一種大功率電機控制器的功率模塊及大功率電機控制器的制造方法
【專利摘要】為了解決現有大功率電機控制器無法實現各并聯MOSFET的均流效果，而容易導致MOSFET損壞的問題，本實用新型提供了一種大功率電機控制器的功率模塊，功率模塊包括第一PCB板；第一PCB板上設置有U相MOSFET模塊、V相MOSFET模塊和W相MOSFET模塊，每相MOSFET模塊包括分別由多個MOSFET組成的MOSFET上橋和MOSFET下橋；第一PCB板上還設置有至少兩個正極接線柱和至少兩個負極接線柱，每相MOSFET模塊的一側設置有至少一個正極接線柱，另一側設置有至少一個負極接線柱；第一PCB板上還設置有三相輸出接線柱，三相輸出接線柱位于每相MOSFET模塊中MOSFET上、下橋之間。本實用新型還提供了一種大功率電機控制器。
【專利說明】一種大功率電機控制器的功率模塊及大功率電機控制器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電機控制器，尤其涉及一種大功率電機控制器。
【背景技術】
[0002]MOSFET以其具有開關速度快、導通電阻低等優點，在電機控制器中得到廣泛應用。大功率電機控制器往往需要多個MOSFET進行并聯，現有大功率電機控制器僅僅是把多個MOSFET簡單的平鋪放在一起或采用集成MOSFET模塊，這樣由于驅動電路、器件參數、電路布局的不一致，很容易引起各并聯MOSFET電流不均衡，使部分MOSFET漏極承受過電壓或過電流導致損壞，甚至會導致功率模塊短路，引發爆炸。傳統大功率電機控制器的驅動模塊和功率模塊一般采用較長的銅條導線連接，而要滿足導電電流、安全因素等安裝要求，造成銅條導線結構復雜，安裝也有一定難度。因此現有的電機控制器不適用于低電壓、大電流的大功率應用場合。
實用新型內容
[0003]為了解決現有大功率電機控制器結構復雜，電路布局不合理，工作時無法實現各并聯MOSFET的均流效果，而容易導致MOSFET損壞的問題，本實用新型提供了 一種大功率電機控制器的功率模塊。
[0004]本實用新型的大功率電機控制器的功率模塊，包括第一PCB板；所述第一PCB板上設置有U相MOSFET模塊、V相MOSFET模塊和W相MOSFET模塊，所述每相MOSFET模塊包括分別由多個MOSFET組成的MOSFET上橋和MOSFET下橋；所述第一 PCB板上還設置有至少兩個正極接線柱和至少兩個負極接線柱，所述每相MOSFET模塊的一側設置有至少一個正極接線柱，另一側設置有至少一個負極接線柱；所述第一 PCB板上還設置有三相輸出接線柱，所述三相輸出接線柱位于每相MOSFET模塊中MOSFET上、下橋之間。
[0005]本實用新型的功率模塊，多個MOSFET分三相控制模塊均勻布置在第一 PCB板上，每相MOSFET模塊分為MOSFET上橋和MOSFET下橋，布局合理，結構緊湊；正負極電源接線柱采用分布式布置在所示第一 PCB板上，并在每相MOSFET模塊的兩側間隔式布置，使分布在每個正、負極接線柱周圍的MOSFET基本相同，每個MOSFET到正、負極電源接線柱的走線基本等長，從而保證了每個并聯MOSFET的均流特性，工作時不會因為個別MOSFET承受過流或過壓而損壞。本實用新型將U、V、W三相輸出接線柱設置在每相MOSFET模塊中MOSFET上、下橋之間，保證了信號走線最短及整個電路的對稱性，每個MOSFET到三相輸出接線柱的距離基本相等，有效提高了各個MOSFET的均流特性，提高了工作穩定性和使用壽命。
[0006]優選情況下，所述MOSFET上橋和MOSFET下橋中MOSFET的數量均為12個。
[0007]優選情況下，所述正極和負極接線柱分別為4個，所述每相MOSFET模塊的一側設置有兩個正極接線柱，另一側設置有兩個負極接線柱。
[0008]本實用新型的另一個目的是提供一種大功率電機控制器，包括上述功率模塊，以及位于所述功率模塊上的驅動模塊；所述驅動模塊包括第二 PCB板，所述第二 PCB板上設置有與第一 PCB板上的正、負極接線柱相對應的通孔，所述功率模塊上的正、負極接線柱通過第二 PCB板上的通孔穿設到所述第二 PCB板上方，所述第二 PCB板上還設置有多個電容，所述多個電容均勻分布在正、負極接線柱周圍并與所述正、負極接線柱連接；所述大功率電機控制器還包括用于產生PWM信號的驅動電路，所述驅動電路與功率模塊上的MOSFET電連接。
