一種厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電子技術(shù)及微電子技術(shù)，特別是涉及了一種厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊。包括低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路、SMT元器件、覆銅Al2O3陶瓷基板、雙列直插式金屬氣密封裝外殼；所述低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路通過平面轉(zhuǎn)換設(shè)計，在覆銅Al2O3陶瓷基板上加工制成銅導(dǎo)體圖形；采用厚膜組裝工藝將表面貼裝SMT元器件、覆銅Al2O3陶瓷基板、雙列直插式金屬氣密封裝外殼組裝一體。本發(fā)明既要克服串聯(lián)二極管功耗大的缺點、避免并聯(lián)二極管方式的人工更換操作的不便利性，又要增加過欠壓保護(hù)功能，實現(xiàn)多功能組合。
【專利說明】一種厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子技術(shù)及微電子技術(shù)，特別是涉及了一種厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]絕大多數(shù)模擬和數(shù)字處理電路對于直流供電電壓有一定的范圍要求。電壓過低會對其產(chǎn)生誤動作觸發(fā)、電壓過高會對其產(chǎn)生損害；尤其是供電電壓極性反接時，必定給處理電路帶來災(zāi)難性后果。
[0003]本發(fā)明提出前，多數(shù)防反接措施是在供電回路中串聯(lián)正向二極管來阻斷反接電壓、或者在供電回路并聯(lián)反向二極管及串聯(lián)保險管方式實現(xiàn)。
[0004]對于供電電流較大場合，由于二極管的正向壓降造成的功耗會帶來一系列問題，例如散熱及安裝、效率等。
[0005]反向二極管加保險管的方式需增加人工更換操作；保險管參數(shù)選擇的不恰當(dāng)會對供電電源和二極管造成損壞。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供了一種厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊，既要克服串聯(lián)二極管功耗大的缺點、避免并聯(lián)二極管方式的人工更換操作的不便利性，又要增加過欠壓保護(hù)功能，實現(xiàn)多功能組合。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:一種厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊，包括低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路、SMT元器件、覆銅Al2O3陶瓷基板、雙列直插式金屬氣密封裝外殼；所述低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路通過平面轉(zhuǎn)換設(shè)計，在覆銅Al2O3陶瓷基板上加工制成銅導(dǎo)體圖形；采用厚膜組裝工藝將表面貼裝SMT元器件、覆銅Al2O3陶瓷基板、雙列直插式金屬氣密封裝外殼組裝一體；
[0008]所述雙列直插式金屬氣密封裝外殼，引腳呈雙列直插從殼體底面引出，適合于插入式安裝，并為內(nèi)部電路提供輸入、輸出、功能控制引腳；殼體加工采用銑切加工形成，對于小批量的開發(fā)品種具有成本低、周期短等優(yōu)點；殼體采用導(dǎo)熱良好的冷扎鋼材料，與覆銅Al2O3陶瓷基板結(jié)合，為低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路提供低熱阻的導(dǎo)熱通道及絕緣界面，將MOS管耗能所產(chǎn)生的熱量迅速傳導(dǎo)至外殼，從而降低器件本身的結(jié)溫；惰性氣體充填的殼體為元器件提供一個無氧氣和水汽的環(huán)境，減小氧化及腐蝕對元器件壽命的影響，從而進(jìn)一步提聞了 1旲塊可罪性；
