CN208316585U - 功率组件及电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种功率组件及电机控制器，所述功率组件包括印刷电路板、集成铜排以及多个相电压转换模块；每一所述相电压转换模块包括散热器、上桥开关以及下桥开关，所述上桥开关和所述下桥开关分别包括多个并联连接的分立器件；所述集成铜排为平板状并与所述印刷电路板平行，且所述印刷电路板位于所述集成铜排的第一侧、所述多个相电压转换模块分别位于所述集成铜排的第二侧；所述多个相电压转换模块中的每一分立器件分别连接到所述集成铜排和印刷电路板。本实用新型通过集成铜排及散热器将多个分立器件集成在一起，大大提高了功率组件的功率密度，同时散热性较好、成本较低、结构简单、体积和重量小。

Description

功率组件及电机控制器

技术领域

本实用新型涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种功率组件及电机控制器。

背景技术

随着国家对环保和能源问题的日益关注，新能源电动汽车的发展逐步加快。电机驱动***是电动汽车的核心，电机控制器作为电机驱动***的关键部件，需要具有很好的防水、散热、防震性能。

随着电机控制器的日趋成熟，电机控制器的功率密度的大小也越来越受到重视，功率组件是电机控制器的核心组件，其是影响功率密度大小、散热性能以及成本的主要因素。

现有电机控制器中的功率组件主要采用功率模块，一个功率模块集成了一相的上下桥。但功率模块的电流比较大，例如可达到500A，价格也很高。此外，各个生产厂家的功率模块的各个引脚的定义和位置各不相同，功率模块的结构也有差异，从而导致功率模块的替代性较差，使用时存在较大风险。

此外，功率组件还可采用分立器件。分立器件具有价格便宜的优点，且所有厂家的分立器件的都采用相同的封装方式，并有国际标准，但分立器件的电流较小，例如最大只能做到50A，从而导致500A功率组件中需要并联10个甚至更多个分立器件。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述集成有上下桥的功率模块价格高、替代性差以及分立器件功率密度小的问题，提供一种功率组件及电机控制器。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种功率组件，包括印刷电路板、集成铜排以及多个相电压转换模块；每一所述相电压转换模块包括散热器、上桥开关以及下桥开关，所述上桥开关和所述下桥开关分别包括多个并联连接的分立器件，且在每一相电压转换模块中，所述多个分立器件分别贴于所述散热器的表面；

所述集成铜排为平板状并与所述印刷电路板平行，且所述印刷电路板位于所述集成铜排的第一侧、所述多个相电压转换模块分别位于所述集成铜排的第二侧；所述多个相电压转换模块中的每一分立器件分别连接到所述集成铜排和印刷电路板。

在本实用新型所述的功率组件中，所述散热器为双面液冷散热器，且多个相电压转换模块的散热器平行设置并分别垂直于所述集成铜排；在每一相电压转换模块中，多个所述分立器件分别通过绝缘材料固定到所述散热器的两侧表面。

在本实用新型所述的功率组件中，所述多个相电压转换模块中的散热器的冷却液入口和冷却液出口分别背向所述集成铜排设置。

在本实用新型所述的功率组件中，所述集成铜排包括依次叠加设置并相互绝缘的第一铜排、第二铜排以及第三铜排，且所述多个相电压转换模块位于所述第三铜排的外侧；所述第一铜排上具有第一通孔，第二铜排上具有第二通孔，且所述第一通孔和第二通孔的位置对应；所述第一铜排上还具有多个第一连接引脚，所述第二铜排上具有多个第二连接引脚，所述第三铜排上具有多个第三连接引脚，且所述第一连接引脚延伸到所述集成铜排的第一侧，所述第二连接引脚穿过所述第一通孔延伸到所述集成铜排的第一侧，所述第三连接引脚穿过所述第二通孔和第一通孔延伸到所述集成铜排的第一侧。

在本实用新型所述的功率组件中，所述第一铜排外侧、所述第一铜排和第二铜排之间、所述第二铜排和第三铜排之间以及所述第三铜排外侧分别具有绝缘层，且每一所述绝缘层上具有与所述第一通孔对应的第三通孔。

在本实用新型所述的功率组件中，所述第一铜排和第二铜排为片状单体；所述第三铜排包括多个独立的、相互绝缘的条状单体，且每一所述条状单体上具有多个第三连接引脚；所述第一铜排上具有用于连接供电电源的正极的第一接线端子，所述第二铜排上具有用于连接所述供电电源的负极的第二接线端子，所述第三铜排的多个条状单体上具有用于分别连接电机各个相线的第三接线端子，且所述第一接线端子、第二接线端子、第三接线端子错开设置。

