一种集成双向升降压功能的八合一IGBT模块制造技术

本发明专利技术涉及一种集成双向升降压功能的八合一IGBT模块，所述IGBT模块内封装有八个单元T1~T8；每个单元包含反并联的一个IGBT芯片和一个FWD芯片；每两个相互串联的单元分为一组，各组之间相互并联；其中，这八个单元T1~T8被进一步分成：第一部分，包含三组共六个单元T1~T6，其连接构成一个三相全桥电路；第二部分，包含剩余的一组两个串联的单元T7~T8，其与IGBT模块的外部器件连接构成一个Buck‑Boost升降压转换电路。本发明专利技术集成了升降压、逆变和整流功能，集成度高、可靠性高，能够有效降低封装成本。本发明专利技术应用于电动汽车领域时，可实现电池经升压逆变后驱动电机，向外部用电设备供电，刹车时向电池馈电，电网经整流后向电池充电的功能。

Eight in one IGBT module with bidirectional lifting and pressing function

The invention relates to a eight in one IGBT module integrated with bi-directional lifting and pressure function. The IGBT module is encapsulated with eight unit T1~T8; each unit contains an anti parallel IGBT chip and a FWD chip; each unit is divided into one group, and each group is connected to each other; among them, these eight units T1~T8 are entered into one. Step split: the first part, including three groups of six units T1~T6, the connection constitutes a three-phase full bridge circuit; the second part, including the remaining group of two series of unit T7~T8, which is connected to the external devices of the IGBT module to form a Buck Boost lifting voltage conversion circuit. The invention integrates the functions of lifting, inversion and rectification, with high integration and high reliability, and can effectively reduce the cost of packaging. When the invention is applied to the field of electric vehicles, the electric motor can be driven by the inverter, and the electric power supply is supplied to the external electric equipment, the battery is fed to the battery when the brake is brake, and the power grid is charged to the battery after the power grid is rectified.

