具有反极性保护的电源模块制造技术

本发明专利技术涉及具有反极性保护的电源模块，具体来说，提供了可封装为电源模块的电源操控电路及操作这种电路和模块中的半导体器件的方法。一种示例性电路包括接收电源的电源端子、第一半导体器件、第一驱动电路和第二驱动电路。当在电源端子接收到的电源具有正极性时，第一驱动电路根据所需的电路功能向第一半导体器件提供驱动信号，并且当在电源端子接收到的电源具有负极性时，第一驱动电路停止提供驱动信号。在负极性状态期间，第二驱动电路向第一半导体器件提供使其主电流传导路径导电的驱动信号，从而减少了在器件的寄生路径中的电能损耗，并可选地使为电路提供电力的电路中的熔断器熔断。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及 一种电源模块，更具体地，涉及一种具有反极性保护的电源模块。
技术介绍
为了使汽车更节能，汽车制造商越来越需要将智能电力电子器件集成于汽车中。一个这种示例是传统的液压泵和助力活塞由协助汽车转向机构的电机替代的电动助力转向系统。该电机响应于通过驾驶杆中的传感器检测到的由驾驶员施加至方向盘的扭矩所产生的信号。电机只有当传感器确定需要帮助时才会施力，从而节约了能量。另外，协助力的大小可以随着车速的增加而减少。与传统的液压泵和活塞系统相比，这些特征显著地减少了能量消耗。类似地，传统水泵和冷却风扇可以用由智能电子器件驱动的电机等同物替代。另外，汽车中更高的电压电力系统的使用推动着用更高效的电机等同物替代传统的空调压缩机的可行性。
技术实现思路
作为创作其专利技术的一部分，专利技术人意识到上述应用中驱动电机的电源模块需要在各种工作状态下运行，包括其中汽车技术人员因疏忽将至汽车电池或电机模块的连接相反的比较少见的情况。这种相反连接可能发生于安装新电池或新电机模块时。该相反连接导致施加至汽车的电力系统或电极模块的是反向的电源极性或负极性。专利技术人还意识到当出现负极性状态时在这种电机模块的电源模块中所使用的功率晶体管会处于它们的不导电状态，功率晶体管具有寄生体二极管，而寄生体二极管可传导的电流的幅度足以通过电阻发热效应损坏晶体管。与传统的整流器不同的是，这些体二极管具有相对较高的电压降和闻的寄生串联电阻。还是作为创作其专利技术的一部分，专利技术人意识到通过专利技术可以安装在电池和汽车电力系统之间的、能在反向条件下断开连接的“智能开关”并使汽车制造商将这种智能开关安装在所有新车中来解决这个问题。然而，这种方法具有许多的缺点。第一，这种智能开关会将可使效率降低的电压降引入系统中。第二，智能开关需要复杂的设计才能够通过发电机对电池充电。第三，这是一个昂贵的解决方案，因为它必须被设计为能操纵几百安培(比普通的继电器昂贵得多，而继电器又存在可靠性问题)。第四，这种系统不适用于不具有这种智能开关的旧车辆的零部件售后配换。第五，智能开关不能解决安装时发生的至电机模块的反向连接问题。该问题的另一个可行解决方案是在电源模块和电池的正供给端之间连接整流器或晶体管。然而，除了复杂的设计使发电机对电池充电外，这种解决方案也具有上述相同的缺点。与之相比，本专利技术者采用了将电源模块配置为当出现反向极性状态时使功率晶体管(其是半导体器件)进入导电状态的非传统方法。这降低了通过每个功率晶体管的电压降，从而防止了由电阻发热造成的损坏，并增大了流动的电流以使电源模块的汽车熔断器熔断。所引起的熔断器熔断停止了电流流动并防止了晶体管的损坏。虽然本专利技术会造成一个或多个汽车熔断器的损坏，但是这些熔断器相比于电源模块更便宜且更易于替换。本专利技术在熔断时间(熔断器变成开路所需要的时间)期间通过使用已存在于电源模块中的电力器件能够使电源模块继续可用，而无需添加另外的电力器件，也无需调整熔断器的尺寸。因此，根据本专利技术的第一总的实施方式涉及可封装为电源模块的电源操控电路，该电路包括正电源端子、负电源端子、第一半导体器件(如，功率晶体管)、第一驱动电路以及第二驱动电路。正电源端子和负电源端子接收电源。由所述电源端子接收到的电源在正电源端子比负电源端子具有更高的电位时可以具有正极性，而在负电源端子比正电源端子具有更高的电位时可以具有负极性。第一半导体器件具有第一导电端子、第二导电端子、调制端子以及其第一导电端子和第二导电端子之间的主电流路径。