CN112803793A - 一种基板散热的eps装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基板散热的EPS装置，将功率部S1和控制部S2集成在一块FR4材质的基板上，用导热材料G填充至基板的金属贯通孔以及基板与基板安装单元的间隙中，使场效应晶体管FET、电解电容、采样电阻等功率元器件产生的热量通过导热材料传递至基板安装单元。本发明的优点为：有效将场效应晶体管FET因开关产生的热量传递至外界；安装方便，能够有效提高生产效率；有利于电动助力转向***电子控制单元的小型化；降低成本。

Description

一种基板散热的EPS装置
技术领域
本发明涉及EPS技术领域，具体涉及一种基板散热的EPS装置。
背景技术
EPS(电动助力转向***)需要由安装在基板上的逆变器工作来驱动马达，而逆变器由场效应晶体管FET组成，场效应晶体管FET及电解电容、采样电阻等功率元器件在工作过程中会产生大量的热，如果热量无法及时散除，会导致场效应晶体管FET、电解电容和采样电阻等功率元器件的性能下降甚至失效。
传统的功率元器件的散热方法是使用铝基板作为功率部S1(功率电路部分)的基板，使用FR4基板作为控制部S2(控制电路部分)的基板。使用铝基板虽然能起到很好的散热效果，但是不利于电子控制单元的小型化，且功率部S1基板与控制部S2基板的装配复杂，生产效率低下；另外，铝基板的成本相对较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种安装方便、降低成本、有效提高生产效率的基板散热的EPS装置。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
本发明一种基板散热的EPS装置，将功率部S1和控制部S2集成在一块FR4基板上，用导热材料填充至基板的金属贯通孔以及基板与基板安装单元的间隙中，使场效应晶体管FET、电解电容、采样电阻等功率元器件产生的热量通过导热材料传递至基板安装单元。
具体地，一种基板散热的EPS装置，用于马达驱动，包括功率部S1、控制部S2；
所述功率部S1包括场效应晶体管FET1-FET11、电解电容C10、采样电阻R1-R3组成的功率电路部分，具体连接方式如下：6个场效应晶体管FET1～FET6组成逆变器电路INV,连接于与基板正连接部CN+连接的电位B+的正极线ND+和与基板负连接部CN-连接的电位B-的负极线ND-之间；电解电容器C10在正极线ND+与负极线ND-之间并与逆变器电路INV并联连接；分流器电阻R1-R3分别串联于场效应晶体管FET2、FET4、FET6与负极板ND-之间；场效应晶体管FET10和场效应晶体管FET11作为能够切断电力的半导体开关而连接于连接逆变器电路INV和电解电容器C10的正极线的节点ND+的前级；
所述控制部S2包括电源电路CC1、微处理器CC2、驱动电路CC3及预驱动电路；
所述功率部S1和控制部S2集成在一块FR4材质的基板上。
进一步地，所述基板底面侧与马达轴向正面侧对置，基板板正面侧安装用于马达驱动的含功率元器件的功率部S1；
所述基板在功率元器件下方以及周边位置分布金属贯通孔，孔径范围0.3-0.6mm；
所述基板安装功率元器件的正面侧与基板安装单元的散热器间隙配合，间隙由导热材料G填充；
所述EPS电路板在装配过程中，导热材料G从所述基板底面侧与基板安装单元挤压入金属贯通孔直达基板装配功率元器件的正面侧，与功率元器件下方接触或突出在功率元器件周边；
功率元器件散发的热量从该基板的正面侧经由所述基板的金属贯通孔以及导热材料G向所述基板安装单元的散热器传导热量。
进一步地所述基板底面侧配置有电源电路CC1和微处理器CC2，所述基板的正面侧或底面侧配置有驱动电路CC3及其他，所述基板的正面侧安装功率部。
进一步地，所述基板正面侧的外部连接用连接器的附近配置有转矩接口电路和CAN电路。
进一步地，在马达转子中心位置靠近电路板端装配有磁石，对应在基板装置有角度解码芯片。
进一步地，一种基板散热的EPS装置，其基板与电动马达形成为一体。
进一步地，将所述电动马达的壳体用作外部散热体，从所述功率部S1产生的热被传导至基板安装单元最终传导至电动马达的壳体加强散热。
