CN109890138B - 一种具有igbt功率管的电路板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有IGBT功率管的电路板，属于电路板技术领域。它解决现有具有IGBT功率管的电路板的稳定性问题。本发明包括上下间隔设置的铝基板和电路板，铝基板上固连有多个IGBT功率管并由这些IGBT功率管连成主回路，电路板上设有驱动主回路的控制电路，其特征在于，所述IGBT功率管的发射极管脚的前端部将铝基板和电路板固连并且连通主回路和控制电路，并且多个发射极管脚的前端部以离散分布方式连接在电路板上。本发明在发射极管脚上作出改进在固连方式和信号传递上进行了优化，提高了电路板的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于电路板技术领域，涉及一种控制电路板，特别是一种具有IGBT功率管的控制电路板。
背景技术
IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写，广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、UPS及逆变焊机当中。在IGBT控制电路包括IGBT主回路和对IGBT主回路的控制电路，为保证IGBT控制电路工作的稳定性，需要对IGBT主回路进行散热。
目前IGBT主回路的散热结构主要是将IGBT控制电路设置在铝基板上，通过扩大散热面积来加快散热，进一步的是在铝基板的底部增设置翅片形散热器，以进一步的增大散热面积。
在此技术的基础上，为了保证电路的稳定性，将IGBT主回路和控制电路进行分层，即大功率的IGBT主回路设置在铝基板上，而将控制电路以及其他控制电路布置在另一块PCB板上，避免IGBT的高热量影响到保护电路。如中国专利CN202963736U公开的“一种微处理器控制铝基电路板逆变焊机的结构”，其就是将铝基电路板和控制电路板分离并增加散热器。
电路板分层设计的电路具有很多的优点，比如体积减小、散热性增强等，但是电路板分层布置需要将两个电路板之间进行固定连接和电连接使两个电路板整体能够工作起来。现有的两个电路板之间的电连接是通过接线柱进行连接的。如中国专利申请CN103281862A公开的“一种单元电路板组装结构”，各分立单板之间经固定件呈竖向间隔固定，各分立单板之间通过导电的固定件实现信号连接。类似的还有发明专利CN102638190B公开的“基于单面铝基电路板的三相电机驱动用功率模块”，该功率模块中，将所有的功率器件分别汇集到接线柱B+、B-和U然后在于外界实现输入和输出。
这种结构的电路板由于将IGBT、MOSFET等功率器件都汇聚在一个或者几个接线柱上，一是需要在电路板上设计较长的布线，占用了电路板的布局面积，并汇聚的布线会导致热量的集中；二是接线柱设置在电路板边缘方便安装，但是所有功率器件进行汇聚后对连接柱的要求就较高，除了要承担连接固定件外，还需要进行较多的信号传输，一旦接线柱被短接就容易导致损坏。
发明内容
本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种具有IGBT功率模块的电路板，本发明所要解决的技术问题是如何改善具有IGBT功率模块电路板的稳定性。
本发明通过下列技术方案来实现：一种具有IGBT功率管的电路板，包括上下间隔设置的铝基板和电路板，铝基板上固连有多个IGBT功率管并由这些IGBT功率管连成主回路，电路板上设有驱动主回路的控制电路，其特征在于，所述IGBT功率管的发射极管脚的前端部将铝基板和电路板固连并且连通主回路和控制电路，并且多个发射极管脚的前端部以离散分布方式连接在电路板上。
本方案直接采用IGBT功率管的发射极管脚作为连接铝基板和电路板固定的连接件，并且通过IGBT功率管的发射极管脚还连通主回路和控制电路，将发射极管脚作为信号通道进行使用，在此发射极管脚双功能的基础上，这种结构的发射极管脚有多个且形成离散分布，使控制电路对IGBT主回路形成了分散式的信号传递方式，即控制电路直接对各个IGBT功率管的发射极管脚输送基准电压信号，而不是背景技术阐述的结构，先集中后分散的方式传递，即先将信号传递到接线柱，再由接线柱和布线传送到IGBT功率管的发射极管脚或者栅极管脚。而这种离散分布的多个发射极管脚同时弥补了单个管脚连接强度不强的缺陷，因此不再需要额外的固定结构将两个电路板固定。克服了功率管管脚不能作为固定连接件的常规认识。因此，本方案在发射极管脚上作出改进在固连方式和信号传递上进行了优化，提高了电路板的稳定性。