【技术实现步骤摘要】
一种集成双向升降压功能的八合一IGBT模块
本专利技术涉及一种集成双向升降压（Buck-Boost）功能的八合一IGBT模块，适用于电动汽车领域。
技术介绍
IGBT模块是将IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管）芯片与FWD（FreewheelingDiode，续流二极管）芯片通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。图1中示出了一种现有的六合一IGBT模块400的原理拓扑图，其中包含六个IGBT芯片和六个FWD芯片。传统的车载电机控制器通常使用这种六合一IGBT模块来实现逆变功能，将电池中储存的直流电转换成交流电以驱动电机，从而带动电动汽车行驶。然而，因电池电压存在较大波动，容易导致IGBT关断尖峰电压超过其耐压而损坏，影响DC电容寿命，同时也对电机温升，绝缘寿命造成影响。此外，车载电机控制器往往需要在六合一IGBT模块外部，再配备与之分离的另一个IGBT模块或其他类似器件，来实现升降压等功能。这样两种不同的IGBT模块各自独立封装，将导致整个车载电机控制器的结构过于复杂，所需的安装空间庞大，难以满足高集成度和高可靠性的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种八合一IGBT模块，集成升降压、逆变和整流功能，具有集成度高、可靠性高，同时可降低系统成本的特点，能够满足IGBT模块在电动汽车领域中的应用要求。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供一种集成双向升降压功能的八合一IGBT模块，所述IGBT模块内封装有八个单元T1~T8；每个单元包含反并联的一个IGBT芯片和一个FWD芯片；每两个相互串联的单元分为一组，各组之间相互并联；其中，这八个单元T1~T8被进一步分成：第一部分，包含三组共六个单元T1~T6，其连接构成一个三相全桥电路；第二部分，包含剩余的一组两个串联的单元T7~T8，其与IGBT模块的外部器件连接构成一个Buck-Boost升降压转换电路。优选地，所述IGBT模块设置有绝缘基板；所述绝缘基板的上表面具有加工成布线图案的第一金属层；一个单元或多个单元的IGBT芯片及FWD芯片，分别焊接至所述绝缘基板的第一金属层上的预定位置，使得任意一个芯片的底部电极能够通过布线图案，与同一芯片或不同芯片的底部电极进行电性连接或在电路上分开。任意一个芯片的顶部电极能够通过键接的绑定线或金属片，与同一芯片或不同芯片的顶部电极进行电性连接，或者与同一芯片或不同芯片的底部电极所在的布线图案的预定位置电性连接；任意一个芯片的底部电极所在的布线图案的预定位置或任意一个芯片的顶部电极，能够通过键接的绑定线与所述IGBT模块设置的引脚端电性连接，进而与电性连接至所述引脚端的外部器件，或与电性连接至所述引脚端的被该IGBT模块封装的内部元件实现电性连接。优选地，所述绝缘基板的下表面具有第二金属层，安装有IGBT芯片及FWD芯片的绝缘基板，通过第二金属层焊接至散热器的基座，将任意一个芯片产生的热量传导到暴露在IGBT模块以外的该散热器进行发散。优选地，IGBT芯片及FWD芯片与第一金属层之间、第二金属层与散热器的基座之间，通过锡-锑焊锡进行焊接。优选地，所述IGBT模块设置有树脂的壳体，将被IGBT模块封装的内部元件收纳在其中；所述壳体及覆盖在其上方的盖板，连接构成封装该IGBT模块的封闭空间；所述封闭空间内填充有硅凝胶或环氧树脂；所述引脚端布置在壳体处，一端插入到壳体内部来连接被IGBT模块封装的内部元件，另一端延伸到壳体外部来连接外部器件。优选地，第一部分中与三组各自的N极、P极节点相连接的该第一部分共用的N极、P极节点，与引脚端N1、P1相应电性连接；所述第二部分的N极、P极节点与引脚端N2、P2相应电性连接；第一电容C1并联在所述引脚端N1、P1之间，也并联在所述引脚端N2、P2之间；所述引脚端P1、P2分别通过第一开关S1连接至电池的直流端的正极；所述引脚端N1、N2分别连接至电池的直流端的负极；所述第一部分的三组共六个单元T1~T6中，与各组的中间电位点相应电性连接的引脚端Z1~Z3，引出到IGBT模块外并连接至电机的三相输入端的第三开关；所述第二部分的一组的中间电位点，通过第一电感L1及第二开关S2连接至电池的直流端的正极；第二电容C2连接在第一电感L1及第二开关S2的连接点与电池的直流端的负极之间；电池直流端输出的电力通过Buck-Boost升降压转换电路升压后充入第一电容C1中，再从第一电容C1充入到由第一部分构成的三相全桥逆变电路中进行逆变后，输出至电机对其进行驱动；每组两个串联的单元中，一个单元的IGBT芯片的集电极与FWD芯片的阴极的连接点，为该组的P极节点；该单元的IGBT芯片的发射极及FWD芯片的阳极与该组中另一单元IGBT芯片的集电极与FWD芯片的阴极的连接点，称为该组的中间电位点；该另一单元的IGBT芯片的发射极与FWD芯片的阳极的连接点，为该组的N极节点。优选地，所述IGBT模块进一步通过放电拓扑结构连接至充放电装置J1，使得电池的直流端输出的电力通过Buck-Boost升降压转换电路、第一电容C1、第一部分构成的三相全桥逆变电路后，通过该放电拓扑结构输送至充放电装置J1，为连接在充放电装置J1上的负载供电；其中，与所述第一部分各组的中间电位点相应电性连接的引脚端Z1~Z3，在对应连接三个第二电感L2-1、L2-2、L2-3后，进一步与所述放电拓扑结构包含的三个第一电阻R1-1、R1-2、R1-3及三个第四开关S4-1、S4-2、S4-3连接，再通过所述放电拓扑结构连接三个第二电阻R2-1、R2-2、R2-3后连接至充放电装置J1的ABC端。优选地，所述IGBT模块进一步通过充电拓扑结构连接至充放电装置J1，使得连接在充放电装置J1上的交流电电源或刹车状态下的动能回收系统，通过该充电拓扑结构连接至构成三相全桥整流电路的第一部分，再通过Buck-Boost升降压转换电路降压后，输送至电池对其进行充电；其中，与所述第一部分各组的中间电位点相应电性连接的引脚端Z1~Z3，在对应连接三个第二电感L2-1、L2-2、L2-3后，进一步与充电拓扑结构的三个第五开关S5连接，再通过所述放电拓扑结构连接三个第二电阻R2-1、R2-2、R2-3后连接至充放电装置J1的ABC端。优选地，与所述第一部分各组的中间电位点相应电性连接的引脚端Z1~Z3，通过三个第三电容C3-1、C3-2、C3-3及三个第六开关S6-1、S6-2、S6-3后接地构成滤波电路。综上所述，本专利技术将八个单元的IGBT芯片及FWD芯片封装在同一个模块中，因而在该模块中集成了双向Buck-Boost升降压功能，从而有效控制电池电压，减小电压波动。在IGBT模块内部优选采用铜绑定线和强度更高的Sn-Sb焊锡，使可靠性更好。通过将IGBT模块内部绝缘基板直接焊接在散热器上，实现IGBT模块自带散热器的结构，集成度高，密封性好，并提升了散热性能。利用本专利技术所述八合一IGBT模块的双向逆变充放电功能，可实现电动汽车电池经升压逆变后驱动电机，向外部用电设备供电，刹车时动能回收装置向电池馈电，电网经整流后向电池充电，等等。为满足汽车用高功率密度和高可靠性要求，在IGBT芯片方面可使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成双向升降压功能的八合一IGBT模块，其特征在于，所述IGBT模块内封装有八个单元T1~T8；每个单元包含反并联的一个IGBT芯片和一个FWD芯片；每两个相互串联的单元分为一组，各组之间相互并联；其中，这八个单元T1~T8被进一步分成：第一部分，包含三组共六个单元T1~T6，其连接构成一个三相全桥电路；第二部分，包含剩余的一组两个串联的单元T7~T8，其与IGBT模块的外部器件连接构成一个Buck‑Boost升降压转换电路。

