CN115038312A - 电机控制器的功率封装模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机控制器的功率封装模块。功率封装模块包括多个功率单元和用于对功率单元进行冷却的冷却器，冷却器包括：冷却盒，限定出用于容置冷却液的容置腔；散热部，包括与冷却盒密封连接的散热本体和间隔设置在散热本体上的多个第一散热针，多个第一散热针位于容置腔内；多个第二散热针，位于容置腔内，多个第二散热针间隔设置在冷却盒的底板上，第一散热针和第二散热针交替设置；其中，各功率单元位于散热本体的背离第一散热针的一侧，第一散热本体与各功率单元贴合设置，以对多个功率单元散热。本发明的技术方案解决了现有技术中的电机控制器的功率封装模块的散热能力差的问题。

Description

电机控制器的功率封装模块

技术领域

本发明涉及电机控制器技术领域，具体而言，涉及一种电机控制器的功率封装模块。

背景技术

新能源整车对电驱***的需求是其技术创新的核心驱动力，主要围绕高功率密度、高安全可靠、低成本等开展研究。电机控制器功率单元总成是电驱***电能转换核心总成，决定整车动力性、经济型、可靠性等关键属性，成本超电驱***40％。

而现有技术中的功率单元总成的散热能力较差，难以对功率单元进行很好地散热。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电机控制器的功率封装模块，以解决现有技术中的电机控制器的功率封装模块的散热能力差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电机控制器的功率封装模块，功率封装模块包括多个功率单元和用于对功率单元进行冷却的冷却器，冷却器包括：冷却盒，限定出用于容置冷却液的容置腔；散热部，包括与冷却盒密封连接的散热本体和间隔设置在散热本体上的多个第一散热针，多个第一散热针位于容置腔内；多个第二散热针，位于容置腔内，多个第二散热针间隔设置在冷却盒的底板上，第一散热针和第二散热针交替设置；其中，各功率单元位于散热本体的背离第一散热针的一侧，第一散热本体与各功率单元贴合设置，以对多个功率单元散热。

进一步地，多个第一散热针交错设置在第一散热本体上；多个第二散热针交错设置在底板上。

进一步地，功率封装模块还包括与功率单元电连接的母线电容，母线电容贴合设置在散热本体上，且母线电容与功率单元位于散热本体的同一侧。

进一步地，母线电容包括叠层母排和设置在叠层母排上的多个电容芯子，叠层母排与散热本体贴合设置，叠层母排与功率单元电连接。

进一步地，功率单元包括设置在散热本体上的敷铜基板和与敷铜基板电连接的放电电阻，放电电阻与母线电容电连接。

进一步地，功率单元包括设置在散热本体上的敷铜基板以及与敷铜基板电连接的上桥臂开关功率器件芯片和下桥臂功率开关器件芯片，功率封装模块还包括与敷铜基板电连接的正输入端子、负输入端子和输出端子，其中，正输入端子和输出端子之间连接有上桥臂开关功率器件芯片，负输入端子和输出端子之间连接有下桥臂功率开关器件芯片。

进一步地，功率单元还包括与敷铜基板电连接的下桥臂滤波元件和上桥臂滤波元件，正输入端子和输出端子之间连接有上桥臂滤波元件，负输入端子和输出端子之间连接有下桥臂滤波元件。

进一步地，功率单元还包括与敷铜基板电连接的温度传感器。

进一步地，功率单元还包括与敷铜基板电连接的电流传感器，输出端子与电流传感器电连接。

进一步地，功率封装模块还包括设置在散热部的背离冷却盒的一侧的塑封外壳以及位于塑封外壳和散热部之间的灌封体。

应用本发明的技术方案，通过设置多个第一散热针和多个第二散热针，且第一散热针和第二散热针交替设置，这样，相邻的第一散热针和第二散热针之间形成的冷却水道相较于相邻两个第一散热针之间形成的冷却水道的截面积更小(即将原来的一个冷却水道细化为多个较小的分支水道)，从而增加水阻，进而增强冷却器的散热能力，以更好地对功率单元进行散热。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的电机控制器的功率封装模块的一个实施例的结构示意图；