进一步地，电动动力转向用电子控制单元，在所述基板的板边与所述功率部S1之间的区域内，配置有生成所述电动马达的驱动用交流电源的三相桥接电路的输出端子。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.有效将场效应晶体管FET因开关产生的热量传递至外界；
2.安装方便，能够有效提高生产效率；
3.有利于电动助力转向***电子控制单元的小型化；
4.降低成本。
附图说明
图1是本发明一种基板散热的EPS装置的电路示意图；
图2是本发明一种基板散热的EPS装置的结构展示图；
图3是本发明一种基板散热的EPS装置的基板和金属贯通孔的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例作进一步详细的描述。
实施例1
如图1所示，本发明涉及一种基板散热的EPS装置，其电路部分包括功率部S1和控制部S2。功率部S1是由场效应晶体管FET1-FET11、电解电容C10、采样电阻R1-R3等功率元器件组成的功率电路部分，具体连接方式如下：6个场效应晶体管FET1～FET6组成逆变器电路INV,连接于与基板正连接部CN+连接的电位B+的正极线ND+和与基板负连接部CN-连接的电位B-的负极线ND-之间。电解电容器C10在正极线ND+与负极线ND-之间与逆变器电路INV并联连接。分流器电阻R1-R3分别串联于场效应晶体管FET2、FET4、FET6与负极板ND-之间。场效应晶体管FET10和场效应晶体管FET11作为能够切断电力的半导体开关而连接于连接逆变器电路INV和电解电容器C10的正极线的节点ND+的前级，也可以只存在一个场效应晶体管FET10或FET11，起到对电源电压反接保护的功能。
场效应晶体管FET1和场效应晶体管FET2串联连接于正极线与负极线之间。场效应晶体管FET1和场效应晶体管FET2将U相电流提供给马达的U相绕组。分流器电阻R1串联连接于场效应晶体管FET2与负极线之间，检测流过分流器电阻R1的电流。场效应晶体管FET7被连接于场效应晶体管FET1和场效应晶体管FET2的连接线与逆变器输出端子TU之间。场效应晶体管FET7切断U相电流或使U相电流通过。
场效应晶体管FET3和场效应晶体管FET4串联连接于正极线与负极线之间。场效应晶体管FET3和场效应晶体管FET4将V相电流提供给马达的V相绕组。采样电阻R2串联连接于场效应晶体管FET4与负极线之间，检测流过采样电阻R2的电流。场效应晶体管FET8被连接于场效应晶体管FET3和场效应晶体管FET4的连接线与逆变器输出端子TV之间。场效应晶体管FET8切断V相电流或使V相电流通过。
场效应晶体管FET5和场效应晶体管FET6串联连接于正极线与负极线之间。场效应晶体管FET5和场效应晶体管FET6将W相电流提供给马达的W相绕组。采样电阻R4串联连接于场效应晶体管FET6与负极线之间，检测流过采样电阻R3的电流。场效应晶体管FET9被连接于连接场效应晶体管FET5和场效应晶体管FET6的线与逆变器输出端子TW之间。场效应晶体管FET9切断W相电流或使W相电流通过。
电解电容器C10在正极线ND+与负极线ND-之间与逆变器电路INV并联连接，电解电容器C10对电源电压(电位B+与电位B-之差)进行平滑。
场效应晶体管FET1-FET6组成的逆变器INV通过分别被进行PWM控制而将U相电流、V相电流和W相电流提供给马达。逆变器INV输出端子TU、逆变器INV输出端子TV、逆变器输出端子TW分别连接于马达33。
控制部S2由电源电路CC1、微处理器CC2、驱动电路CC3及图1中未显示的其他非功率元器件组成。
功率部S1和控制部S2都安装在基板上，如图虚线框。
实施例2
如图2所示，本发明将传统使用铝基板的功率部S1改用FR4材料作为基板，将电解电容2、场效应晶体管FET3(实际电路为FET1-FET11)和采样电阻4集成在一块FR4基板1上，替代了传统的将功率部5单独装在一块铝基板上再与基板1装配，减少了传统功率部S1使用的铝基板和控制部S2使用的FR4基板的复杂装配连接问题。
功率部5的电解电容2、场效应晶体管FET3(实际电路为FET1-FET11)和采样电阻4等功率元器件的区域也称为功率区域S1,在基板1上的功率区域S1内存在金属贯通孔，这些金属贯通孔一般在功率元器件如场效应晶体管FET1-场效应晶体管FET11下方及周围。在螺纹紧固工序前，将导热材料G涂覆于基板安装单元6功率区域的上表面，在螺纹紧固时，导热材料G因受到挤压而进入金属贯通孔，最终金属贯通孔内会填充满导热材料G，导热材料G能够将因功率部5工作产生的热传递至基板安装单元6。