[0009]所述厚膜組裝工藝系采用專用粘接膠及焊膏將專用的集成電路芯片與相關(guān)的電容、電阻元件集成在一個覆銅Al2O3陶瓷基板上、并將其錫焊在雙列直插式金屬氣密封裝外殼中，采用平行縫焊工藝密封，做成一個模塊化的、具有完整功能性單元；
[0010]所述低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路包括:反接保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路、過欠壓門限比較器、控制邏輯電路、電荷泵電路、驅(qū)動電路及外連功率開關(guān)；[0011 ] 所述反接保護(hù)電路在輸入電壓極性錯誤時關(guān)斷驅(qū)動電路、阻斷電流通道，達(dá)到保護(hù)后續(xù)用電設(shè)備的安全；
[0012]所述基準(zhǔn)電路、過欠壓門限比較器為內(nèi)部電路提供高精度的參考電壓基準(zhǔn)，并對輸入電壓幅值進(jìn)行門限判斷，當(dāng)輸入電壓值達(dá)到設(shè)定的幅值后給出開啟或者關(guān)斷控制信號，給出欠壓或過壓控制信號；
[0013]所述控制邏輯電路受所述基準(zhǔn)、過欠壓門限比較器及外輸入關(guān)斷信號控制，并調(diào)整電荷泵電路；
[0014]所述電荷泵電路受所述控制邏輯電路控制，并根據(jù)檢測的輸出電壓幅值進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、輸出至驅(qū)動電路；
[0015]所述驅(qū)動電路存在二種工作狀態(tài):
[0016](I)關(guān)斷狀態(tài):輸入電壓極性反接時，受所述反接電路控制，電路關(guān)斷，模塊呈現(xiàn)反接保護(hù)狀態(tài)；
[0017](2)導(dǎo)通狀態(tài):輸入電壓極性正常，受所述電荷泵電路控制并驅(qū)動外部連接的一對功率MOS管導(dǎo)通。
[0018]由于MOS管的極低導(dǎo)通內(nèi)阻約數(shù)毫歐至數(shù)十毫歐，所引入的壓降以及由此所產(chǎn)生的功耗遠(yuǎn)低于串接二極管所產(chǎn)生的功耗。
[0019]在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述雙列直插式金屬氣密封裝外殼選用帶有6根引腳的27.1X27.1X8雙列直插式平行縫焊金屬外殼。
[0020]在上述方案基礎(chǔ)上優(yōu)選，所述反接保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路、過欠壓門限比較器、控制邏輯電路、電荷泵電路、驅(qū)動電路集成在一個專有集成電路芯片內(nèi)。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是:
[0022](I)覆銅Al2O3陶瓷基板既有Al2O3陶瓷的高導(dǎo)熱性、高抗壓強(qiáng)度、高絕緣性、低熱阻、與雙列直插式金屬氣密封裝外殼良好的熱膨脹系數(shù)匹配，又具有銅導(dǎo)體的高載流能力、圖形加工的簡便性，是大功率電力電子組件新的應(yīng)用材料之一，也是本發(fā)明引入的重點；
[0023](2)保護(hù)功能集成、電路簡單:本發(fā)明未提出之前，要同時完成輸入極性反接保護(hù)和過欠壓保護(hù)功能，必須使用多芯片和復(fù)雜的電路組合才能實現(xiàn)，例如:基準(zhǔn)芯片、降壓供電電路、高電壓窗口比較器、電平轉(zhuǎn)換電路、功率驅(qū)動器等，其電路設(shè)計繁雜、調(diào)試復(fù)雜。本發(fā)明僅僅需要11個元器件即7個電阻、I個電容、2只MOS功率管、I只集成電路，便可實現(xiàn)防反接、過欠壓功能，且設(shè)置簡單、無需調(diào)試；
[0024](3)插入損耗極低:針對一款24V10A輸出防反接電路實例，MBR15H60CT肖特基二極管在1A電流(25°C)時的正向壓降約0.72V，功耗7.2W ;同等條件下，Si7370DP功率管的正向?qū)娮铻?.009mΩ，正向壓降為0.09V，功耗0.9W，僅為肖特基二極管功耗的1/8 ；
[0025](4)體積小、重量輕:同等輸出功率、完成相同功能條件下，本發(fā)明所制作的產(chǎn)品在體積上減少約三分之一、重量減少約四分之一；