图2示出了本发明的电机控制器的功率封装模块的另一个实施例的结构示意图；

图3示出了本发明的实施例的电机控制器的功率封装模块的电气定义示意图；

图4示出了图2的电机控制器的功率封装模块的结构示意图；

图5示出了图4的电机控制器的功率封装模块的功率单元的结构示意图；

图6示出了图1的电机控制器的功率封装模块的冷却器的分解结构示意图；

图7示出了图1的电机控制器的功率封装模块的冷却器的结构示意图；以及

图8示出了图7的冷却器的散热部的仰视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

102、放电电阻；103、上桥臂开关功率器件芯片；104、下桥臂功率开关器件芯片；105、敷铜基板；106、下桥臂滤波元件；107、温度传感器；108、电流传感器；109、上桥臂滤波元件；110、焊接绑定线；111、各信号端子；3、冷却器；4、塑封外壳；301、散热本体；302、第一散热针；303、底板；304、第二散热针；15、母线电容。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图4、图6和图7所示，本发明的实施例提供了一种电机控制器的功率封装模块。功率封装模块包括多个功率单元和用于对功率单元进行冷却的冷却器3，冷却器3包括冷却盒、散热部和多个第二散热针304。其中，冷却盒限定出用于容置冷却液的容置腔；散热部包括与冷却盒密封连接的散热本体301和间隔设置在散热本体301上的多个第一散热针302，多个第一散热针302位于容置腔内；多个第二散热针304位于容置腔内，多个第二散热针304间隔设置在冷却盒的底板303上，第一散热针302和第二散热针304交替设置；其中，各功率单元位于散热本体301的背离第一散热针302的一侧，第一散热本体301与各功率单元贴合设置，以对多个功率单元散热。

上述技术方案中，通过设置多个第一散热针302和多个第二散热针304，且第一散热针302和第二散热针304交替设置，这样，相邻的第一散热针302和第二散热针304之间形成的冷却水道相较于相邻两个第一散热针302之间直接形成的冷却水道的截面积更小(即将原来的一个冷却水道细化为多个较小的分支水道)，从而增加水阻，进而增强冷却器的散热能力，以更好地对功率单元进行散热。

进一步地，将散热本体301安装在冷却盒上，以使第一散热针302和第二散热针304交替设置，以使容置腔内的冷却水道的截面积更小，相对于直接增加第一散热针302的数量而言，这样可以降低生产工艺难度。

进一步地，散热本体301可以通过多个第一散热针302将功率单元产生的热量传递至容置腔内的冷却液，从而进行冷却。

具体地，本发明的实施例中，散热本体301和多个第一散热针302一体成型设置构成冷却器3的上部分，底板303和第二散热针304一体成型设置构成冷却器3的下部分，冷却器3的上部分和冷却器的下部分对插焊接，这样便于加工。

优选地，本发明的实施例中，散热本体301与冷却盒焊接连接或者通过密封圈和螺栓连接，从而实现散热本体301与冷却盒的密封连接。

优选地，如图8所示，本发明的实施例中，第一散热针302和第二散热针304为长椭圆形pin针，这样可以增加散热面积，从而增加散热部的散热能力。

具体地，如图4所示，本发明的实施例中，功率单元的数量为三个，具体为功率单元1-0、2-0、3-0，且功率单元1-0、2-0、3-0的下表面焊接在散热本体301的背离第一散热针302的表面上，这样，可以增加功率单元的安装稳定性。

如图7所示，本发明的实施例中，多个第一散热针302交错设置在第一散热本体301上；多个第二散热针304交错设置在底板303上。这样可以使散热本体301上的多个第一散热针302分布地更为均匀，也可以使底板303上的多个第二散热针304分布地更为均匀，从而增强冷却器3的散热能力。