在上述的电路板中，所述的发射极管脚弯折后形成呈竖直状前端部并连接在铝基板和电路板之间。前端部形成竖直状能够使铝基板和电路板之间保持较好的连接强度，不容易受力弯折而导致铝基板和电路板之间的散热间隙缩小。
在上述的电路板中，所述的发射极管脚由管脚根部向下弯折形成的中间段，中间段的长度小于前端部的长度。这种结构能够使前端部有足够的长度使铝基板和电路板之间形成较大的散热间隙。
在上述的电路板中，所述的中间段与前端部之间有一段过渡段，过渡段位于IGBT功率管的封装壳体底部的下方。通过过渡段形成支撑底座的效果，增强连接强度，也因增加了接触面积而提高了电连接的稳定性。
在上述的电路板中，所述的IGBT功率管按直线方式排列在铝基板上，每个IGBT功率管的发射极管脚形成直线形式的离散分布。通过直线排列形成阵列使得铝基板和电路板之间形成可靠的固定效果，也能节约排布的空间，使得电路板可以做得较小，进而能够实现电机驱动器的小型化。
在上述的电路板中，离散分布的发射极管脚位于电路板的中间部分或边缘部分。由于铝基板和电路板之间的间隔不大，分布在中间就不会接触到手指、其他导体等，避免裸露的管脚因接触到外部误入的导线而导致短路。
在上述的电路板中，所述的铝基板上布有第一母线和第二母线，部分IGBT功率管的底部金属片通过焊接固定在第一母线上，其余IGBT功率管位于第一母线和第二母线之间。整流桥的发热量也很大，故将整理桥也设置在铝基板上，而金属导电线做宽带式能够进一步的导电产生的减少热量以及加快散热速度。
在上述的电路板中，所述铝基板上设有整流桥，所述的整流桥的输出引脚分别与第一母线和第二母线连接，整流桥的输入引脚将铝基板和电路板固连，并且铝基板或者电路板固连连接点作为市电的输入接口，所述整流桥的输出引脚的将铝基板和电路板固连，并且电路板板上的连接点作为控制电路的供电接接口。越多的引脚作为固定连接件，能够增加铝基板和电路板之间的连接，稳定性提升。
与现有技术相比，本可动机箱具有以下优点：
1、通过对发射极管脚作出改进，使铝基板和电路板之间的固连方式增加了，消除了连接柱的固连方式，并且在信号传递方面采用分散直接传递，提高了电路板的稳定性。
2、采用了管脚或引脚作为固连的连接结构，并且进行了合理的排列，使得铝基板上的布线简化，散热的面积扩大。
附图说明
图1是实施例的电机控制电路的原理示意图。
图2是实施例的电路板结构立体示意图。
图3是单个IGBT功率管的立体示意图。
图4中去掉电路板的立体结构示意图。
图5是图2的俯视结构示意图。
图6是图5中A-A处的剖视结构示意图。
图7是图3的发射极管脚代替方案的结构示意图。
图中，1、IGBT功率管；1a、前端部；1b、过渡段；1c、中间段；1d、管脚根部；2、第一母线；3、第二母线；4、整流桥；5、电路板；6、铝基板；61、金属布线；62、电源布线；7、散热间隙；
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示的控制电路原理图，其用于电机的驱动和调速。图中A部分用曲线圈出的控制电路的主回路电路原理图，由6个IGBT功率管1连接而成，这6个IGBT功率管1分别为标记为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6，每个IGBT功率管1有三个管脚，分别为用于控制IGBT功率管1导通的栅极管脚G，用于基准电压的发射极管脚E和传输大电流的集电极管脚C，为区别不同IGBT功率管的管脚，将IGBT功率管Q1的栅极管脚G标记为G1，发射极管脚E标记为E1，集电极管脚C标记为C1，以此类推。从图1中可以看到，IGBT功率管Q1、Q3、Q5的集电极C1、C3、C5分别连接到第一母线2上，IGBT功率管Q2、Q4、Q6的发射极E2、E4、E6分别连接到第二母线3上，IGBT功率管Q1、Q3、Q5的发射极E1、E3、E5分别于相应的IGBT功率管Q2、Q4、Q6的集电极C2、C4、C6连接，这6个IGBT形成了主回路。第一母线2和第二母线3分别与整流桥4的输入管脚B3、B4对应连接，在第二母线3和输入管脚B4之间串联有电阻R，整流桥4的输入管脚B1、B2与市电或者与单相交流电源连接。并且发射极E1和集电极C2的连接点、发射极E3和集电极C4的连接点、发射极E5和集电极C6的连接点为三相交流电的输出端口。市电经整流桥4后通过第一母线2和第二母线3输入主回路，然后由主回路输出三相电到电机，从而对电机进行调速和驱动。而调试和驱动的控制则由IGBT功率管1的栅极管脚G连接到电路板5的控制电路，控制电路已有成熟的控制电路，本实施例不在详细阐述。与本案改进相关的是IBGT功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的发射极管脚E和栅极管脚G在电路板5上的分布。图中B部分用实线圈出的是发射极管脚E和栅极管脚G在电路板5上的分布。通过这种管脚的分布，控制电路直接与管脚连接。
