本實(shí)用新型涉及低壓大電流能量轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及低壓大電流Mosfet功率模塊。

背景技術(shù)：

在當(dāng)前的工業(yè)用低壓大電流輸出整流器應(yīng)用上，用于輸出蒸餾、輸出換向的器件普遍使用的是肖特基二極管、快速恢復(fù)二極管、可控硅等幾種功率器件。這些器件皆為壓降性器件，電流流過該器件則產(chǎn)生固定的壓降，壓降大小就決定了該器件的功耗大小。目前進(jìn)口的低壓降大功率肖特基二極管的壓降普遍在0.65V-0.75V之間。若通過3000A電流，則在整流二極管部分會產(chǎn)生的熱功率為0.75V×3000A＝2250W，在大功率應(yīng)用上損失大量的電能，以及需要高昂的散熱費(fèi)用。

在現(xiàn)有的Mosfet模塊中，普遍能夠長期帶載的電流在300A以下。而且不帶有驅(qū)動電路，以及內(nèi)部保護(hù)電路。在大電流使用時(shí)，需要進(jìn)行多只并聯(lián)使用。在當(dāng)前應(yīng)用上存在均留控制困難，驅(qū)動電路復(fù)雜，器件保護(hù)成本高，散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難，占用空間大等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供低壓大電流Mosfet功率模塊，其結(jié)構(gòu)簡單，具備良好的散熱效果，提高高頻開關(guān)電源的效率。

本實(shí)用新型的目的采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

低壓大電流Mosfet功率模塊，包括全銅散熱基底、陶瓷板、驅(qū)動保護(hù)線路板以及若干個(gè)Mosfet芯片，若干個(gè)Mosfet芯片兩兩并聯(lián)連接形成Mosfet芯片陣列；所述驅(qū)動保護(hù)線路板和陶瓷板均固定在全銅散熱基底上，所述Mosfet芯片陣列固定在陶瓷板上，且Mosfet芯片中每一個(gè)Mosfet芯片的漏極均與陶瓷板焊接，每一個(gè)Mosfet芯片的柵極和源極均與驅(qū)動保護(hù)線路板連接；所述驅(qū)動保護(hù)線路板用于根據(jù)來自外部的通斷信號輸出正反壓驅(qū)動信號至Mosfet芯片陣列，以控制Mosfet芯片陣列的通斷。

優(yōu)選的，還包括外殼，所述外殼包括圍壁和頂蓋，圍壁固定在全銅散熱基底上，頂蓋連接在圍壁的頂沿，頂蓋與圍壁連接形成容納空間，所述陶瓷板、驅(qū)動保護(hù)線路板以及Mosfet芯片陣列均位于該容納空間內(nèi)。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動保護(hù)線路板上設(shè)有正負(fù)壓產(chǎn)生電路、隔離驅(qū)動電路和若干個(gè)數(shù)量與Mosfet芯片一致的柵極驅(qū)動保護(hù)電路，柵極驅(qū)動保護(hù)電路與Mosfet芯片一一對應(yīng)；所述正負(fù)壓產(chǎn)生電路連接Mosfet芯片陣列的源極端，隔離驅(qū)動電路連接Mosfet芯片陣列的柵極端，Mosfet芯片陣列的柵極端和源極端均與柵極驅(qū)動保護(hù)電路連接，且柵極驅(qū)動保護(hù)電路還連接對應(yīng)的Mosfet芯片的柵極；所述正反壓產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生一固定電壓至Mosfet芯片陣列的源極端；所述隔離驅(qū)動電路用于根據(jù)來自外部的通斷信號輸出正反壓驅(qū)動信號至Mosfet芯片陣列，以控制Mosfet芯片陣列的通斷。