需要说明的是，本发明的实施例中，交错设置是指相邻两行第一散热针302错位布置，相邻两列第一散热针302错位布置；或者，相邻两行第二散热针304错位布置，相邻两列第二散热针304错位布置。

如图4所示，本发明的实施例中，功率封装模块还包括与功率单元电连接的母线电容15，母线电容15贴合设置在散热本体301上，且母线电容15与功率单元位于散热本体301的同一侧。

通过上述设置，母线电容15和多个功率单元可以共用同一个冷却器3，这样可以使封装功率模块的结构更加紧凑且集成度高。

进一步地，母线电容15和多个功率单元共用一个冷却器3可以提高冷却器3的散热效率。

进一步地，母线电容15和多个功率单元共用一个冷却器3，这样在实现强散热的基础上，可以选用体积较为小巧的电容，从而有效缩小电容体积，进而缩小功率封装模块的体积。

进一步地，在功率封装模块具有较好地散热效果的情况下，通过减小功率封装模块的体积，可以提高功率封装模块的功率密度。

具体地，本发明的实施例中，母线电容15包括叠层母排和设置在叠层母排上的多个电容芯子，叠层母排与散热本体301贴合设置，叠层母排与功率单元电连接。

通过上述设置，多个电容芯子通过叠层母排与功率单元电连接，这样可以降低杂散参数；进一步地，叠层母排的下表面的铜排布置在散热本体301上，这样可以将多个电容芯子产生的热量通过叠层母排传递至冷却器3上，从而对母线电容15进行散热。

进一步地，利用叠层母排将多个电容芯子连接在一起，不仅可以实现多个电容芯子的电连接，而且还可以降低杂散参数。

需要说明的是，本发明的实施例中，叠层母排可以为层叠铜排。

需要说明的是，本发明的实施例中，母线电容15贴合设置是指母线电容15与散热本体301接触，并不限定于粘贴、焊接和螺纹连接等连接方式。

图3为本发明的实施例提供的功率封装模块的电气定义示意图，其与图4中的功率封装结构的结构图对应，电气示意图包括三相全桥六功率开关器件Q1-Q6(即三个功率单元的上桥臂开关功率器件芯片103和下桥臂功率开关器件芯片104)，母线电容C(即母线电容15)，放电单元R1-R3(即三个功率单元的放电电阻102)，滤波吸收电容C1-C6(即三个功率单元的下桥臂滤波元件106和上桥臂滤波元件109)，温度传感器T1-T3(即三个功率单元的温度传感器107)，电流传感器I1-I3(即三个功率单元的电流传感器108)，具体的信号管脚定义和图1和图2一一对应。

如图3和图5所示，本发明的实施例中，功率单元包括设置在散热本体301上的敷铜基板105和与敷铜基板105电连接的放电电阻102，放电电阻102与母线电容15电连接。

上述技术方案中，通过将放电电阻102与母线电容15电连接，可以形成放电电路，这样可以泄放母线电容15中的残余电压，从而保证整车熄火后母线电容15在一定时间后无高电压残留，进而实现对功率封装模块的保护。

进一步地，通过在敷铜基板105上设置放电电阻102，可以减少布线，且直接将放电电阻102封装在敷铜基板105上，可以选用尺寸较小的放电电阻，也可以减少螺栓等连接件，这样，上述集成布置方式能够达到易于安装，体积小和散热好的效果。

具体地，本发明的实施例中，放电电阻102布置在母线电容15的周边，以便于泄放母线电容15中的残余电压。

如图3、图4和图5所示，本发明的实施例中，功率单元包括设置在散热本体301上的敷铜基板105以及与敷铜基板105电连接的上桥臂开关功率器件芯片103和下桥臂功率开关器件芯片104，功率封装模块还包括与敷铜基板105电连接的正输入端子、负输入端子和输出端子，其中，正输入端子和输出端子之间连接有上桥臂开关功率器件芯片103，负输入端子和输出端子之间连接有下桥臂功率开关器件芯片104。

