于实现所述绝缘栅双极型晶体管电路100驱动控制。
[0074]
所述绝缘栅双极型晶体管电路100的第一管脚端pin1连接至所述感性负载305的输入端。
[0075]
所述绝缘栅双极型晶体管电路100的第二管脚端pin2连接至所述驱动电路301的输出端。
[0076]
所述绝缘栅双极型晶体管电路100的第三管脚端pin3连接至所述发射级电流检测电路302的输入端。
[0077]
所述绝缘栅双极型晶体管电路100的第四管脚端pin4连接至所述二极管通道控制信号端电路303的输入端。
[0078]
其中，所述绝缘栅双极型晶体管应用系统200的工作原理为：
[0079]
所述输入信号逻辑电路300的作用为：外部电路主控板的处理器mcu输出pwm控制信号后，给所述驱动电路301的hvic芯片后，通过hvic的控制所述绝缘栅双极型晶体管电路100的开关动作，从而可以控制所述绝缘栅双极型晶体管电路100的工作开关频率。
[0080]
所述的驱动电路301为一种hivc控制芯片或者光耦驱动器，其用于接收muc的pwm信号，对所述绝缘栅双极型晶体管电路100进行实时驱动输出控制，而且能有效控制功率管的开关速度，使其更安全可靠。
[0081]
所述发射级电流检测电路302的作用为：其作为所述绝缘栅双极型晶体管电路100的工作电流信号控制端，在所述绝缘栅双极型晶体管电路100的开关工作输出时，为了防止所述绝缘栅双极型晶体管电路100由于过流情况导致损坏，对实时驱动输出工的作电流进行采样，然后反馈到外部的主控板的处理器mcu。
[0082]
所述二极管通道控制信号端电路303的作用为：当所述绝缘栅双极型晶体管电路100工作时候，用户可以根据自己的应用需求，对其设置高低控制电平信号控制，可以自由选择内部的续流二极管与三极管晶体管进行并联，从而起到输出不同性能要求的续流作用，可以使得igbt性能更佳、更出色。
[0083]
所述感性负载305的作用为：其作为终端的负载控制部分，所述绝缘栅双极型晶体管电路100的晶体管工作时输出的能量负载消耗与工作输出，最终实现驱动控制功能。
[0084]
本发明还提供一种绝缘栅双极型晶体管电路制造方法。
[0085]
参阅图5，图5是本发明绝缘栅双极型晶体管电路制造方法的流程框图。
[0086]
本发明绝缘栅双极型晶体管电路制造方法应用于绝缘栅双极型晶体管芯片和与所述绝缘栅双极型晶体管芯片连接的驱动芯片。
[0087]
所述绝缘栅双极型晶体管芯片包括所述绝缘栅双极型晶体管电路100。
[0088]
所述绝缘栅双极型晶体管电路100制造方法包括如下步骤：
[0089]
步骤s1、在工装盒子内安装铝基板。
[0090]
本实施例中，所述铝基板为具有铝合金材料的印刷线路板。铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板，一般单面板由三层结构所组成，分别是电路层(铜箔)、绝缘层和金属基层。用于高端使用的也有设计为双面板，结构为电路层、绝缘层、铝基、绝缘层、电路层。极少数应用为多层板，可以由普通的多层板与绝缘层、铝基贴合而成。ims铝基板就是pcb，也是印刷线路板的意思，只是线路板的材料是铝合金。
[0091]
步骤s2、将安装所述铝基板后的所述工装盒子进行plasma等离子清洗。
[0092]
步骤s3、将所述铝基板印刷锡膏。
[0093]
步骤s4、将所述绝缘栅双极型晶体管芯片通过涂锡膏后粘贴在散热片上。
[0094]
步骤s5、将所述驱动芯片粘贴于所述绝缘栅双极型晶体管芯片远离所述散热片一侧。并与所述绝缘栅双极型晶体管芯片共同组成叠片功率器件组。
[0095]
步骤s6、将所述叠片功率器件组与所述铝基板进行回流焊接固定。再将所述叠片功率器件组通过扫描进行检查。
[0096]
步骤s7、根据预设的成品打线图对所述叠片功率器件组依次进行细铝线焊接打线和粗铝线焊接打线并产生半成品。
[0097]
步骤s8、根据预设的器件打线图纸同时将半成品通过扫描进行检查。
[0098]
步骤s9、将所述半成品依次进行包封、固化整平以及激光刻字并形成成品。
[0099]
本实施例中，所述包封为塑封。当然不限于此，通过环氧树脂包裹或者其他绝缘材料塑形也是可以。
[0100]
步骤s10、将所述成品进行成品测试。
[0101]
本实施例中，所述成品测试为电参数测试。当然，不限于此，芯片或者器件的成品测试项都可以根据产品性能和功能要求进行选择，例如可靠性测试等。
[0102]
需要指出的是，本发明的实施例中的三极管、反相器、续流二极管和相关芯片均为本领域常用的器件和芯片，具体的型号和性能根据实际设计进行选择，在此，不作详细赘述。
[0103]
本发明的有益效果：本发明中，通过采用在所述绝缘栅双极型晶体管电路100中增加所述第一续流二极管d1和所述第二续流二极管d2，并增加所述反相器tx，且所述反相器
tx的正极端作为所述绝缘栅双极型晶体管电路100的第四管脚端pin4。该结构可以在所述绝缘栅双极型晶体管电路100中通过所述第四管脚端pin4的输入信号进行控制，使得所述绝缘栅双极型晶体管电路100中选择所述第一续流二极管d1与所述三极管q1并联，还是选择所述第二续流二极管d2与所述三极管q1并联，从而实现输出不同性能要求的续流作用，进一步解决了续流二极管选型的问题，从而实现根据不同的功率或电流规格等级去自由选择并联不同型号的续流二极管。因此，本发明的绝缘栅双极型晶体管电路100、绝缘栅双极型晶体管应用系统200以及绝缘栅双极型晶体管电路制造方法具有可选择并联不同型号的续流二极管且应用范围广的优点。
[0104]
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。