[0009]本實用新型的大功率電機控制器，采用功率模塊和驅動模塊的分離式設計，功率模塊上設置有多個M0SFET，驅動模塊上設置有多個電容驅動模塊設置在功率模塊上方。同時，正負極接線柱穿設到驅動模塊上，實現了電容和MOSFET以及電源之間的連接，電容分布式布置在各個接線柱周圍，每個電容到正負極接線柱之間距離基本相等且走線最短，使各個電容能夠快速充放電，及時給功率模塊補充所需電能。整個控制器結構緊湊，占用體積較小。
[0010]優選情況下，所述第一 PCB板上的MOSFET通過正、負極接線柱與所述第二 PCB板上的電容連接。
[0011]優選情況下，所述驅動電路設置在驅動模塊上，所述大功率電機控制器還包括連接器，所述驅動電路通過連接器與功率模塊上的MOSFET電連接。
[0012]優選情況下，所述連接器包括連接器公端和連接器母端，所述第一 PCB板上設置有連接器公端，所述第二 PCB板上設置有連接器母端，所述連接器公端和連接器母端插接后實現第一 PCB板和第二 PCB板的電信號傳遞。
[0013]優選情況下，所述連接器的個數為三個，且每個連接器公端設置在第一 PCB板上每相MOSFET上橋和MOSFET下橋之間。
[0014]優選情況下，所述第二 PCB板的通孔周圍設置有銅墊圈。
[0015]優選情況下，所述大功率電機控制器還包括散熱片，所述散熱片位于第一 PCB板底部。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型功率模塊的俯視圖；
[0017]圖2為本實用新型功率模塊的側視圖；
[0018]圖3為本實用新型功率模塊的立體圖；
[0019]圖4為本實用新型驅動模塊的俯視圖；
[0020]圖5為本實用新型驅動模塊的側視圖；
[0021]圖6為本實用新型驅動模塊的立體圖；
[0022]圖7為本實用新型電機控制器的立體圖；
[0023]圖8為本實用新型電機控制器的側視圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本實用新型所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0025]在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語“相連”、“連接”、“固定”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
[0026]本實用新型提供了一種大功率電機控制器的功率模塊，如圖1、圖2和圖3所示，所述功率模塊100包括第一 PCB板101，第一 PCB板101上設置有U相MOSFET模塊110、V相MOSFET模塊120和W相MOSFET模塊130，所述每相MOSFET模塊包括MOSFET上橋和MOSFET下橋，如U相MOSFET模塊110包括MOSFET上橋111和MOSFET下橋112，MOSFET上橋或MOSFET下橋中多個M0SFET113互相并聯。容易理解的是，本領域技術人員可以根據實際情況選擇每相MOSFET模塊中MOSFET的個數，如本實用新型的實施例中適用于大功率控制場合的驅動模塊，采用12只MOSFET并聯，整個功率模塊共含有72只M0SFET。
[0027]本實用新型功率模塊的第一 PCB板101上還設置有正、負極接線柱，所述正、負極接線柱間隔分布在每相MOSFET模塊周圍。為保證每只MOSFET到正、負極接線柱的距離相等，正、負極接線柱的數量應根據MOSFET的數量進行選擇，當MOSFET的數量較多時，相應地，正、負極接線柱的數量也應增多，并且每相MOSFET模塊的一側設置有至少一個正極接線柱，另一側設置有至少一個負極接線柱，如本實用新型的一個實施例，當功率模塊100上設置有72只MOSFET時，采用四個正極接線柱141、142、143和144，以及四個負極接線柱151、152、153和154。