[0026](5)既克服了串聯(lián)二極管功耗大的缺點、避免并聯(lián)二極管方式的人工更換操作的不便利性，又增加了過欠壓保護(hù)功能，實現(xiàn)多功能組合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明工藝流程圖；
[0028]圖2為本發(fā)明雙列直插式金屬氣密封裝外殼俯視圖；
[0029]圖3為本發(fā)明雙列直插式金屬氣密封裝外殼側(cè)視圖；
[0030]圖4為本發(fā)明雙列直插式金屬氣密封裝外殼引腳結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明應(yīng)用電路圖。
【具體實施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033]如圖1所示，一種厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊，包括低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路、SMT元器件2、覆銅Al2O3陶瓷基板1、雙列直插式金屬氣密封裝外殼3 ;所述低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路通過平面轉(zhuǎn)換設(shè)計，在覆銅Al2O3陶瓷基板I上加工制成銅導(dǎo)體圖形；采用厚膜組裝工藝將表面貼裝SMT元器件2、覆銅Al2O3陶瓷基板1、雙列直插式金屬氣密封裝外殼3組裝一體。如圖3，其中覆銅Al2O3陶瓷基板I正面為SMT元器件元器件2放置、背面為與雙列直插式金屬氣密封裝外殼3的焊接區(qū)；采用厚膜組裝工藝，將覆銅Al2O3陶瓷基板I背面首先搪錫后清洗干凈，再將電路所用的SMT元器件2、雙列直插式金屬氣密封裝外殼3、以及搪錫后的覆銅Al2O3陶瓷基板I通過再流焊或者回流焊工藝進(jìn)行錫焊焊接；最后通過人工錫焊補(bǔ)焊連接引腳4、清洗、平行縫焊氣密封口，完成本發(fā)明的厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊。
[0034]如圖2至圖4所示，根據(jù)低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路的實際輸出功率，選用一款27.1X27.1X6雙列直插式平行縫焊金屬外殼，具有6根引腳，按照圖1的組裝工藝流程，制作出一款厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊。殼體中第一腳(N0.1)定義為輸入電壓正、第二腳(N0.2)定義為輸入地、第三腳(N0.3)定義為殼地、第四腳(N0.4)定義為輸出關(guān)斷端、第五腳(N0.5)定義為輸出地、第六腳(N0.6)定義為輸出電壓正。
[0035]如圖5所示，所述一種低功耗防反接/過欠壓保護(hù)電路包括:反接保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路、過欠壓門限比較器、控制邏輯電路、電荷泵電路、驅(qū)動電路及外連功率開關(guān)。其中，反接保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路、過欠壓門限比較器、控制邏輯電路、電荷泵電路、驅(qū)動電路集成在一個專有集成電路芯片NI內(nèi)；
[0036]所述基準(zhǔn)電路為集成電路芯片NI內(nèi)部邏輯電路、控制電路提供聞精度的電壓基準(zhǔn)；
[0037]所述反接保護(hù)電路在輸入電壓極性錯誤時關(guān)斷驅(qū)動電路、阻斷電流通道，達(dá)到保護(hù)后續(xù)用電設(shè)備的安全；
[0038]所述過欠壓門限比較器由Rl、R2、R3組成的電阻分壓器以及集成電路芯片NI內(nèi)部門限比較器構(gòu)成。當(dāng)R3上的輸入電壓分壓值到達(dá)過壓門限電壓，比較器翻轉(zhuǎn)、迅速關(guān)斷集成電路芯片NI內(nèi)部其它控制電路以及V1/V2功率管，斷開輸出負(fù)載與輸入的連接；同樣的，當(dāng)R2上的輸入電壓分壓值降到欠壓門限電壓，比較器翻轉(zhuǎn)并關(guān)斷集成電路芯片NI內(nèi)部其它控制電路；