在本实用新型所述的功率组件中，所述分立器件为N沟道金属氧化物半导体场效应管；所述多个相电压转换模块包括U相电压转换模块、V相电压转换模块以及W相电压转换模块；所述第三铜排的多个条状单体包括U相输出铜排、V相输出铜排以及W相输出铜排；

所述U相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述第一铜排的第一连接引脚、源极分别焊接到所述U相输出铜排的第三连接引脚；所述U相电压转换模块的下桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述U相输出铜排的第三连接引脚、源极分别焊接到所述第二铜排的第二连接引脚；

所述V相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述第一铜排的第一连接引脚、源极分别焊接到所述V相输出铜排的第三连接引脚；所述V相电压转换模块的下桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述V相输出铜排的第三连接引脚、源极分别焊接到所述第二铜排的第二连接引脚；

所述W相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述第一铜排的第一连接引脚、源极分别焊接到所述W相输出铜排的第三连接引脚；所述W相电压转换模块的下桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述W相输出铜排的第三连接引脚、源极分别焊接到所述第二铜排的第二连接引脚。

在本实用新型所述的功率组件中，在所述第一铜排上，多个所述第一通孔排列成平行的三行，多个所述第一连接引脚排列成平行的三行，且两行所述第一连接引脚分别突伸入两行所述第一通孔后垂直向所述集成铜排的第一侧延伸、另一行所述第一引脚突伸出所述第一铜排的边缘后垂直向所述集成铜排的第一侧延伸；在所述第二铜排上，多个所述第二通孔排列成平行的三行，多个所述第二连接引脚排列成平行的三行，且三行所述第二连接引脚分别突伸入三行所述第二通孔后垂直向所述集成铜排的第一侧延伸。

在本实用新型所述的功率组件中，所述U相输出铜排、V相输出铜排以及W相输出铜排分别具有两行第三连接引脚；所述U相输出铜排上的一行第三连接引脚分别穿过一行第二通孔和第一通孔后延伸到所述集成铜排的第一侧、另一行第三连接引脚从所述第一铜排和第二铜排侧面延伸到所述集成铜排的第一侧；所述V相输出铜排以及W相输出铜排上的两行第三连接引脚分别穿过相邻的两行第二通孔和第一通孔后延伸到所述集成铜排的第一侧。

本实用新型还提供一种电机控制器，包括如上所述的功率组件。

本实用新型的功率组件及电机控制器具有以下有益效果：通过集成铜排及散热器将多个分立器件集成在一起，大大提高了功率组件的功率密度，同时散热性较好、成本较低、结构简单、体积和重量小。

附图说明

图1是本实用新型功率组件实施例的示意图；

图2是本实用新型功率组件中相电压转换模块实施例的示意图；

图3是本实用新型功率组件中集成铜排实施例的示意图；

图4是本实用新型功率组件中集成铜排实施例的分解示意图；

图5是本实用新型功率组件中集成铜排的第一铜排实施例的示意图；

图6是本实用新型功率组件中集成铜排的第二铜排实施例的示意图；

图7是本实用新型功率组件中集成铜排的第三铜排实施例的示意图；

图8是本实用新型功率组件中分立元件的连接示意图；

图9是本实用新型电机控制器实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，是本实用新型功率组件实施例的示意图，该功率组件由多个分立器件集成，且该功率组件可应用于电机控制器并实现电压变换。本实施例的功率组件包括印刷电路板1、集成铜排2以及三个相电压转换模块3(在实际应用中，可根据需要调整相电压转换模块3的数量)。上述印刷电路板1上可集成有相应的控制电路和元件，集成铜排2整体为平板状并与印刷电路板1平行设置，且印刷电路板1位于集成铜排2的第一侧、三个相电压转换模块3则分别位于集成铜排2的第二侧。

如图2所示，上述每一相电压转换模块3包括一个散热器31、上桥开关以及下桥开关，且上述上桥开关和下桥开关分别包括多个并联连接的分立器件32。上述分立器件32具体可采用符合国际标准且电流较小的半导体开关。在每一相电压转换模块3中，多个分立器件32分别贴于散热器31的表面，以通过散热器31进行散热，使分立器件32的温度不超过相应值。上述三个相电压转换模块3中的每一个分立器件32分别连接(引脚焊接)到集成铜排2和印刷电路板1，并通过上述方式实现印刷电路板1、集成铜排2以及三个相电压转换模块3之间的安装固定。在进行电压转换时，上述分立器件32根据来自印刷电路板1的控制信号将来自集成铜排2的直流电转换为对应的交流电，并通过集成铜排2输出。