如圖1所示，正極接線柱141和142設置在U相MOSFET的一側，負極接線柱151和152設置在U相MOSFET的另一側，并且在U相MOSFET和V相MOSFET之間，正極接線柱143和144設置在V相MOSFET和W相MOSFET之間，負極接線柱153和154設置在W相接線柱的另一側。當功率模塊上的MOSFET數量較少時，也可以采用較少的正、負極接線柱，如可采用兩個正極接線柱和兩個負極接線柱，同樣采用上述規律進行間隔式排布，每相MOSFET模塊的一側設有一個正極或負極接線柱。當然，MOSFET數量較多時也可以采用較多的正、負極接線柱。本領域技術人員在設計時可根據實際情況進行選擇，在保證正負極接線柱間隔式分布，以及每個MOSFET到正負極接線柱的距離盡量相等及走線最短的前提下，某個接線柱的具體位置可以根據第一 PCB板的大小等因素靈活調整。本實用新型的功率模塊100，三相MOSFET模塊依次排列在第一 PCB板上，正、負極接線柱間隔式分布在每相MOSFET模塊的兩側，使每個MOSFET到正負極接線柱的距離基本相等，保證了每個并聯MOSFET的均流特性，工作時不會因為個別MOSFET承受過流或過壓而損壞。本實用新型的PCB板上還設置有三相輸出接線柱，所述三相輸出接線柱為3對，如圖中所示的接線柱161、162和163，分別設置在每相MOSFET模塊中MOSFET上橋和下橋之間，這樣可以使走線最短，同時保證了各MOSFET的均流效果，提高了電機控制的穩定性。本實用新型中每個M0SFET113的漏極接正極接線柱，源極接負極接線柱，且MOSFET上橋或下橋中的各MOSFET并聯。
[0028]本實用新型還提供了一種包括上述功率模塊100的大功率電機控制器，所述控制器還包括驅動模塊，如圖4、圖5和圖6所示，所述驅動模塊200包括第二 PCB板201，所述第二 PCB板上設置有通孔202，所述通孔202的位置與第一 PCB板上的正負極接線柱相對應，正負極接線柱可以通過所述通孔202穿設到第二 PCB板201的上方，這樣驅動模塊200設置在功率模塊100的上方。優選情況下，第二 PCB板201上的通孔202的個數與正、負極接線柱以及三相輸出接線柱的數量相等，位置對應，所述三相輸出接線柱161、162和163也從通孔穿設到第二 PCB板201上方，方便與電機的U、V、W三相連接。所述第二 PCB板上還設置有多個電容203，所述多個電容203分布在每個正負極接線柱的周圍，這樣可以保證每個電容203到正負極接線柱的走線最短，且距離基本相同，起到均流的作用，可以使電容迅速充放電。本實用新型的正負極接線柱與電源連接，所述電源可以為電池(圖中未示出)，電容203通過正負極接線柱與功率模塊100上的MOSFET連接，為MOSFET啟動時提供補充電流，當MOSFET閉合后，電池可以通過正負極接線柱為電容203進行充電，為MOSFET的下一次啟動做準備。由于電容203分布在正負極接線柱周圍，具有均流效果，充放電速度快，可以快速為MOSFET補充電能，在虧電的情況下所有電容又可以快速一致的進行充電。如圖4所示，所述每個通孔202的周圍設置有銅墊片，所述銅墊片202起到導電的作用，同時使導電介質接觸均勻，防止接觸不均勻造成冒火花的現象。本領域技術人員可以根據實際情況自行設計電容203在第二 PCB板201上的具體分布形狀，如考慮第二 PCB板201的大小等因素，只要滿足電容203平均分布在每個正負極接線柱周圍，使每個電容203到正負極接線柱的距離基本相等且走線最短即可。所述電容203為鋁電解電容。
[0029]本實用新型的大功率電機控制器，如圖7和圖8所示，驅動模塊的第二 PCB板201位于功率模塊的第一 PCB板101的上方,所述第二 PCB板201上還設置有驅動電路(圖中未示出)，所述驅動電路為功率模塊上的MOSFET提供PWM脈沖信號。所述第一 PCB板和第二PCB板通過連接器300連接，所述連接器300包括連接器公端301和連接器母端302，所述公端301設置在第一 PCB板101上，母端302設置在第二 PCB板201上。所述連接器300為三個，分別位于每相MOSFET模塊附近，優選位于每相MOSFET上橋和下橋之間，這樣可以保證每路信號到每相MOSFET模塊中各MOSFET的走線最短，距離基本相同，實現均流效果，使MOSFET不易損壞，提高了電機控制的穩定性。所述驅動電路輸出的PWM信號通過連接器300與功率模塊上的各MOSFET的柵極連接。采用連接器將驅動電路產生的PWM脈沖信號傳遞給功率模塊上的M0SFET，能夠保證驅動電路與功率模塊的緊密連接，大大減少了電路中廣生的寄生電感和寄生電容，從而減少了寄生振蕩的廣生，提聞了整個大功率電機控制器各元器件及信號傳遞的穩定性。