在图1中，用粗线表示的线条因为有大电流流过，有非常大的发热量，同时，用圆圈圈出的IGBT功率管在进行开断操作时以及整流桥和电阻R都是高发热的元器件。因此，为保证驱动电路的稳定性，本实施例采用上下间隔的分层设置，将这些高发热的器件和控制电路进行分层设计。
如图2所示，将上述的6个IGBT功率管1设置在铝基板6上，控制电路设置在电路板4上，铝基板6和电路板4之间形成散热间隙7。铝基板6是一个用于散热的金属板，电路板4为PCB印刷电路板。作为扩展的，将电路板5再分出一个子电路板，并将子电路板与电路板5上下再间隔设置形成三层的分层结构也是可行的。
如图3所示的单个IGBT功率管，其封装壳体为矩形，管脚所在一侧为长度方向，另一侧为宽度方向，其底部的金属片为集电极C，固将中间的集电极管脚C前端部剪处避免造成不必要的短路，左侧的栅极管脚G的向上弯折呈L形并管脚前端可以连接在电路板5上，右侧的发射极管脚E由管脚根部1d向下弯折形成的中间段1c，中间段1c在弯折形成一段过渡段1b，过渡段1c位于IGBT功率管的封装壳体底部的下方，过渡段1b再向上弯折形成呈竖直状的前端部1a，前端部1a的前端可以连接在电路板5上，并且中间段1c的长度小于前端部1a的长度使前端部1a有足够的长度使铝基板6和电路板5之间形成较大的散热间隙7。为焊接连接方便，前端部1a的前端和栅极管脚G的L形前端平齐。图4的管脚形状弯折是由直角弯折形成的，作为类似的，弯折可以弯折形成圆弧形、锐角、钝角等形状都是可以的，特别是发射极管脚，三处弯折可以混合的。在弯折的形状中，以直角和圆弧形最佳，如图7所示，圆弧能够使铝基板和电路板之间具备一定的弹性。直角弯折能够使过渡段1b形成平直的底座结构。
如图4所示，在铝基板6的中间设有相互平行且呈扁平状的第一母线2和第二母线3，IGBT功率管Q1、Q3、Q5的集电极(底部金属片)C1、C3、C5分别通过锡焊焊接在第一母线2上，IGBT功率管Q1、Q3、Q5按长度方向间隔排列且管脚朝向相同，IGBT功率管Q2、Q4、Q6按宽度方向间隔排列且管脚朝向相同，使IGBT功率管1的管脚阵列形式的离散分布，且发射极管脚位于电路板的中间部分或边缘部分。IGBT功率管Q2、Q4、Q6的发射极E2、E4、E6的过渡段1c锡焊焊接在第二母线3上，在铝基板6的第一母线2和第二母线3之间间隔设有金属布线61，IGBT功率管Q1、Q3、Q5的发射极E1、E3、E5和相应的IGBT功率管Q2、Q4、Q6的集电极C2、C4、C6分别通过锡焊焊接在金属布线61上，金属布线61在铝基板6底部可以引出接线柱作为三相电的输出端口。这种结构使得IGBT功率管Q2、Q4、Q6位于第一母线2和第二母线3之间，通过这种结构能够节约排布的空间，实现电机驱动器的小型化。整流桥4设置在铝基板6的左侧，其管脚B1-B4按纵向排列成一排，整流桥4的引脚B1-B4分别弯折形成如同IGBT功率管的发射极管脚形状，即具有中间部，过渡段和前端部，引脚B1-B4的前端部的前端平齐并且可以与电路板5固连，输出引脚B3、B4的过渡段分别焊接在对应的第一母线2和第二母线3的端部，第二母线3为两段且两者之间串联电阻R。输入引脚B1、B2的过度段分别焊接在铝基板6的电源布线62上，电源布线62在铝基板6底部可以引出接线柱作为市电输入接口，也可以将输入引脚B1、B2的前端部的前端作为市电输入接口。输出引脚B1、B2的前端部的前端作为电路板5上控制电路的供电电源接口。
图2结合图5所示，在电路板5的左侧有四个用于纵向排成一排的接口，用于连接整流桥4的管脚B1-B4，用于连接IGBT功率管Q1、Q3、Q5的发射极管脚E1、E3、E5和栅极管脚G1、G3、G5的接口横向排列成一排在电路板5的右侧上半部分，用于IGBT功率管Q2、Q4、Q6的发射极管脚E2、E4、E6和栅极管脚G2、G4、G6排成两排并位于电路板5的右侧下半部分。从中可见，各个管脚是离散分布在电路板5上的，且上部IGBT功率管Q1和下部的IGBT功率管Q2的管脚形成T字型，有利于强化固连结构，在横向和纵向上都能强化。再结合图6所示，IGBT功率管1的发射极管脚E的前端部1a将铝基板6和电路板5固连并且连通主回路和控制电路，并且多个发射极管脚E的前端部1a以离散分布方式连接在电路板5上。
