电力半导体器件综合保护装置及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力半导体器件综合保护装置，应用于工业级电力半导体器件芯片封装中，真正实现不依靠外围电路，直接从芯片封装成的器件完成综合精准保护。提高了电力半导体器件的功率密度和可靠性。
【背景技术】
[0002]目前电力半导体器件主要有增强型可控硅(GT0)和高性能绝缘型晶体管(IGBT)。电力半导体器件失效、损坏主要形式有过温、短路和过压。造成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。形成电力半导体器件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等。造成电力半导体器件过压损坏的原因是母线电压上升，外来噪声(雷电浪涌)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电力半导体器件的95%以上的失效损坏范围。
[0003]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1C驱动器并不与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。
【发明内容】
[0004]本发明的目的旨在提供一种电力半导体器件综合保护装置及制备方法，以克服上述现有技术的存在缺陷。
[0005]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。
[0006]进一步，本发明提供一种电力半导体器件综合保护装置，还可以具有这样的特征:散热器为凹字型散热器。
[0007]进一步，本发明提供一种电力半导体器件综合保护装置，还可以具有这样的特征:安装基板为陶瓷覆铜板。
[0008]进一步，本发明提供一种电力半导体器件综合保护装置，还可以具有这样的特征: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。
[0009]进一步，本发明提供一种电力半导体器件综合保护装置，还可以具有这样的特征:感应PCB板设置有过电压保护电路和过温保护电路。
[0010]进一步，本发明提供一种电力半导体器件综合保护装置，还可以具有这样的特征:采用1C专用胶将器件封装。
[0011]进一步，本发明提供一种电力半导体器件综合保护装置，还可以具有这样的特征: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；调节电阻并联在电流感应传感器的线圈的两端；小型整流桥堆的输入端与线圈的两端相连，输出端与光親的输入端相连；单向触发可控娃的正极与第一输出端、光親的一个输出端相连；负极与第二输出端相连、触发极经过输出电阻与光親的另一个输出端相连。
[0012]进一步，本发明提供一种电力半导体器件综合保护装置，还可以具有这样的特征: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；压敏电阻并联在电力半导体器件上；限流电阻、双向触发二极管、发光二极管的正极串联后，与压敏电阻并联。
[0013]进一步，本发明提供一种电力半导体器件综合保护装置，还可以具有这样的特征:过温保护电路包括两个温度传感器，紧邻电力半导体器件设置。
[0014]另外，本发明提供一种电力半导体器件综合保护装置的制备方法，还可以具有这样的特征: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；至少一层感应PCB板固定在引出端子上；最后用1C专用胶封装。
【附图说明】
[0015]图1是增强型可控硅的综合保护装置的结构示意图。
[0016]图2是增强型可控硅的综合保护装置的电路图。
[0017]图3是高性能绝缘型晶体管的综合保护装置的结构示意图。
[0018]图4是高性能绝缘型晶体管的综合保护装置的电路图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
[0020]实施例一
[0021]图1是增强型可控硅的综合保护装置的结构示意图。
[0022]如图1所示，增强型可控硅的综合保护装置包括:凹字型散热器1、焊锡层2、安装基板(DBC)3、电流感应传感电路4、感应PCB板5、引出端子6、内部连线7、增强型可控硅芯片组8组成。
[0023]先把增强型可控硅芯片组8固化焊接在安装基板(DBC) 3上，可按不同功能组成单芯组、双芯组、四芯组、六芯组和七芯组。为了增强安装基板(DBC) 3的热强度，不宜多芯同用一块基板，最多不超过双芯。再把已经焊接了芯片组的安装基板(DBC)3通过中温锡浆形成的焊锡层2固定在凹字型散热器1上，能增加散热面积，提高功率密度。以增强型可控硅芯片组8的引出端子6作为支撑，把电流感应传感电路4套装于上。再可根据不同的工作要求、功能需要，制作不同的感应PCB板5，本实施例中，过电压保护电路和过温保护电路就设置在感应PCB板5上。感应PCB板5也以增强型可控硅芯片组8的引出端子6作为支撑，可多层，立体安装，本实施例中，感应PCB板5为两层，分别为过温保护电路5-1和过电压保护电路5-2。内部连线7为个电子元器件的连接线。最后用1C专用胶封装完成。
