[发明专利]紧凑型单相集成驱动电路的封装装置及单相集成驱动电路

说明书

技术领域

本发明属于集成半导体技术领域，尤其涉及一种紧凑型单相集成驱动电路的封装装置及单相集成驱动电路。

背景技术

相比于交流电机，无刷直流电机可以有效提升工作效率，并可以通过控制程序的调整，灵活地设置电机启动和关闭的参数，更加满足用户的使用需求，日益成为家用及工控电机的首选。

无刷直流电机中的三相无刷直流电机和单相无刷直流电机等多种。由于三相无刷直流电机目前的集成驱动电路，其体积较大，难以装到许多电机(例如电机外径80mm，轴径34mm及以下的电机)内部的环形PCB(印制电路板)上，而且这种集成驱动电路的高压引脚与低压引脚的间距较近，容易产生引脚之间由于中心距不足而产生相互损伤的问题。单相无刷直流电机是无刷直流电机的一种，由于其绕线方法简单，对电机的磁性材料要求不高，且在很多的功率应用上同样能达到三相无刷直流电机的效果，所以成为一种具有极高性价比的电机。单相无刷直流电机可以用于各种节能型风扇、水泵的应用。

单相无刷直流电机由电机和驱动电路组成，驱动电路由功率驱动器和控制器构成，驱动电路将程序发出的控制信号经过控制器处理，以驱动功率驱动器的导通或关闭，进而控制电机的启动或停止，以及各种模式的运转。目前，一般单相无刷直流电机的驱动方式有以下几种方式：

方式一：如图1所示，用双极结型晶体管(如NPN和PNP)、二极管、电阻和电容等分立器件搭成的图腾柱(Totem Pole)形式的高电压栅极驱动器S1去驱动由功率器件(如MOSFET管)构成的功率驱动器G1，但是此种电路结构的高电压栅极驱动器需要多达几十个分立器件，设计复杂、生产难度高、可靠性差，返修率高，且由于其所占体积大，难以集成到电机内部。

方式二：如图2所示，在图1的基础上进行改进，采用集成工艺制造高电压栅极驱动器(HVIC)S1’，通过采用两个栅极驱动器S2替代由分立器件搭成的图腾柱形式的高电压栅极驱动器S1，去驱动由四个功率器件(如MOSFET管)所组成的具有单相上桥臂和单相下桥臂的功率驱动器G1’。虽然，所述高电压栅极驱动器S1’还可以集成欠压等异常保护，因此，所述高电压栅极驱动器S1’的集成度相对较高，可靠性也比双极结型晶体管所组成的具有图腾柱形式的高电压栅极驱动器S1有较大增强。但是，所述高电压栅极驱动器S1’和功率驱动器G1’也还是分立器件，同样存在较多的问题，比如现有技术很难通过集成工艺方法将高电压栅极驱动器和功率驱动器集成到单芯片上，而现有的用于封装器件的引线框架上不会设置多基岛，一般设置的是单芯片；比如存在控制电路设计复杂体积大、绝缘性差、寄生电容电感较大等劣势，难以适用于要求紧凑性安装、端盖统一散热的场合，且由于难以保证四个功率器件的参数一致性，系统可靠性也较差。还有，所述高电压栅极驱动器S1’和功率驱动器G1’之间的连线长，连线电感和连线电阻较大，所以需要增加防止密勒效应的栅极滤波电容Cgate。

图3是图2中的一个所述栅极驱动器S2对应的两个功率器件进行说明。一般常规做法是采用两个相同的栅极驱动器S2，每个所述栅极驱动器S2来调节功率器件栅极上的驱动电阻R，进而来调整功率器件输出信号的上升及下降沿时间。因此，四个所述驱动电阻R的存在，势必需要占据集成电路更多的空间，并且如果所述驱动电阻设置过小会使得输出信号有较大的振铃，同时EMI(电磁干扰)也较大；如果所述驱动电阻设置过大，不但功率器件开关时间缓慢，还可能产生单相上桥臂和单相下桥臂对通，导致不可恢复性损坏，所以可供客户调整的余地较小。

由此可见，传统的单相无刷直流电机驱动电路中的控制电路和功率驱动电路仍是分立式器件，在PCB上的位置分散，难以统一贴到散热片上，而且即使能贴散热片，散热片面积也比较大，成本较高，而且无法在保证体积小的同时有较高的绝缘性，也就难以长期可靠地使用。

同时，在一些振动很厉害的电机上应用时，散热片和构成驱动电路中的各模块容易脱开，可能会导致功率模块温度急剧上升，或是在另一些电机应用中，需要根据功率模块的温度，动态地调整电机的输入和输出功率时，需要在功率模块中设置感应温度的输出引脚，输出与温度对应的模拟电压给控制电路，来实时控制PWM占空比。另外还在其他一些电机应用中，需要根据故障主动地输出报警信号给控制电路，或是根据电流的大小主动地增加过流保护信号给控制电路。这些分立器件的增加也无疑加大了集成难度，成本也随之增加。