優(yōu)選的，所述正負(fù)壓產(chǎn)生電路包括電容C1至電容C7、二極管D1、電阻R1和電阻R2；電容C1的一端、電阻R1的一端和二極管D1的負(fù)極均與Mosfet芯片陣列的源極端連接；電容C1的另一端、電阻R1的另一端、電阻R2的一端、電容C2的一端、電容C3的一端、電容C4的一端均與一直流電連接；電阻R2的另一端、電容C5的一端、電容C6的一端和電容C7的一端均與電阻R1的一端連接；電容C2的另一端、電容C3的另一端、電容C4的另一端、電容C5的另一端、電容C6的另一端、電容C7的另一端和二極管D1的正極均接地。

優(yōu)選的，所述隔離驅(qū)動電路包括光耦芯片U1、二極管D2、二極管D3、電阻R3至電阻R5、三極管Q1和三極管Q2；所述二極管D2的正極連接外部輸入信號正極端，二極管D3的正極連接外部輸入信號負(fù)極端，二極管D2的負(fù)極通過電阻R3連接二極管D3的負(fù)極，二極管D3的負(fù)極和電阻R4的一端均與光耦芯片U1的輸入正極連接，二極管D3的正極和電阻R4的另一端均與光耦芯片U1的輸入負(fù)極連接；三極管Q1的基極和三極管Q2的基極均通過電阻R5連接光耦芯片U1的輸出端，三極管Q1的發(fā)射極和三極管Q2的發(fā)射極均連接Mosfet芯片陣列的柵極端；光耦芯片U1的供電端和三極管Q1的集電極均連接一直流電；光耦芯片U1的地端和三極管Q2的集電極均接地。

優(yōu)選的，所述柵極驅(qū)動保護(hù)電路包括電阻R6、電阻R7、二極管D4和瞬態(tài)二極管D5，二極管D4的負(fù)極和電阻R6的一端均與Mosfet芯片陣列的柵極端連接，二極管D4的正極和電阻R6的另一端連接電阻R7的一端，電阻R7的另一端連接Mosfet芯片陣列的源極端，電阻R7的一端還連接該柵極驅(qū)動保護(hù)電路對應(yīng)的Mosfet芯片的柵極；所述瞬態(tài)二極管D5并聯(lián)在電阻R7的兩端。

優(yōu)選的，驅(qū)動保護(hù)線路板上還設(shè)有溫度保護(hù)監(jiān)測電路，該溫度保護(hù)監(jiān)測電路包括電容C8、光耦U2、電阻R8至電阻R11和穩(wěn)壓三極管U3，所述電阻R8和電阻R9串聯(lián)形成串聯(lián)之路，該串聯(lián)之路的一端和電阻R10的一端連接一直流電，電容C8的一端和穩(wěn)壓三極管U3的參考端均連接在電阻R8與電阻R9之間，電容C8的另一端、穩(wěn)壓三極管U3的陽極和串聯(lián)之路的另一端均接地；電阻R10的另一端通過電阻R11連接穩(wěn)壓三極管U3的陰極，光耦U2的輸入負(fù)極連接穩(wěn)壓三極管U3的陰極，光耦U2的輸入正極連接在電阻R10和電阻R11之間；光耦U2的發(fā)射極連接外部輸入信號負(fù)極端，光耦U2的集電極連接一外部電路。

優(yōu)選的，所述穩(wěn)壓三極管U3的型號為TL431。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型利用全銅散熱基底結(jié)合陶瓷板有效解決了散熱困難的問題，提供大面積的電流通道，多個(gè)Mosfet芯片同時(shí)驅(qū)動，使得通過的電流能夠超過3000A。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的低壓大電流Mosfet功率模塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本實(shí)用新型的正負(fù)壓產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本實(shí)用新型的隔離驅(qū)動電路的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本實(shí)用新型的柵極驅(qū)動保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本實(shí)用新型的溫度保護(hù)監(jiān)測電路的電路結(jié)構(gòu)圖。

其中，1、全銅散熱基底；2、陶瓷板；3、驅(qū)動保護(hù)線路板；4、Mos芯片陣列；5、外殼；51、圍壁；52、頂蓋。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖以及具體實(shí)施方式，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述：

參見圖1，本實(shí)用新型提供低壓大電流Mosfet功率模塊，包括全銅散熱基底1、陶瓷板2、驅(qū)動保護(hù)線路板3以及若干個(gè)Mosfet芯片，若干個(gè)Mosfet芯片兩兩并聯(lián)連接形成Mosfet芯片陣列4。驅(qū)動保護(hù)線路板3和陶瓷板2均固定在全銅散熱基底1上，Mosfet芯片陣列4固定在陶瓷板2上，且Mosfet芯片陣列4中每一個(gè)Mosfet芯片的漏極均與陶瓷板2焊接，每一個(gè)Mosfet芯片的柵極和源極均與驅(qū)動保護(hù)線路板3連接；所述驅(qū)動保護(hù)線路板3用于根據(jù)來自外部的通斷信號輸出正反壓驅(qū)動信號至Mosfet芯片陣列4，以控制Mosfet芯片陣列4的通斷。

陶瓷板2為氧化鋁陶瓷板，全銅散熱基底1是作為整個(gè)功率模塊的結(jié)構(gòu)支撐，并提供大面積的電流通道以及散熱功能。陶瓷板2為Mosfet芯片與全銅散熱基底1之間提供一層絕緣低熱阻的過渡通道，并提供一端低阻抗的導(dǎo)電通道。Mosfet芯片陣列4為本實(shí)用新型中的核心部件，通過多個(gè)Mosfet芯片的并聯(lián)封裝，例如第一個(gè)Mosfet芯片與第二個(gè)Mosfet芯片并聯(lián)，第一個(gè)Mosfet芯片的柵極與第二個(gè)Mosfet芯片的柵極連接，第一個(gè)Mosfet芯片的源極與第二個(gè)Mosfet 芯片的源極連接，這兩個(gè)Mosfet芯片的漏極都連接到陶瓷板。同樣的，假如第三個(gè)Mosfet芯片與第二個(gè)Mosfet芯片并聯(lián)，第三個(gè)Mosfet芯片的柵極與第二個(gè)Mosfet芯片的柵極連接，第三個(gè)Mosfet芯片的源極與第二個(gè)Mosfet芯片的源極連接，以此類推，實(shí)現(xiàn)大電流的Mosfet導(dǎo)電通道。驅(qū)動保護(hù)線路板3具有多個(gè)電路。其為Mosfet芯片陣列4提供隔離正反壓驅(qū)動信號，還可以提供溫度保護(hù)故障反饋。

在Mosfet芯片陣列4上覆蓋有絕緣填充層，絕緣填充層為高分子硅膠材料，能夠?yàn)閮?nèi)部器件提供絕緣、低熱阻的運(yùn)行環(huán)境。

本實(shí)用新型還可以設(shè)置一個(gè)外殼5，外殼包括圍壁51和頂蓋52，圍壁51固定在全銅散熱基底1上，頂蓋52連接在圍壁41的頂沿，頂蓋42與圍壁41連接形成容納空間，所述陶瓷板2、驅(qū)動保護(hù)線路板3以及Mosfet芯片陣列4均位于該容納空間內(nèi)。外殼5實(shí)現(xiàn)外觀的整體封裝。

模塊內(nèi)部采用焊接工藝把各個(gè)器件焊接結(jié)合在一起，根據(jù)Mosfet芯片的熱傳遞路徑，通過陶瓷板，全銅散熱基底為模板內(nèi)部熱量提供一條低熱阻的散熱路徑，通過該放手，Mosfet芯片產(chǎn)生的熱量能夠透過陶瓷板和全銅散熱基底最終傳輸?shù)酵獠窟B接的散熱器上。