本方案直接采用IGBT功率管2的发射极管脚E作为连接铝基板6和电路板5固定的连接件，并且通过IGBT功率管1的发射极管脚E还连通主回路和控制电路，将发射极管脚E作为信号通道进行使用，在此发射极管脚E双功能的基础上，这种结构的发射极管脚E有多个且形成离散分布，使控制电路对IGBT主回路形成了分散式的信号传递方式，即控制电路直接对各个IGBT功率管1的发射极管脚E输送基准电压信号。这种离散分布的多个发射极管脚E同时弥补了单个管脚连接强度不强的缺陷，因此不再需要额外的固定结构将两个电路板固定。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种具有IGBT功率管的电路板，包括上下间隔设置的铝基板(6)和电路板(5)，铝基板(6)上固连有多个IGBT功率管(1)并由这些IGBT功率管(1)连成主回路，电路板(5)上设有驱动主回路的控制电路，其特征在于，所述IGBT功率管(1)的发射极管脚(E)将铝基板(6)和电路板(5)固连并且连通主回路和控制电路，并且多个发射极管脚(E)的前端部(1a)以离散分布方式连接在电路板(5)上，在铝基板(6)的中间设有相互平行且呈扁平状的第一母线(2)和第二母线(3)，部分IGBT功率管(1)的底部金属片通过焊接固定在第一母线(2)上，其余IGBT功率管(1)位于第一母线(2)和第二母线(3)之间。
2.根据权利要求1所述的具有IGBT功率管的电路板，其特征在于，所述的发射极管脚(E)弯折后形成呈竖直状前端部(1a)并连接在铝基板(6)和电路板(5)之间。
3.根据权利要求2所述的具有IGBT功率管的电路板，其特征在于，所述的发射极管脚(E)由管脚根部(1d)向下弯折形成的中间段(1c)，中间段(1c)的长度小于前端部(1a)的长度。
4.根据权利要求3所述的具有IGBT功率管的电路板，其特征在于，所述的中间段(1c)与前端部(1a)之间有一段过渡段(1b)，过渡段(1b)位于IGBT功率管(1)的封装壳体底部的下方。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的具有IGBT功率管的电路板，其特征在于，所述的IGBT功率管(1)按直线方式排列在铝基板(6)上，每个IGBT功率管(1)的发射极管脚(E)形成直线形式的离散分布。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的具有IGBT功率管的电路板，其特征在于，离散分布的发射极管脚(E)位于电路板(5)的中间部分或边缘部分。
7.根据权利要求1所述的具有IGBT功率管的电路板，其特征在于，所述铝基板(6)上设有整流桥(4)，所述的整流桥(4)的输出引脚分别与第一母线(2)和第二母线(3)连接，整流桥(4)的输入引脚将铝基板(6)和电路板(5)固连，并且铝基板(6)或者电路板(5)固连连接点作为市电的输入接口，所述整流桥(4)的输出引脚的将铝基板(6)和电路板(5)固连，并且电路板(5)板上的连接点作为控制电路的供电接接口。
8.根据权利要求1所述的具有IGBT功率管的电路板，其特征在于，在电路板(5)的上半部，部分IGBT功率管(1)的发射极管脚(E)和栅极管脚(G)横向排列成一排，在电路板(5)的下部，其余IGBT功率管(1)的发射极管脚(E)和栅极管脚(G)排成两排，上半部的一个IGBT功率管(1)和下半部对应的一个IGBT功率管(1)的管脚形成T字型。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Country or region after: China Address after: 5 Wanjin Road, Zeguo Town, Wenling City, Taizhou City, Zhejiang Province Applicant after: Jinba Technology Co.,Ltd. Address before: 317500 building 3, Xincheng Avenue, Qiaowu village, Zeguo Town, Wenling City, Taizhou City, Zhejiang Province Applicant before: JINBA INDUSTRY AND TRADE Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |