[发明专利]一种功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种功率模块

背景技术

功率模块是功率电子电力器件如金属氧化物半导体(功率MOS管)、绝缘栅型场效应晶体管(IGBT)，快恢复二极管(FRD)按一定的功能组合封装成的电力开关模块，其主要用于电动汽车，风力发电，工业变频等各种场合下的功率转换。

电动汽车的电机驱动电路通常包括三组分别具有上下桥臂的功率模块，图1为现有的一种功率模块的电路示意图，其示出的是一组具有上下桥臂的功率模块的电路示意图，其包括：作为上桥臂的绝缘栅型场效应晶体管Z1，以及与其反向并联的快恢复二极管D1，作为下桥臂的绝缘栅型场效应晶体管Z2，以及与其反向并联的快恢复二极管D2，其中绝缘栅型场效应晶体管Z1的集电极连接功率模块的正极p+，其发射极连接缘栅型场效应晶体管Z2的集电极，缘栅型场效应晶体管Z2的发射极连接功率模块的负极p-，绝缘栅型场效应晶体管Z1的发射极和Z2的集电极共同连接功率模块的输出端子。在实际应用中，通常使用三组该功率模块来为电机提供三相交流电；在此仅以一组功率模块的电路示意图来说明其工作原理：当绝缘栅型场效应晶体管Z1接通时，电流依次经功率模块的正极p+、绝缘栅型场效应晶体管Z1的集电极、发射极、功率模块输出端子OUTPUT输出至电机；当绝缘栅型场效应晶体管Z1关断时，由于电机为感性负载，为保证电流流向不变，续流电流需经其它组的功率模块经该功率模块的负极p-、二极管D2、功率模块输出端子OUTPUT输出至电机。

在某些较小功率的应用下，功率模块中的电子器件也可以采用功率MOS管，图2是另一种功率MOS管模块的电路示意图，其包括：作为上桥臂的功率MOS管M1、作为下桥臂的功率MOS管M2、其中功率MOS管M1的漏极连接功率模块的正极p+，功率MOS管M1的源极连接功率MOS管M2的漏极，功率MOS管M2的源极连接功率模块的负极p-，功率MOS管M1的源极和功率MOS管M2的漏极共同连接接功率模块的输出端子，其工作原理与采用绝缘栅型场效应晶体管的模块类似，其两者之间的区别主要在于功率MOS管内置反向二极管，因此不需要并联反向二极管。另外，逆导型IGBT与功率MOS有相同的结构和功能，由于内置二极管，不需反向并联二极管，模块设计及结构与功率MOS相似，在此不再赘述。

在实际应用中，为了增大功率模块的过流能力，其上下桥臂通常采用多个电力器件并联的形式，图3是现有的一种功率模块的结构图；其包括底板1，上桥臂绝缘基板2和下桥臂绝缘基板3，上桥臂芯片组4，，下桥臂芯片组5，正电极6，负电极7，输出电极8，其中绝缘基板2和3上表面均设有导电层，其中上桥臂芯片组4包括四个功率MOS管，均设置于上桥臂绝缘基板2的导电层上，且上桥臂的四个功率MOS管的漏极均分别与导电层连接，导电层通过导电邦线与正电极6连接，源极均分别通过导电邦线与输出电极8连接；下桥臂芯片组5也包括四个功率MOS管，均设置于下桥臂绝缘基板的导电层上，且下桥臂的四个功率MOS管的漏极均分别与下桥臂绝缘基板的导电层连接，源极均分别通过导电邦线与负电极7连接，下桥臂绝缘基板的导电层通过导电邦线分别连接上桥臂四个功率MOS管的源极。工作时：上桥臂的功率MOS管栅极接受控制信号接通，电流I1从正极经正电极6、上桥臂绝缘基板通过电流导电层、上桥臂功率MOS管的漏极、源极以及导电邦线传输至输出电极8；续流时，电流I2经负电极7、导电邦线、下桥臂的功率MOS管并联二极管的正极、下桥臂的功率MOS管并联二极管的负极、下桥臂绝缘基板通过电流导电层、导电邦线、上桥臂功率MOS管的源极、导电邦线传输至输出电极8。此一方案有几块半导体开关并联，模块的开关损耗大，可靠性低。

发明内容