上述功率组件通过印刷电路板1、集成铜排2及散热器31将多个分立器件32集成在一起，从而大大提高了功率组件的功率密度，同时散热性较好、成本较低、结构简单、体积和重量小。

上述散热器31可采用双面液冷散热器，该双面液冷散热器的两侧表面之间具有冷却液通道，并通过流经冷却液通道的冷却液带走热量。在每一相电压转换模块3中，多个分立器件32分别通过绝缘材料(例如绝缘陶瓷板)固定(例如焊接)到散热器31的两侧表面。并且在上述功率模块中，三个相电压转换模块3的散热器31平行设置并分别垂直于集成铜排2。通过上述结构，可在保证多个分立器件32的工作温度的同时，提高功率组件的功率密度。

为便于安装固定，上述三个相电压转换模块3中的散热器31的冷却液入口311和冷却液出口312分别背向集成铜排2设置。通过上述结构，可从功率组件的同一侧进行冷却液管路连接。

如图3-7所示，上述集成铜排2包括第一铜排22、第二铜排24以及第三铜排，且上述第一铜排22、第二铜排24以及第三铜排依次叠加设置并相互绝缘，且多个相电压转换模块3位于第三铜排的外侧。具体地，上述第一铜排22、第二铜排24以及第三铜排可通过多个绝缘层21、23、25、27实现绝缘，即在第一铜排22外侧(即背向第二铜排24的一侧)增加绝缘层21、在第一铜排22和第二铜排24之间增加绝缘层23、在第二铜排24和第三铜排之间增加绝缘层25以及在第三铜排的外侧(即背向第二铜排24的一侧)增加绝缘层27。上述绝缘层21、23、25、27可由绝缘导热材料加工而成，从而除了绝缘，还可进行导热。

上述第一铜排22上具有第一通孔221，第二铜排24上具有第二通孔241，且第一通孔221和第二通孔241的位置对应(大小可相同)。相应地，各个绝缘层21、23、25、27上分别具有与第一通孔221的位置和大小对应的第三通孔。

上述第一铜排22上还具有多个第一连接引脚222，第二铜排24上具有多个第二连接引脚242，第三铜排上具有多个第三连接引脚262，且第一连接引脚222延伸到(穿过绝缘层21上的第三通孔)集成铜排2的第一侧，第二连接引脚242穿过第一通孔221(及绝缘层21、23上的第三通孔)延伸到集成铜排2的第一侧，第三连接引脚262穿过第二通孔241和第一通孔221(及绝缘层21、23、25上的第三通孔)延伸到集成铜排2的第一侧。在集成铜排2的第一侧，第一连接引脚222、第二连接引脚242、第三连接引脚262错开设置，以便连接分立器件32的不同引脚。

上述集成铜排通过将第一铜排22、第二铜排24以及第三铜排叠加为一体，并通过突伸到集成铜排2的第一侧的第一连接引脚222、第二连接引脚242以及第三连接引脚262连接分立器件32的不同引脚，使得铜排加工和装配变得简单、快捷。并且上述的集成铜排结构还适于使用散热器对铜排散热，从而可减低铜排的厚度，降低成本。

上述第一铜排22和第二铜排24可为片状单体，而第三铜排则包括三个独立的、相互绝缘的条状单体26(该三个条状单体26位于同一层)，且每一条状单体26上具有多个第三连接引脚262。

上述第一铜排22上还可具有用于连接供电电源正极DC+的第一接线端子223，即第一铜排22为正直流母线铜排；第二铜排24上则可具有用于连接供电电源的负极DC-的第二接线端子243，即第二铜排24为负直流母线铜排；第三铜排的每一条状单体26上具有用于分别连接电机各个相线的第三接线端子263，即第三铜排为电机输出铜排，且三个条状单体26分别连接U、V、W相输出(连接U相输出的条状单体26即为U相输出铜排、连接V相输出的条状单体26即为V相输出铜排、连接W相输出的条状单体26即为W相输出铜排)。特别地，为方便接线操作，上述第一接线端子223、第二接线端子243、第三接线端子263错开设置。

在上述集成铜排应用于三相电机控制器时，在第一铜排22上，多个第一通孔221排列成平行的三行，多个第一连接引脚222排列成平行的三行，且其中两行第一连接引脚222分别突伸入两行第一通孔221后垂直向集成铜排2的第一侧延伸、另一行第一连接引脚222提伸出第一铜排22的边缘后垂直向集成铜排2的第一侧延伸；在第二铜排24上，多个第二通孔241排列成平行的三行，多个第二连接引脚242排列成平行的三行，且该三行第二连接引脚242分别突伸入三行第二通孔241后垂直向集成铜排2的第一侧延伸。

第三铜排的每一条状单体26上分别具有两行第三连接引脚262。在叠加时，其中一个条状单体26上的一行第三连接引脚262分别穿过一行第二通孔241和第一通孔221后延伸到集成铜排2的第一侧、另一行第三连接引脚262则从第一铜排22和第二铜排24侧面延伸到集成铜排2的第一侧；另两个条状单体26上的两行第三连接引脚262分别穿过相邻的两行第二通孔241和第一通孔221后延伸到集成铜排2的第一侧。

上述的集成铜排可通过以下方式实现叠加固定：在每一绝缘层的两个相对的侧边分别设置突出的第一耳部211，且该第一耳部211上设有固定孔，多个绝缘层21、23、25、27通过穿过固定孔的螺钉固定在一起(第一铜排22、第二铜排24、第三铜排的条状单体26则通过对应的绝缘层夹持固定)。

上述分立器件32为N沟道金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，三个相电压转换模块3分别为U相电压转换模块、V相电压转换模块以及W相电压转换模块；第三铜排的三个条状单体分别为U相输出铜排、V相输出铜排以及W相输出铜排。

如图8所示，U相电压转换模块的上桥开关Q1的多个分立器件32的栅极分别焊接到印刷电路板1、漏极分别焊接到第一铜排(即正直流母线铜排)22的第一连接引脚222、源极分别焊接到U相输出铜排的第三连接引脚262；该U相电压转换模块的下桥开关Q4的多个分立器件32的栅极分别焊接到印刷电路板1、漏极分别焊接到U相输出铜排的第三连接引脚262、源极分别焊接到第二铜排(即负直流母线铜排)24的第二连接引脚242。

类似地，V相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件32的栅极分别焊接到印刷电路板1、漏极分别焊接到第一铜排(即正直流母线铜排)22的第一连接引脚222、源极分别焊接到V相输出铜排的第三连接引脚262；V相电压转换模块的下桥开关的多个分立器件32的栅极分别焊接到印刷电路板1、漏极分别焊接到V相输出铜排的第三连接引脚262、源极分别焊接到第二铜排(即负直流母线铜排)24的第二连接引脚242。

W相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件32的栅极分别焊接到印刷电路板1、漏极分别焊接到第一铜排(即正直流母线铜排)22的第一连接引脚222、源极分别焊接到所述W相输出铜排的第三连接引脚；W相电压转换模块的下桥开关的多个分立器件32的栅极分别焊接到印刷电路板1、漏极分别焊接到W相输出铜排的第三连接引脚262、源极分别焊接到第二铜排(即负直流母线铜排)24的第二连接引脚242。

如图9所示，本实用新型还提供一种电机控制器，包括主控单元91、驱动电路92、反馈单元93、电源94、低压供电电路95以及如上所述的功率组件。在上述电机控制器中低压供电电路95从电源94取电，并为主控单元91供电；驱动电路92根据来自主控单元91的控制信号生成驱动电平，并分别驱动功率组件的上桥开关Q1、Q2、Q3和下桥开关Q4、Q5、Q6的各个分立元件导通或断开，从而使功率组件将来自电源94的直流电转换为交流电输出到电机。反馈单元93则用于采样功率组件的输出电流，以实现输出电流的闭环控制。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种功率组件，其特征在于，包括印刷电路板、集成铜排以及多个相电压转换模块；每一所述相电压转换模块包括散热器、上桥开关以及下桥开关，所述上桥开关和所述下桥开关分别包括多个并联连接的分立器件，且在每一相电压转换模块中，所述多个分立器件分别贴于所述散热器的表面；

所述集成铜排为平板状并与所述印刷电路板平行，且所述印刷电路板位于所述集成铜排的第一侧、所述多个相电压转换模块分别位于所述集成铜排的第二侧；所述多个相电压转换模块中的每一分立器件分别连接到所述集成铜排和印刷电路板。