通过上述设置，一方面，通过设置热阻较低的敷铜基板105，可以瞬间将上桥臂开关功率器件芯片103和下桥臂功率开关器件芯片104产生的热量导至冷却器3上，从而实现功率单元的散热；另一方面，相对于厚度尺寸较大的基块而言，本实施例采用厚度尺寸较小的敷铜基板105，可以减小功率单元的厚度尺寸，从而减少功率封装模块的体积，进而实现功率封装模块的小型化。

具体地，如图4所示，本发明的实施例中，上桥臂开关功率器件芯片103和下桥臂功率开关器件芯片104的功率端子通过层叠铜排与多个电容芯子的对内功率端子连接，且正输入端子和负输入端子均与母线电容15的层叠铜排连接，以实现上桥臂开关功率器件芯片103与正输入端子的连接，以及下桥臂功率开关器件芯片104和负输入端子的连接。

具体地，多个电容芯子的对内功率端子通过层叠铜排焊接在敷铜基板105上，多个电容芯子的对外功率端子通过正输入端子、负输入端子引出。

其中，正输入端子、负输入端子和输出端子均为焊接铜排。这样可以增加导电性。

具体地，本发明的实施例中，上桥臂开关功率器件芯片103和下桥臂功率开关器件芯片104焊接在敷铜基板105上，敷铜基板105焊接在散热器上。这样可以提高导热效果。

具体地，如图1、图2和图4所示，本发明的实施例中，正输入端子的数量为三个，具体为正输入端子1-1、2-1、3-1，且正输入端子1-1、2-1、3-1分别与功率单元1-0、2-0、3-0一一对应设置；负输入端子的数量为三个，具体为负输入端子1-2、2-2、3-2，且负输入端子1-2、2-2、3-2分别与功率单元1-0、2-0、3-0一一对应设置，正输入端子和负输入端子分别与高压电池正负功率输入端子连接。

具体地，如图1、图2和图4所示，本发明的实施例中，输出端子的数量为三个，具体为输出端子1-14、2-14、3-14，输出端子1-14、2-14、3-14分别与功率单元1-0、2-0、3-0一一对应设置，且输出端子1-14、2-14、3-14分别和电机的三相输出端子连接。

具体地，如图1和图2所示，本发明的实施例中，三个输出端子与电机的三相输出端子的连接方式可以是螺栓连接或激光焊接等高功率连接方式。

优选地，三个输出端子分别与电机的三相输出端子的连接方式为激光焊接，这样可以降低连接杂散电感，提升***EMC性能及热性能。

具体地，如图5所示，本发明的实施例中，上桥臂开关功率器件芯片103根据***功率性能输出需求可以为多个并联组成，同理，下桥臂功率开关器件芯片104也可以为多个并联组成，从而使得功率封装模块的功率可扩展性好。

优选地，本发明的实施例中，敷铜基板105为双面敷铜基板，包括陶瓷板和位于陶瓷板的上下两侧的铜皮。

如图3和图5所示，本发明的实施例中，功率单元还包括与敷铜基板105电连接的下桥臂滤波元件106和上桥臂滤波元件109，正输入端子和输出端子之间连接有上桥臂滤波元件109，负输入端子和输出端子之间连接有下桥臂滤波元件106。

通过上述设置，可以使上桥臂滤波元件109和上桥臂开关功率器件芯片103并联设置，下桥臂滤波元件106和下桥臂功率开关器件芯片104并联设置，从而可以有效吸收功率回路中产生的杂波，进而保证功率器件可以安全可靠的开关动作，同时也可以提升***EMC性能。

具体地，上桥臂滤波元件109布置在上桥臂开关功率器件芯片103的周围，下桥臂滤波元件106布置在下桥臂功率开关器件芯片104的周围，且越近的距离效果越好。

如图3和5所示，本发明的实施例中，功率单元还包括与敷铜基板105电连接的温度传感器107。

通过上述设置，可以将温度传感器107布置在上桥臂开关功率器件芯片103和下桥臂功率开关器件芯片104的周围，从而可以检测上桥臂开关功率器件芯片103、下桥臂功率开关器件芯片104和敷铜基板105的温度，并将检测到的温度输出，以便技术人员观察和保证***安全可靠工作。

如图3和图5所示，本发明的实施例中，功率单元还包括与敷铜基板105电连接的电流传感器108，输出端子与电流传感器108电连接。

通过上述设置，电流传感器108可以实时检测各功率单元的相电流，并将检测到的电流输出，以便技术人员观察并保证***安全可靠工作；且将电流传感器108设置在敷铜基板105上，这样，电流传感器108可以通过敷铜基板105将产生的热量传递至冷却器3上，从而实现有效散热。

优选地，本发明的实施例中，较传统的霍尔电流传感器而言，本实施采用的电阻式传感器的体积更小，且易于安装，可以减少螺栓等连接件的使用，从而可以节省安装空间。

如图1和图2所示，本发明的实施例中，功率封装模块还包括与敷铜基板105电连接的多个信号端子，多个信号端子为与功率单元1-0对应的信号端子1-5、1-6、1-7、1-8、1-9、1-10、1-11、1-12、1-13，与功率单元2-0对应的信号端子2-5、2-6、2-7、2-8、2-9、2-10、2-11、2-12、2-13和与功率单元3-0对应的信号端子3-5、3-6、3-7、3-8、3-9、3-10、3-11、3-12、3-13，其中，具体的信号端子的定义与图3中一一对应，这样，信号端子1-5～3-13可以将功率单元的信号与驱动电路板的相应电路连通。

具体地，如图4所示，本发明的实施例中，各信号端子111通过焊接辅助连线端子引出并与模块外的驱动电路板连接。

具体地，如图5所示，功率单元还包括与敷铜基板105电连接焊接绑定线110，这样可以实现各信号端子111与敷铜基板105的电连接。

如图1所示，本发明的实施例中，功率封装模块还包括设置在散热部的背离冷却盒的一侧的塑封外壳4以及位于塑封外壳4和散热部之间的灌封体。

上述技术方案中，塑封外壳4和散热部可以共同形成灌封腔体，然后将灌封体设置在其中，从而实现整体灌封成型，上述工艺简单，集成度高。

具体地，本发明的实施例中，将熔融状态的环氧树脂加入到灌封腔体内，然后固化后可以形成灌封体，这样，可以将多个功率单元和母线电容15一体封装在冷却器上，从而使功率封装模块一体成型设置。

具体地，本发明的实施例中，正输入端子1-1、2-1、3-1，负输入端子1-2、2-2、3-2以及输出端子1-14、2-14、3-14均可以伸出塑封外壳4外并与外部结构连接。

具体地，本发明的实施例中，信号端子1-5～3-13可以伸出塑封外壳4，以与模块外的驱动电路板连接。

发明人所知道的车用电机控制器的功率单元总成按照功率器件封装形式通常分为两大类，基于标准模块封装形式的功率单元和基于分立器件形式的功率单元。基于模块式的功率单元设计简单、工艺易实现，缺点是体积大且受限、功率等级离散设计冗余、功率回路杂散参数大、成本较高、布置形式基本雷同，主箱体外形受模块外形影响，基本成方正型，无法实现异形结构及紧凑小型化；基于分立器件的功率单元，结构柔性可拓展、功率等级连续不受限、空间更紧凑，缺点是加工工艺复杂成本高、生产一致性难以保证。

而本发明的实施例的电机控制器的功率封装模块，由于上桥臂开关功率器件芯片103、下桥臂功率开关器件芯片104、放电电阻102、上桥臂滤波元件109、下桥臂滤波元件106、母线电容15、电流传感器108和温度传感器107合理布置在敷铜基板105上，且敷铜基板105设置在冷却器3上，这样可以有效降低热阻、加强散热，还能够保证功率封装模块小型化、大功率、集成化。同时，多传感器的布置可以保证***安全可靠工作。进一步地，各器件间的紧凑布置可以缩短传输路径，有效降低杂散参数和成本，提升***电应力、效率及电磁兼容性能。