[0039]所述控制邏輯電路和電荷泵電路實現(xiàn)集成電路芯片NI內(nèi)部的指令接受處理及電平轉(zhuǎn)換功能；
[0040]所述驅(qū)動電路通過外接電阻R5/R6驅(qū)動MOS管Vl導(dǎo)通或截止；R7、C1用于限制導(dǎo)通時流經(jīng)Vl的沖擊電流(容性負(fù)載);
[0041]電阻R4為外部關(guān)斷功能提供一個直流偏置；
[0042]綜上所述，通過外設(shè)電阻Rl、R2、R3確定輸入電壓開啟/關(guān)斷值；電阻R4提供外部關(guān)斷控制偏置；正常工作狀態(tài)，集成電路芯片NI驅(qū)動由電阻R5、R6及MOS功率管組成的功率開關(guān)電路完成功率傳輸，并通過電阻R7、Cl消除導(dǎo)通沖擊電流。
【權(quán)利要求】
1.一種厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊，其特征在于:包括低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路、SMT元器件、覆銅Al2O3陶瓷基板、雙列直插式金屬氣密封裝外殼；所述低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路通過平面轉(zhuǎn)換設(shè)計，在覆銅Al2O3陶瓷基板上加工制成銅導(dǎo)體圖形；采用厚膜組裝工藝將表面貼裝SMT元器件、覆銅Al2O3陶瓷基板、雙列直插式金屬氣密封裝外殼組裝一體； 所述雙列直插式金屬氣密封裝外殼，引腳呈雙列直插從殼體底面引出；殼體加工采用銑切加工形成，殼體采用導(dǎo)熱良好的冷扎鋼材料，且有惰性氣體充填殼體內(nèi)； 所述厚膜組裝工藝為采用專用粘接膠及焊膏將專用的集成電路芯片與相關(guān)的電容、電阻元件集成在一個覆銅Al2O3陶瓷基板上、并將其錫焊在雙列直插式金屬氣密封裝外殼中； 所述低功耗防反接過欠壓保護(hù)電路包括:反接保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路、過欠壓門限比較器、控制邏輯電路、電荷泵電路、驅(qū)動電路及外連功率開關(guān)； 所述反接保護(hù)電路在輸入電壓極性錯誤時關(guān)斷驅(qū)動電路、阻斷電流通道，達(dá)到保護(hù)后續(xù)用電設(shè)備的安全； 所述基準(zhǔn)電路、過欠壓門限比較器為內(nèi)部電路提供高精度的參考電壓基準(zhǔn)，并對輸入電壓幅值進(jìn)行門限判斷，當(dāng)輸入電壓值達(dá)到設(shè)定的幅值后給出開啟或者關(guān)斷控制信號，給出欠壓或過壓控制信號； 所述控制邏輯電路受所述基準(zhǔn)、過欠壓門限比較器及外輸入關(guān)斷信號控制，并調(diào)整電荷栗電路； 所述電荷泵電路受所述控制邏輯電路控制，并根據(jù)檢測的輸出電壓幅值進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、輸出至驅(qū)動電路； 所述驅(qū)動電路存在二種工作狀態(tài): (1)關(guān)斷狀態(tài):輸入電壓極性反接時，受所述反接電路控制，電路關(guān)斷，模塊呈現(xiàn)反接保護(hù)狀態(tài)； (2)導(dǎo)通狀態(tài):輸入電壓極性正常，受所述電荷泵電路控制并驅(qū)動外部連接的一對功率MOS管導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊，其特征在于:所述雙列直插式金屬氣密封裝外殼選用帶有6根引腳的27.1X27.1X8雙列直插式平行縫焊金屬夕卜殼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種厚膜低功耗防反接過欠壓保護(hù)模塊，其特征在于:所述反接保護(hù)電路、基準(zhǔn)電路、過欠壓門限比較器、控制邏輯電路、電荷泵電路、驅(qū)動電路集成在一個專有集成電路芯片內(nèi)。
【文檔編號】H02H3/02GK104393558SQ201410740376
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】程信羲 申請人:程信羲