第一半导体器件响应于施加至其调制端子的电信号通过其主电流路径传导电流。第一驱动电路耦接到第一半导体器件的调制端子，并当在所述电源端子接收到的电源具有正极性时，产生耦合到调制端子的电信号。第二驱动电路耦接到第一半导体器件的调制端子，并当在所述电源端子接收到的电源具有负极性时，将使第一半导体器件的主电流路径变为导电的电信号耦合到第一半导体器件的调制端子。根据第一总的实施方式的电源操控电路可以进一步包括从正电源端子到负电源 端子的第一电路路径，其中电流可以流过该第一电路路径。第一电路路径可以包括第一半导体器件，并且第一半导体器件的第一导电端子和第二导电端子可以耦接至第一电路路径。第一半导体器件还可以包括位于其第一导电端子和第二导电端子之间的寄生电流路径。当在所述电源端子上接收到的电源具有负极性时，寄生电流路径可以传导电流。根据第一总的实施方式的电源操控电路可以进一步包括用以接收第一控制信号的第一控制输入端。第一驱动电路可以具有耦接到第一控制输入端的输入端，并且以响应于出现在第一控制输入端的电信号向第一半导体器件的调制端子产生其电信号。根据本专利技术的第二总的实施方式涉及一种操作电源操控电路中的半导体器件的方法，该电源操控电路具有用以接收电源的正电源端子和负电源端子；用于接收输入信号的输入端子以及第一半导体器件，具有第一导电端子、第二导电端子、调制端子以及位于其第一导电端子与第二导电端子之间的主电流路径。在所述电源端子上接收到的电源在正电源端子比负电源端子具有更高的电位时具有正极性，而在负电源端子比正电源端子具有更高的电位时具有负极性。该示例性方法包括当在所述电源端子上接收到的电源具有正极性时，响应于接收到的输入信号向第一半导体器件的调制端子提供控制信号；以及当在所述电源端子上接收到的电源具有负极性时，向第一半导体器件的调制端子提供使电流流过第一半导体器件的主电流路径的信号。将参照附图以详细的描述对本专利技术的上述示例性实施方式和其它实施方式进行描述。在附图中，相同的标号可以表示相同的元件，并且一些元件的说明可不重复。附图说明图I示出了根据本专利技术的示例性电源操控电路实施方式以及电源模块实施方式。图2A和图2B示出了实施本专利技术一些实施方式时可以使用的示例性连接修改。图3示出了根据本专利技术的在反极性状态下被激活的驱动电路的示例性实施方式。图4A到图4C示出了可用在图3中所示的实施方式中的示例性电荷泵电路。图5A和图5B示出了实施本专利技术一些实施方式时可以使用的示例性连接修改。图6示出了根据本专利技术的示例性电源模块的俯视图。图7示出了根据本专利技术的示例性电源模块的透视图。在附图中，两条彼此交叉的电信号线彼此不电连接，除非在它们的交叉点处存在连接点。具体实施例方式下文中，将参照附图更完整地描述本专利技术，在附图中示出了本专利技术的示例性实施方式。然而，本专利技术可以以不同的形式实施，而不应解释为局限于本文中所阐述的实施方式。更确切地，提供这些实施方式以使本公开详尽和完整，并且将本专利技术的范围充分地传达给本领域技术人员。在通篇说明书中，相同的参考标号用于表示相同的元件。对于不同的实施方式，元件可具有不同的相互关系和不同的位置。 还应理解的是，当提及诸如半导体器件、晶体管、电阻器或端子的元件为“连接至”另一元件、“电连接至”另一元件、“耦接至”另一元件或“电耦接至”另一元件时，其可以直接连接或耦接至另一元件，或者可在耦接中存在一个或多个中间元件。与之相比，当提及一个元件“直接连接至”另一元件、或者“直接耦接至”另一元件时，不存在中间元件。本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出条目的一个或多个的任意或所有组合。当本申请的图示出了一个元件连接至另一个元件时，该图支持所有上述可能的实施方式，除非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源操控电路，包括：接收电源的正电源端子和负电源端子，当所述正电源端子比所述负电源端子具有更高的电位时，在所述电源端子上接收到的所述电源具有正极性，而当所述负电源端子比所述正电源端子具有更高的电位时，在所述电源端子上接收到的所述电源具有负极性；第一半导体器件，具有第一导电端子、第二导电端子、调制端子以及处于其第一导电端子和第二导电端子之间的主电流路径，所述第一半导体器件响应于施加至其调制端子的电信号通过其主电流路径传导电流；第一驱动电路，耦接到所述第一半导体器件的调制端子，当在所述电源端子上接收到的所述电源具有正极性时，所述第一驱动电路产生要耦合到所述调制端子的电信号；以及第二驱动电路，耦接到所述第一半导体器件的调制端子，当在所述电源端子上接收到的所述电源具有负极性时，所述第二驱动电路向所述第一半导体器件的调制端子产生使所述第一半导体器件的主电流路径变为导电的电信号。