本发明涉及一种电机控制器的功率封装模块，通过深度集成技术，可以提高电机控制器***可靠性、动力性、效率、功率密度等。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过设置多个第一散热针和多个第二散热针，且第一散热针和第二散热针交替设置，这样，相邻的第一散热针和第二散热针之间形成的冷却水道相较于相邻两个第一散热针之间形成的冷却水道更为精细，从而增加水阻，进而增强冷却器的散热能力，以更好地对功率单元进行散热。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机控制器的功率封装模块，其特征在于，所述功率封装模块包括多个功率单元和用于对所述功率单元进行冷却的冷却器(3)，所述冷却器(3)包括：

冷却盒，限定出用于容置冷却液的容置腔；

散热部，包括与冷却盒密封连接的散热本体(301)和间隔设置在所述散热本体(301)上的多个第一散热针(302)，多个所述第一散热针(302)位于所述容置腔内；

多个第二散热针(304)，位于所述容置腔内，多个所述第二散热针(304)间隔设置在所述冷却盒的底板(303)上，所述第一散热针(302)和所述第二散热针(304)交替设置；

其中，各所述功率单元位于所述散热本体(301)的背离所述第一散热针(302)的一侧，所述第一散热本体(301)与各所述功率单元贴合设置，以对多个所述功率单元散热。

2.根据权利要求1所述的电机控制器的功率封装模块，其特征在于，多个所述第一散热针(302)交错设置在所述第一散热本体(301)上；多个所述第二散热针(304)交错设置在所述底板(303)上。

3.根据权利要求1所述的电机控制器的功率封装模块，其特征在于，所述功率封装模块还包括与所述功率单元电连接的母线电容(15)，所述母线电容(15)贴合设置在所述散热本体(301)上，且所述母线电容(15)与所述功率单元位于所述散热本体(301)的同一侧。

4.根据权利要求3所述的电机控制器的功率封装模块，其特征在于，所述母线电容(15)包括叠层母排和设置在所述叠层母排上的多个电容芯子，所述叠层母排与所述散热本体(301)贴合设置，所述叠层母排与所述功率单元电连接。

5.根据权利要求3所述的电机控制器的功率封装模块，其特征在于，所述功率单元包括设置在所述散热本体(301)上的敷铜基板(105)和与所述敷铜基板(105)电连接的放电电阻(102)，所述放电电阻(102)与所述母线电容(15)电连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机控制器的功率封装模块，其特征在于，所述功率单元包括设置在所述散热本体(301)上的敷铜基板(105)以及与所述敷铜基板(105)电连接的上桥臂开关功率器件芯片(103)和下桥臂功率开关器件芯片(104)，所述功率封装模块还包括与所述敷铜基板(105)电连接的正输入端子、负输入端子和输出端子，其中，所述正输入端子和所述输出端子之间连接有上桥臂开关功率器件芯片(103)，所述负输入端子和所述输出端子之间连接有下桥臂功率开关器件芯片(104)。

7.根据权利要求6所述的电机控制器的功率封装模块，其特征在于，所述功率单元还包括与所述敷铜基板(105)电连接的下桥臂滤波元件(106)和上桥臂滤波元件(109)，所述正输入端子和所述输出端子之间连接有上桥臂滤波元件(109)，所述负输入端子和所述输出端子之间连接有下桥臂滤波元件(106)。

8.根据权利要求6所述的电机控制器的功率封装模块，其特征在于，所述功率单元还包括与所述敷铜基板(105)电连接的温度传感器(107)。

9.根据权利要求6所述的电机控制器的功率封装模块，其特征在于，所述功率单元还包括与所述敷铜基板(105)电连接的电流传感器(108)，所述输出端子与所述电流传感器(108)电连接。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的电机控制器的功率封装模块，其特征在于，所述功率封装模块还包括设置在所述散热部的背离所述冷却盒的一侧的塑封外壳(4)以及位于所述塑封外壳(4)和所述散热部之间的灌封体。

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