[0024]图2是增强型可控硅的综合保护装置的电路图。
[0025]如图2所示，以单个增强型可控硅芯片的电路连接进行说明，增强型可控硅芯片组8的单个GT0可控硅芯片GT0由二个单向可控硅SCR1、SCR2反向并联构成。
[0026]过温保护电路5-1包括第一温度传感器R1和第二温度传感器R2。第一温度传感器R1为PCT温度传感器，一端与第一输入端Vinl相连，另一端与增强型可控娃芯片GT0的单向可控硅SCR1的触发极相连。
[0027]第二温度传感器R2也为PCT温度传感器，一端与第二输入端Vin2相连，另一端与增强型可控硅(GT0)芯片的单向可控硅SCR2的触发极相连。第一温度传感器R1、第二温度传感器R2分别设置在单向可控硅SCR1、SCR2的上方。
[0028]过电压保护电路5-2包括:压敏电阻R3、限流电阻R4、双向触发二极管D1和发光二极管D2。
[0029]压敏电阻R3并联在增强型可控硅芯片GT0上，两端分别与二个单向可控硅SCR1、SCR2的两个输出端连接点相连。
[0030]限流电阻R4、双向触发二极管D1、发光二极管D2的正极串联后，与压敏电阻R3并联，也就是与增强型可控硅芯片GT0并联。
[0031]电流感应传感电路4包括:调节电阻R5、输出电阻R6、小型整流桥堆D3、单向触发可控硅SCR3、电流感应传感器L和光耦1C。
[0032]电流感应传感器L的线圈套在增强型可控硅芯片GT0的引出端子上即可。调节电阻R5并联在线圈的两端。小型整流桥堆D3的输入端与线圈的两端相连，输出端与光耦1C的输入端相连。单向触发可控娃SCR3的正极与第一输出端Voutl、光親1C的一个输出端相连；负极与第二输出端Vout2相连、触发极经过输出电阻R6与光耦1C的另一个输出端相连。
[0033]两个引出端子6分别与增强型可控硅芯片GT0的二个单向可控硅SCR1、SCR2的连接点相连。
[0034]增强型可控硅的综合保护电路的工作过程:
[0035]由第一输入端Vinl和第二输入端Vin2端输入一个开通或关断的控制信号，通过第一温度传感器R1、第二温度传感器R2，触发二个单向可控硅SCRUSCR2，也就是增强型可控硅芯片GT0，得到信号驱动导通或关断工作主电路，PTC温度传感器Rl、R2分别设置于二个单向可控硅SCR1、SCR2的上方，通过1C专用封装胶热传导实时芯片工作温度，使第一温度传感器R1和第二温度传感器R2的电阻值随芯片的工作温度产生相应变化。一般最高设定温度为120°C。如超过这设定温度点，单向可控硅SCR1、SCR2就关断工作主电路。这也是一个自动寻找热平衡工作电流的过程。即保证电力半导体芯片不会过热损坏，又能自动平衡找到一个最佳工作点。
[0036]过电压保护电路是由压敏电阻R3、限流电阻R4、触发二极管D1和发光二极管D2组成的特殊显示吸收电路构成，可吸收过高的电压和外部环境产生的噪声(雷电浪涌)，还有感性负载发生的关断峰值电压等。还可实时显示电力半导体器件的工作状态。
[0037]过流(短路)保护电路是由电流感应传感器L线圈套在SCR1、SCR2引出端子，可用一个，也可二个。调节电阻R5可调整电流感应传感器L的感应线圈的输出电压，通过小型整流桥堆D3得到一个直流电压，驱动光耦1C输出，通过输出电阻R6和单向触发可控硅SCR3得到一个开关信号Voutl和Vout2，这是一个强制关断信号，此信号由单向触发可控硅SCR3单向触发可控硅控制，根据此器件的工作特性得出结论，一旦发生过流(短路)状态，器件内过流(短路)保护电路启动工作后必需对控制负载停机检修，并关断输入控制信号才能工作，要有一个重启过程，确保安全。过流(短路)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，以避免可能产生过多的误动作。
[0038]实施例二
[0039]图3是高性能绝缘型晶体管的综合保护装置的结构示意图。
[0040]如图3所示，高性能绝缘型晶体管的综合保护装置包括:凹字型散热器1、焊锡层2、安装基板(DBC) 3、电流感应传感电路4、感应PCB板5、引出端子6、内部连线7、高性能绝缘型晶体管芯片组8组成。
[0041]高性能绝缘型晶体管的综合保护装置与增强型可控硅的综合保护装置的结构基本相同，不再详细描述。不同点在于该装置保护的是高性能绝缘型晶体管和输入温度保护方法略有区别，具体电路如下:
[0042]图4是高性能绝缘型晶体管的综合保护装置的电路图。
[0043]如图4所示，高性能绝缘型晶体管的综合保护装置的电路，同样由过温保护电路5-1、过电压保护电路5-2和电流感应传感电路4构成。
[0044]过温保护电路5-1包括第一温度传感器R1和第二温度传感器R2。第一温度传感器R1为PCT温