【技术特征摘要】
1.一种集成双向升降压功能的八合一IGBT模块，其特征在于，所述IGBT模块内封装有八个单元T1~T8；每个单元包含反并联的一个IGBT芯片和一个FWD芯片；每两个相互串联的单元分为一组，各组之间相互并联；其中，这八个单元T1~T8被进一步分成：第一部分，包含三组共六个单元T1~T6，其连接构成一个三相全桥电路；第二部分，包含剩余的一组两个串联的单元T7~T8，其与IGBT模块的外部器件连接构成一个Buck-Boost升降压转换电路。2.如权利要求1所述的八合一IGBT模块，其特征在于，所述IGBT模块设置有绝缘基板；所述绝缘基板的上表面具有加工成布线图案的第一金属层；一个单元或多个单元的IGBT芯片及FWD芯片，分别焊接至所述绝缘基板的第一金属层上的预定位置，使得任意一个芯片的底部电极能够通过布线图案，与同一芯片或不同芯片的底部电极进行电性连接或在电路上分开。3.如权利要求2所述的八合一IGBT模块，其特征在于，任意一个芯片的顶部电极能够通过键接的绑定线或金属片，与同一芯片或不同芯片的顶部电极进行电性连接，或者与同一芯片或不同芯片的底部电极所在的布线图案的预定位置电性连接；任意一个芯片的底部电极所在的布线图案的预定位置或任意一个芯片的顶部电极，能够通过键接的绑定线与所述IGBT模块设置的引脚端电性连接，进而与电性连接至所述引脚端的外部器件，或与电性连接至所述引脚端的被该IGBT模块封装的内部元件实现电性连接。4.如权利要求3所述的八合一IGBT模块，其特征在于，所述绝缘基板的下表面具有第二金属层，安装有IGBT芯片及FWD芯片的绝缘基板，通过第二金属层焊接至散热器的基座，将任意一个芯片产生的热量传导到暴露在IGBT模块以外的该散热器进行发散。5.如权利要求4所述的八合一IGBT模块，其特征在于，IGBT芯片及FWD芯片与第一金属层之间、第二金属层与散热器的基座之间，通过锡-锑焊锡进行焊接。6.如权利要求3所述的八合一IGBT模块，其特征在于，所述IGBT模块设置有树脂的壳体，将被IGBT模块封装的内部元件收纳在其中；所述壳体及覆盖在其上方的盖板，连接构成封装该IGBT模块的封闭空间；所述封闭空间内填充有硅凝胶或环氧树脂；所述引脚端布置在壳体处，一端插入到壳体内部来连接被IGBT模块封装的内部元件，另一端延伸到壳体外部来连接外部器件。7.如权利要求1~6中任意一项所述的八合一IGBT模块，其特征在于，第一部分中与三组各自的N极、P极节点相连接的该第一部分共用的N极、P极节点，与引脚端N1、P1相应电性连接；所述第二部分的N极、P极节点与引脚端N2、P2相应电性连接；第一电容C1并联在所述引脚端N1、P1之间，也并联在所述引脚端N2、P2之间；所述引脚端P1、P2分别通过第一开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊，
申请(专利权)人：富士电机中国有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31