【技术特征摘要】
1.一种电源操控电路,包括接收电源的正电源端子和负电源端子，当所述正电源端子比所述负电源端子具有更高的电位时，在所述电源端子上接收到的所述电源具有正极性，而当所述负电源端子比所述正电源端子具有更高的电位时，在所述电源端子上接收到的所述电源具有负极性；第一半导体器件，具有第一导电端子、第二导电端子、调制端子以及处于其第一导电端子和第二导电端子之间的主电流路径，所述第一半导体器件响应于施加至其调制端子的电信号通过其主电流路径传导电流；第一驱动电路，耦接到所述第一半导体器件的调制端子，当在所述电源端子上接收到的所述电源具有正极性时，所述第一驱动电路产生要耦合到所述调制端子的电信号；以及第二驱动电路，耦接到所述第一半导体器件的调制端子，当在所述电源端子上接收到的所述电源具有负极性时，所述第二驱动电路向所述第一半导体器件的调制端子产生使所述第一半导体器件的主电流路径变为导电的电信号。2.根据权利要求I所述的电源操控电路，还包括从所述正电源端子到所述负电源端子的第一电路路径，所述第一电路路径包括所述第一半导体器件，其中所述第一半导体器件的第一导电端子和第二导电端子耦接至所述第一电路路径。3.根据权利要求I所述的电源操控电路，其中，所述第一半导体器件还具有位于其第一导电端子和第二导电端子之间的寄生电流路径，当在所述电源端子上接收到的所述电源具有负极性时，所述第一半导体器件通过其寄生电流路径传导电流。4.根据权利要求I所述的电源操控电路，还包括用以接收第一控制信号的第一控制输入端，其中所述第一驱动电路耦接到所述第一控制输入端，并且当在所述电源端子上接收到的所述电源具有正极性时，所述第一驱动电路以响应于出现在所述第一控制输入端的电信号的方式向所述第一半导体器件的调制端子产生其电信号。5.根据权利要求I所述的电源操控电路，其中，当在所述电源端子上接收到的所述电源具有正极性时，所述第二驱动电路停止向所述第一半导体器件的调制端子产生使所述第一半导体器件的主电流路径变为导电的电信号。6.根据权利要求I所述的电源操控电路，其中，在所述第二驱动电路中包括时钟发生器和电荷泵电路。7.根据权利要求I所述的电源操控电路，还包括耦接于所述正电源端子和所述第二驱动电路的接地端口之间的第一辅助半导体器件，其中所述第一辅助半导体器件被配置为当在所述电源端子上接收到的所述电源具有负极性时允许电流流向所述第二驱动电路，而当在所述电源端子接收到的所述电源具有正极性时阻止电流流向所述第二驱动电路。8.根据权利要求7所述的电源操控电路，其中，所述第一辅助半导体器件包括整流器。9.根据权利要求7所述的电源操控电路，其中，所述第一辅助半导体器件包括NMOS晶体管。10.根据权利要求7所述的电源操控电路，其中，所述第二驱动电路设置在第一半导体芯片上，并且其中所述第一辅助半导体器件设置于与所述第一半导体芯片分离的第二半导体芯片上。11.根据权利要求I所述的电源操控电路，还包括耦接于所述负电源端子和所述第二驱动电路的电源端口之间的第二辅助半导体器件，所述第二辅助半导体器件被配置为当在所述电源端子上接收到的所述电源具有负极性时允许电流流向所述第二驱动电路，而当在所述电源端子上接收到的所述电源具有正极性时阻止电流流向所述第二驱动电路。12.根据权利要求11所述的电源操控电路，其中，所述第二辅助半导体器件包括整流器。13.根据权利要求11所述的电源操控电路，其中，所述第二辅助半导体器件包括PMOS晶体管。14.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：法比奥·内库，
申请(专利权)人：快捷半导体苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：