2.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，所述散热器为双面液冷散热器，且多个相电压转换模块的散热器平行设置并分别垂直于所述集成铜排；在每一相电压转换模块中，多个所述分立器件分别通过绝缘材料固定到所述散热器的两侧表面。

3.根据权利要求2所述的功率组件，其特征在于，所述多个相电压转换模块中的散热器的冷却液入口和冷却液出口分别背向所述集成铜排设置。

4.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，所述集成铜排包括依次叠加设置并相互绝缘的第一铜排、第二铜排以及第三铜排，且所述多个相电压转换模块位于所述第三铜排的外侧；所述第一铜排上具有第一通孔，第二铜排上具有第二通孔，且所述第一通孔和第二通孔的位置对应；所述第一铜排上还具有多个第一连接引脚，所述第二铜排上具有多个第二连接引脚，所述第三铜排上具有多个第三连接引脚，且所述第一连接引脚延伸到所述集成铜排的第一侧，所述第二连接引脚穿过所述第一通孔延伸到所述集成铜排的第一侧，所述第三连接引脚穿过所述第二通孔和第一通孔延伸到所述集成铜排的第一侧。

5.根据权利要求4所述的功率组件，其特征在于，所述第一铜排外侧、所述第一铜排和第二铜排之间、所述第二铜排和第三铜排之间以及所述第三铜排外侧分别具有绝缘层，且每一所述绝缘层上具有与所述第一通孔对应的第三通孔。

6.根据权利要求4所述的功率组件，其特征在于，所述第一铜排和第二铜排为片状单体；所述第三铜排包括多个独立的、相互绝缘的条状单体，且每一所述条状单体上具有多个第三连接引脚；所述第一铜排上具有用于连接供电电源的正极的第一接线端子，所述第二铜排上具有用于连接所述供电电源的负极的第二接线端子，所述第三铜排的多个条状单体上具有用于分别连接电机各个相线的第三接线端子，且所述第一接线端子、第二接线端子、第三接线端子错开设置。

7.根据权利要求6所述的功率组件，其特征在于，所述分立器件为N沟道金属氧化物半导体场效应管；所述多个相电压转换模块包括U相电压转换模块、V相电压转换模块以及W相电压转换模块；所述第三铜排的多个条状单体包括U相输出铜排、V相输出铜排以及W相输出铜排；

所述U相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述第一铜排的第一连接引脚、源极分别焊接到所述U相输出铜排的第三连接引脚；所述U相电压转换模块的下桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述U相输出铜排的第三连接引脚、源极分别焊接到所述第二铜排的第二连接引脚；

所述V相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述第一铜排的第一连接引脚、源极分别焊接到所述V相输出铜排的第三连接引脚；所述V相电压转换模块的下桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述V相输出铜排的第三连接引脚、源极分别焊接到所述第二铜排的第二连接引脚；

所述W相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述第一铜排的第一连接引脚、源极分别焊接到所述W相输出铜排的第三连接引脚；所述W相电压转换模块的下桥开关的多个分立器件的栅极分别焊接到所述印刷电路板、漏极分别焊接到所述W相输出铜排的第三连接引脚、源极分别焊接到所述第二铜排的第二连接引脚。

8.根据权利要求7所述的功率组件，其特征在于，在所述第一铜排上，多个所述第一通孔排列成平行的三行，多个所述第一连接引脚排列成平行的三行，且两行所述第一连接引脚分别突伸入两行所述第一通孔后垂直向所述集成铜排的第一侧延伸、另一行所述第一引脚突伸出所述第一铜排的边缘后垂直向所述集成铜排的第一侧延伸；在所述第二铜排上，多个所述第二通孔排列成平行的三行，多个所述第二连接引脚排列成平行的三行，且三行所述第二连接引脚分别突伸入三行所述第二通孔后垂直向所述集成铜排的第一侧延伸。

9.根据权利要求8所述的功率组件，其特征在于，所述U相输出铜排、V相输出铜排以及W相输出铜排分别具有两行第三连接引脚；所述U相输出铜排上的一行第三连接引脚分别穿过一行第二通孔和第一通孔后延伸到所述集成铜排的第一侧、另一行第三连接引脚从所述第一铜排和第二铜排侧面延伸到所述集成铜排的第一侧；所述V相输出铜排以及W相输出铜排上的两行第三连接引脚分别穿过相邻的两行第二通孔和第一通孔后延伸到所述集成铜排的第一侧。

10.一种电机控制器，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的功率组件。