进一步地，本发明的导热材料G最优选为双组份导热硅脂，但不限于此。
进一步地，本发明的散热设计为了更好的将功率元器件产生的热量传递出去，本发明将基板表层的铜基板厚度设置为2盎司以上，同时将孔铜的厚度设计为不低于25um，由此配合上述金属贯通孔及导热材质G，能够更好的将热量传递至基板安装单元6。
实施例3
如图3所示，本发明涉及一种基板散热的EPS装置，其基板1和金属贯通孔11的结构示意。功率部S1即功率区域S1内，基板1的L1层7、L2层8、L3层9和L4层10中设置有大量金属贯通孔11，这些金属贯通孔11在功率元器件即电解电容2、场效应晶体管FET3和采样电阻4的下方及周围。将导热材料G涂覆于基板安装单元6功率区域的上表面，在螺纹紧固时，导热材料G因受到挤压而进入金属贯通孔11，最终金属贯通孔11内会填充满导热材料G，导热材料G能够将因功率元器件即电解电容2、场效应晶体管FET3和采样电阻4工作产生的热传递至基板安装单元6。
进一步地，本发明的FR4基板上的金属贯通孔的孔径范围在0.3mm到0.6mm之间为最优。
以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (8)

1.一种基板散热的EPS装置，用于马达驱动，其特征在于：包括功率部S1、控制部S2、基板、基板安装单元；
所述功率部S1包括场效应晶体管FET1-FET11、电解电容C10、采样电阻R1-R3组成的功率电路部分，具体连接方式如下：6个场效应晶体管FET1～FET6组成逆变器电路INV,连接于与基板正连接部CN+连接的电位B+的正极线ND+和与基板负连接部CN-连接的电位B-的负极线ND-之间；电解电容器C10在正极线ND+与负极线ND-之间并与逆变器电路INV并联连接；采样电阻R1-R3分别串联于场效应晶体管FET2、FET4、FET6与负极板ND-之间；场效应晶体管FET10和场效应晶体管FET11作为能够切断电力的半导体开关而连接于连接逆变器电路INV和电解电容器C10的正极线的节点ND+的前级，也可以只存在单独一个场效应晶体管FET10或FET11，起到对电源电压反接保护的功能；
所述控制部S2包括电源电路CC1、微处理器CC2、驱动电路CC3及其他电路；
所述功率部S1和控制部S2集成在所述基板上；
所述基板在功率部S1的功率元器件下方以及周边位置分布金属贯通孔，用导热材料G填充至所述基板的金属贯通孔以及基板与基板安装单元的间隙中，使功率部S1的功率元器件产生的热量通过导热材料G传递至基板安装单元。
2.根据权利要求1中所述的一种基板散热的EPS装置，其特征在于：所述基板是FR4材质，所述基板底面侧与马达轴正面侧相向而对，基板正面侧安装用于马达驱动的含功率元器件的功率部S1；
所述基板表层的铜基板厚度设置为2盎司以上，同时将孔铜的厚度设计为不低于25um。
3.根据权利要求1中所述的一种基板散热的EPS装置，其特征在于：所述一种基板散热的EPS装置在功率元器件下方以及周边位置分布金属贯通孔，金属贯通孔的孔径范围0.3-0.6mm；
所述一种基板散热的EPS装置安装功率元器件的基板与马达上部的基板安装单元间隙配合，间隙由导热材料G填充，导热材料G从所述基板与基板安装单元挤压入金属贯通孔直达基板装配功率元器件的正面侧，与功率元器件下方接触或突出在功率元器件周边；
所述的导热材料G最优选为双组份导热硅脂，但不限于此。
4.根据权利要求1中所述的一种基板散热的EPS装置，其特征在于：所述基板底面侧配置有电源电路CC1和微处理器CC2，所述基板的正面侧或底面侧配置有驱动电路CC3及其他，所述基板的正面侧安装功率部。
5.根据权利要求1中所述的一种基板散热的EPS装置，其特征在于：所述基板正面侧的外部连接用连接器的附近配置有转矩接口电路和CAN电路。
6.根据权利要求1中所述的一种基板散热的EPS装置，其特征在于：所述基板在靠近马达转子中心位置装置有角度解码芯片。
7.根据权利要求1中所述的一种基板散热的EPS装置，其特征在于：所述基板与电动马达形成为一体。
8.根据权利6中所述的一种基板散热的EPS装置，其特征在于：将所述电动马达的壳体用作外部散热体，从所述功率部S1产生的热被传导至基板安装单元最终传导至电动马达的壳体加强散热。
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