參見圖2至圖5，本實(shí)用新型的驅(qū)動保護(hù)線路板上設(shè)有正負(fù)壓產(chǎn)生電路、隔離驅(qū)動電路和若干個(gè)數(shù)量與Mosfet芯片一致的柵極驅(qū)動保護(hù)電路，柵極驅(qū)動保護(hù)電路與Mosfet芯片一一對應(yīng)；正負(fù)壓產(chǎn)生電路連接Mosfet芯片陣列的源極端，隔離驅(qū)動電路連接Mosfet芯片陣列的柵極端，Mosfet芯片陣列的柵極端和源極端均與柵極驅(qū)動保護(hù)電路連接，且柵極驅(qū)動保護(hù)電路還連接對應(yīng)的Mosfet芯片的柵極。實(shí)現(xiàn)對Mosfet芯片陣列控制通斷的是隔離驅(qū)動電路，其能夠接受外部的通斷信號，產(chǎn)生正反壓驅(qū)動信號至Mosfet芯片陣列。

正負(fù)壓產(chǎn)生電路包括電容C1至電容C7、二極管D1、電阻R1和電阻R2；電容C1的一端、電阻R1的一端和二極管D1的負(fù)極均與Mosfet芯片陣列的源極端DrvS連接；電容C1的另一端、電阻R1的另一端、電阻R2的一端、電容C2的一端、電容C3的一端、電容C4的一端均與一直流電VCC連接；電阻R2的另一端、電容C5的一端、電容C6的一端和電容C7的一端均與電阻R1的一端連接；電容C2的另一端、電容C3的另一端、電容C4的另一端、電容C5的另一端、電容C6的另一端、電容C7的另一端和二極管D1的正極均接地。

二極管D1、電阻R1、電阻R2、電容C5、電容C6和電容C7組成而成穩(wěn)壓及儲能電路，為輸入的電壓提供一個(gè)穩(wěn)定的偏置電位，而該電位則作為Mosfet芯片源極的固定電平。以該固定電平作為參考電平，渠道輸入電源正側(cè)為正電壓，而渠道輸入電源負(fù)側(cè)為負(fù)電壓。

隔離驅(qū)動電路包括光耦芯片U1、二極管D2、二極管D3、電阻R3至電阻R5、三極管Q1和三極管Q2；所述二極管D2的正極連接外部輸入信號正極端Drv+，二極管D3的正極連接外部輸入信號負(fù)極端Drv-，二極管D2的負(fù)極通過電阻R3連接二極管D3的負(fù)極，二極管D3的負(fù)極和電阻R4的一端均與光耦芯片U1的輸入正極連接，二極管D3的正極和電阻R4的另一端均與光耦芯片U1的輸入負(fù)極連接；三極管Q1的基極和三極管Q2的基極均通過電阻R5連接光耦芯片U1的輸出端out，三極管Q1的發(fā)射極和三極管Q2的發(fā)射極均連接Mosfet芯片陣列的柵極端DrvG；光耦芯片U1的供電端vin和三極管Q1的集電極均連接一直流電；光耦芯片U1的地端gnd和三極管Q2的集電極均接地。

光耦芯片U1、三極管Q1和三極管Q2組成的推挽電路，形成帶隔離的驅(qū)動電路，當(dāng)光耦芯片U1的輸入端有高電平信號時(shí)，那么Mosfet芯片的柵極上有正電壓的驅(qū)動電壓，使其導(dǎo)通；當(dāng)光耦芯片U1的輸入端沒有信號輸入時(shí)，那么Mosfet芯片的柵極上有負(fù)電壓的驅(qū)動電壓，使其可靠關(guān)閉。

柵極驅(qū)動保護(hù)電路包括電阻R6、電阻R7、二極管D4和瞬態(tài)二極管D5，二極管D4的負(fù)極和電阻R6的一端均與Mosfet芯片陣列的柵極端DrvG連接，二極管D4的正極和電阻R6的另一端連接電阻R7的一端，電阻R7的另一端連接Mosfet芯片陣列的源極端DrvS，電阻R7的一端還連接該柵極驅(qū)動保護(hù)電路對應(yīng)的Mosfet芯片的柵極MosG；瞬態(tài)二極管D5并聯(lián)在電阻R7的兩端。