[0030]本實用新型的電機控制器還包括散熱片400，所述功率模塊100和驅動模塊200依次設置在散熱片400之上，由于控制器工作時會產生較大熱量，增加散熱片有利于熱量的傳導。本實用新型的功率模塊上，還可以設置溫度傳感器，用于檢測功率模塊的溫度。
[0031]本實用新型的大功率電機控制器，元器件采用分布式和間隔式設計，有效提高了整個系統的可靠性和驅動均衡作用，結構緊湊，大大降低了制造成本。
[0032]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的特征和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種大功率電機控制器的功率模塊，其特征在于，包括第一 PCB板；所述第一 PCB板上設置有U相MOSFET模塊、V相MOSFET模塊和W相MOSFET模塊，所述每相MOSFET模塊包括分別由多個MOSFET組成的MOSFET上橋和MOSFET下橋；所述第一 PCB板上還設置有至少兩個正極接線柱和至少兩個負極接線柱，所述每相MOSFET模塊的一側設置有至少一個正極接線柱，另一側設置有至少一個負極接線柱；所述第一 PCB板上還設置有三相輸出接線柱，所述三相輸出接線柱位于每相MOSFET模塊中MOSFET上、下橋之間。
2.根據權利要求1所述的大功率電機控制器的功率模塊，其特征在于，所述MOSFET上橋和MOSFET下橋中MOSFET的數量均為12個。
3.根據權利要求2所述的大功率電機控制器的功率模塊，其特征在于，所述正極和負極接線柱分別為4個，所述每相MOSFET模塊的一側設置有兩個正極接線柱，另一側設置有兩個負極接線柱。
4.一種大功率電機控制器，其特征在于，包括如權利要求1-3中任意一項所述的功率模塊，以及位于所述功率模塊上的驅動模塊；所述驅動模塊包括第二 PCB板，所述第二 PCB板上設置有與第一 PCB板上的正、負極接線柱相對應的通孔，所述功率模塊上的正、負極接線柱通過第二 PCB板上的通孔穿設到所述第二 PCB板上方，所述第二 PCB板上還設置有多個電容，所述多個電容均勻分布在正、負極接線柱周圍并與所述正、負極接線柱連接；所述大功率電機控制器還包括用于產生PWM信號的驅動電路，所述驅動電路與功率模塊上的MOSFET電連接。
5.根據權利要求4所述的大功率電機控制器，其特征在于，所述第一PCB板上的MOSFET通過正、負極接線柱與所述第二 PCB板上的電容連接。
6.根據權利要求4所述的大功率電機控制器，其特征在于，所述驅動電路設置在驅動模塊上，所述大功率電機控制器還包括連接器，所述驅動電路通過連接器與功率模塊上的MOSFET電連接。
7.根據權利要求6所述的大功率電機控制器，其特征在于，所述連接器包括連接器公端和連接器母端，所述第一 PCB板上設置有連接器公端，所述第二 PCB板上設置有連接器母端，所述連接器公端和連接器母端插接后實現第一 PCB板和第二 PCB板的電信號傳遞。
8.根據權利要求7所述的大功率電機控制器，其特征在于，所述連接器的個數為三個，且每個連接器公端設置在第一 PCB板上每相MOSFET上橋和MOSFET下橋之間。
9.根據權利要求4所述的大功率電機控制器，其特征在于，所述第二PCB板的通孔周圍設置有銅墊圈。
10.根據權利要求4所述的大功率電機控制器，其特征在于，所述大功率電機控制器還包括散熱片，所述散熱片位于第一 PCB板底部。
【文檔編號】H02M7/00GK203416175SQ201320462142
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】陶孝收, 范文華, 李文龍, 宋有龍 申請人:比亞迪股份有限公司