[发明专利]功率模块、电源系统、车辆及光伏系统

说明书

本申请提供一种功率模块、电源系统、车辆及光伏系统，功率模块包括第一功率半导体芯片、第一温度传感器、第一二极管芯片和第一电路板，第一功率半导体芯片具有第一输出电极；第一温度传感器位于第一功率半导体芯片内部，第一温度传感器的第一阴极与第一输出电极电连接；第一二极管芯片与第一功率半导体芯片电连接，第一二极管芯片产生反向恢复电流时在第一输出电极和第一阴极之间产生电压；第一电路板用于获取第一输出电极和第一阴极之间的第一电压差，从而获得第一二极管芯片的温度。本申请中的功率模块可精确、高速地检测第一功率半导体芯片与第一二极管芯片的温度。

技术领域

本申请涉及功率模块技术领域，特别涉及一种功率模块、电源系统、车辆及光伏系统。

背景技术

随着电力电子技术的发展，功率模块已经吸引了越来越多的关注。功率模块在工作过程中会产生热量，特别是当功率模块更加轻型化和小型化时，功率模块电流密度的增加，从而导致功率模块内部会产生较高的热量，影响功率模块整体的热机械性能和可靠性。因此，在功率模块运行时，需对功率模块进行温度的实时检测，提高功率模块运行的可靠性。功率模块通常包括功率半导体芯片和二极管芯片，现有技术中通常忽视对二极管芯片的温度检测。

发明内容

本申请提供一种可精确、高速地检测功率半导体芯片与二极管芯片温度的功率模块、电源系统、车辆及光伏系统。

第一方面，本申请提供一种功率模块，所述功率模块包括第一功率半导体芯片、第一温度传感器、第一二极管芯片和第一电路板，所述第一功率半导体芯片具有第一输出电极；所述第一温度传感器位于所述第一功率半导体芯片内部，用于检测所述第一功率半导体芯片的温度，所述第一温度传感器包括第一阴极，所述第一阴极与所述第一输出电极电连接；所述第一二极管芯片与所述第一功率半导体芯片电连接，所述第一二极管芯片产生反向恢复电流时，在所述第一输出电极和所述第一阴极之间产生电压；所述第一电路板与所述第一输出电极和所述第一阴极电连接，所述第一电路板用于获取所述第一输出电极和所述第一阴极之间的第一电压差，并根据所述第一电压差获得所述第一二极管芯片的温度。

其中，第一功率半导体芯片上设有第一栅极，用于控制第一功率半导体芯片的开通与关断，第一功率半导体芯片可以为IGBT、MOSFET或其他功率半导体芯片。在一实施方式中，第一功率半导体芯片为IGBT芯片，第一输出电极为IGBT芯片的发射极，在一实施方式中，第一功率半导体芯片为MOSFET芯片，第一输出电极为MOSFET芯片的源极。

第一温度传感器的外表面与第一功率半导体芯片的外表面电气绝缘，第一阴极与第一输出电极通过连接线电连接，以实现第一温度传感器与第一功率半导体芯片的电气连接，在一实施方式中，第一温度传感器为二极管温度传感器。在一实施方式中，第一温度传感器位于第一功率半导体芯片产生结温的主要区域，第一温度传感器越靠近IGBT芯片产生结温的主要区域，通过第一温度传感器所检测的第一温度传感器的温度越准确。

第一二极管芯片可用于保护电路，在一实施方式中，第一二极管芯片可以为FRD芯片，在其他实施方式中，第一二极管芯片也可为其他二极管芯片。第一二极管芯片正向导通时，电流从第一二极管芯片的阳极流向第一二极管芯片的阴极，当输入第一二极管芯片的电流逐渐变小至为零时，第一二极管芯片上的电流从正向导通到截止存在一个反向恢复过程，第一二极管芯片上的电流不会立刻转为零，而是先由正向的电流变到一个较大的反向的电流，此时电流从第一二极管芯片的阴极流向第一二极管芯片的阳极，该反向的电流逐渐变小，直至下降到零或者接近零的数值，这时第一二极管芯片才进入反向截止状态，电流从变为零的这部分电流称为反向恢复电流，第一二极管芯片的反向恢复电流流入第一功率半导体芯片，反向恢复电流的变化率受第一二极管芯片结温的影响，并随结温增大而减小，即反向恢复电流的变化率越小表明第一二极管芯片的温度越高，相应的，在第一输出电极和第一阴极间存在封装结构带来的寄生电感，反向恢复电流的变化率可在第一输出电极和第一阴极上产生感应电压即第一电压差。