柵極驅(qū)動保護(hù)電路的數(shù)量與Mosfet芯片的數(shù)量一致，本實(shí)用新型Mosfet芯片的數(shù)量優(yōu)選為14顆，可以組成兩個(gè)Mosfet芯片陣列，一個(gè)Mosfet芯片陣列包括7顆Mosfet芯片。因而柵極驅(qū)動保護(hù)電路也對應(yīng)為14個(gè)，對應(yīng)第一顆Mosfet芯片的柵極驅(qū)動保護(hù)電路，則其電阻R7的一端連接該Mosfet芯片的柵極，依次類推。而其余地方提到的連接Mosfet芯片陣列的柵極端、源極端，表示的是若干個(gè)Mosfet 芯片并聯(lián)后的整體的柵極和源極。

柵極驅(qū)動保護(hù)電路采用瞬態(tài)二極管D5進(jìn)行柵極的過壓保護(hù)，二極管D4作為關(guān)斷時(shí)的快速放電通道。

本實(shí)用新型的驅(qū)動保護(hù)線路板還可設(shè)有溫度保護(hù)監(jiān)測電路，該溫度保護(hù)監(jiān)測電路包括電容C8、光耦U2、電阻R8至電阻R11和穩(wěn)壓三極管U3，所述電阻R8和電阻R9串聯(lián)形成串聯(lián)之路，該串聯(lián)之路的一端和電阻R10的一端連接一直流電VCC，電容C8的一端和穩(wěn)壓三極管U3的參考端均連接在電阻R8與電阻R9之間，電容C8的另一端、穩(wěn)壓三極管U3的陽極和串聯(lián)之路的另一端均接地；電阻R10的另一端通過電阻R11連接穩(wěn)壓三極管U3的陰極，光耦U2的輸入負(fù)極連接穩(wěn)壓三極管U3的陰極，光耦U2的輸入正極連接在電阻R10和電阻R11之間；光耦U2的發(fā)射極連接外部輸入信號負(fù)極端Drv-，光耦U2的集電極連接一外部電路TP。

雪崩電阻R11和穩(wěn)壓三極管U3組成過溫監(jiān)控電路，當(dāng)安裝在模塊內(nèi)部的電阻R11達(dá)到觸發(fā)溫度時(shí)，電阻R11的內(nèi)阻會迅速增大，從而穩(wěn)壓三極管U3會通過光耦U2把過溫信號傳送到外部電路，使外部電路知曉電路溫度情況，并關(guān)閉Mosfet的驅(qū)動電壓。

本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)中，內(nèi)阻僅為0.039mOhm。則相同通過3000A電流的情況下的熱功率為：3000A*3000A*0.039mOhm＝975W，本設(shè)計(jì)方案比現(xiàn)有設(shè)計(jì)在該變換環(huán)節(jié)中節(jié)省72％的熱損耗。采用集成化設(shè)計(jì)，單體容量可達(dá)3000A。能夠?yàn)槟壳靶履茉葱袠I(yè)，以及工業(yè)上的大電流應(yīng)用提供可靠的基礎(chǔ)器件支持。

對于Mosfet功率模塊方面的一個(gè)控制方面，由于高頻開關(guān)電源變壓器輸出端不能同時(shí)導(dǎo)通，因此Mosfe功率模塊控制采用脈沖式導(dǎo)通方式，死區(qū)間隔達(dá)到nS極，充分利用了Mosfe功率模塊開通功能，進(jìn)一步提高高頻開關(guān)電源的效率。其次，本實(shí)用新型采用全銅散熱基底以及陶瓷板的散熱方式，使整個(gè)模塊本身具備散熱條件，從而解決了發(fā)熱量大，散熱困難的問題。內(nèi)部同時(shí)使用多個(gè)Mosfe芯片同時(shí)驅(qū)動，使得每個(gè)Mosfe芯通過的電流超過3000A，Mosfe芯使用焊接工藝，減小了連接件之間的壓降。使得整個(gè)Mosfe芯通過3000A電流時(shí)的壓降約為110mV。同時(shí)通過模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得大功率的Mosfet應(yīng)用上能夠節(jié)省大量的安裝以及后續(xù)的維護(hù)工作量。

對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。