CN208754619U - 功率组件及驱动电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种功率组件及驱动电机控制器，所述功率组件包括控制板、叠层铜排、散热器以及多个相电压转换模块；每一所述相电压转换模块包括上桥开关以及下桥开关，且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；所述多个相电压转换模块中的所有分立器件的主体部分别贴于所述散热器的底板的上表面，所述叠层铜排包括平板部，且所述叠层铜排的平板部和所述控制板依次叠于所述分立器件的主体部的上方；每一所述分立器件的引脚分别连接到所述叠层铜排的平板部和所述控制板。本实用新型可大大提高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

功率组件及驱动电机控制器

技术领域

本实用新型涉及电机领域，更具体地说，涉及一种功率组件及驱动电机控制器。

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。驱动电机控制器是新能源汽车的关键零部件，而控制器中的功率组件对整个控制器的成本，功率密度，可靠性等，起决定性作用。

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驱动电机控制器。

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，包括控制板、叠层铜排、散热器以及多个相电压转换模块；每一所述相电压转换模块包括上桥开关以及下桥开关，且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；所述多个相电压转换模块中的所有分立器件的主体部分别贴于所述散热器的底板的上表面，所述叠层铜排包括平板部，且所述叠层铜排的平板部和所述控制板依次叠于所述分立器件的主体部的上方；每一所述分立器件的多个引脚分别垂直于所述散热器的底板的上表面，且每一所述分立器件的引脚分别连接到所述叠层铜排的平板部和所述控制板。

在本实用新型所述的功率组件中，所述叠层铜排上具有开孔，且每一所述分立器件的控制端引脚穿过所述开孔连接到所述控制板。

在本实用新型所述的功率组件中，每一所述相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件排成一列、下桥开关的多个分立器件排成一列，且同一相电压转换模块的上桥开关的分立器件与下桥开关的分立器件的引脚相对设置。

在本实用新型所述的功率组件中，所述散热器底板的上表面具有绝缘导热板，且所述分立器件通过压片固定在所述绝缘导热板的上表面。

在本实用新型所述的功率组件中，所述叠层铜排包括相互绝缘的第一铜排、第二铜排以及三个第三铜排；其中：所述第一铜排包括三个平行设置的第一条板以及连接在三个所述第一条板端部的第一连接板；所述第二铜排包括三个平行设置的第二条板以及连接在三个所述第二条板端部的第二连接板；每一所述第三铜排包括两个平行设置的第三条板以及连接到所述两个第三条板端部的第三连接板；

所述第二铜排的三个第二条板分别叠加在每一所述第三铜排的其中一个第三条板上，所述第一铜排的三个第一条板分别叠加在每一所述第三铜排的另一个第三条板上，且所述第一条板、第二条板以及第三条板平行。

在本实用新型所述的功率组件中，每一所述第一条板上具有垂直延伸到所述第一条板上方的第一连接引脚，每一所述第二条板上具有穿过两个所述第一条板之间的间隙或从所述第一条板的侧部垂直延伸到所述第一条板上方的第二连接引脚，且每一所述第三条板上具有穿过所述第一条板和第二条板之间的间隙垂直延伸到所述第一条板上方的第三连接引脚。

在本实用新型所述的功率组件中，所述第一连接板包括用于连接正直流母线的第一脚部，所述第二连接板包括用于连接负直流母线的第二脚部，所述三个第三铜排分别为U相输出铜排、V相输出铜排以及W相输出铜排，且所述U相输出铜排、V相输出铜排以及W相输出铜排的第三连接板分别包括用于连接U相输出端子、V相输出端子、W相输出端子的第三脚部；

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控制板、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控制板、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控制板、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控制板、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控制板、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控制板、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，在所述叠层铜排中，所述第一铜排的第一连接板和第二铜排的第二连接板，与所述三个第三铜排的第三连接板相向设置。

在本实用新型所述的功率组件中，所述控制板上具有三个开窗，且所述三个第三铜排的第三脚部分别穿过一个所述开窗延伸到所述控制板的上方。

本实用新型还提供一种驱动电机控制器，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：通过控制板、叠层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实施例中散热板与分立器件的示意图；

图3是本实用新型功率组件实施例中叠层铜排的示意图；

图4是本实用新型功率组件实施例中叠层铜排的分解示意图；

图5是本实用新型功率组件实施例中叠层铜排的第一铜排的示意图；

图6是本实用新型功率组件实施例中叠层铜排的第二铜排的示意图；

图7是本实用新型功率组件实施例中叠层铜排的第三铜排的示意图；

图8是本实用新型功率组件中分立器件的连接示意图；

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4集成，且该功率组件可应用于驱动电机控制器并实现电压变换。本实施例中的功率组件包括控制板1、叠层铜排2、散热器3以及三个相电压转换模块(在实际应用中，可根据需要调整相电压转换模块的数量)。上述控制板1上可集成有功率器件的驱动电路、低压电源以及其他电机控制的必要电路。

每一相电压转换模块包括上桥开关以及下桥开关，且上桥开关和下桥开关分别包括多个并联连接的分立器件4。上述分立器件4具体可采用符合国际标准且电流较小的半导体开关。

具体地，结合图2，每一相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件4排成一列、下桥开关的多个分立器件4排成一列，且同一相电压转换模块的上桥开关的分立器件4与下桥开关的分立器件4的引脚相对设置。三个相电压转换模块中的所有分立器件4的主体部分别贴于散热器3的底板的上表面，且三个相电压转换模块的分立器件4在散热器3上构成三个相隔的组。特别地，散热器3底板的上表面具有绝缘导热板5，且分立器件4通过压片6固定在绝缘导热板5的上表面(压片6可直接通过螺钉固定在散热器3的上表面)。当然，在实际应用中，分立器件4也可通过焊接方式固定在绝缘导热板5上。

叠层铜排2包括平板部，且该叠层铜排2的平板部和控制板1依次叠于分立器件4的主体部的上方。每一分立器件4的多个引脚分别垂直于散热器3的底板的上表面，且每一分立器件4的多个引脚(引脚焊接)分别连接到叠层铜排2的平板部和控制板1，并通过上述方式实现控制板1、叠层铜排2以及三个相电压转换模块之间的安装固定。在进行电压转换时，上述分立器件4根据来自控制板1的控制信号将来自叠层铜排2的直流电转换为对应的交流电，并通过叠层铜排2输出。

特别地，上述叠层铜排2的主体部上具有开孔，从而每一分立器件4的控制端引脚可穿过开孔连接到控制板1。并且为便于分立器件4的引脚焊接，叠层铜排2与分立器件4的引脚的连接面也位于叠层铜排2的上侧(即背向散热器3的一侧)。

上述功率组件通过控制板1、叠层铜排2及散热器3将多个分立器件4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。

上述散热器3可采用风冷结构，即在散热器3的底板的下表面具有散热翅片，并通过散热翅片进行高效散热。此外，散热器3还可采用液冷结构，即在散热器3内增加冷却液通道，并通过流经冷却液通道的冷却液进行散热。

如图3～7所示，上述叠层铜排2具体可包括相互绝缘的第一铜排22、第二铜排24以及三个第三铜排26；其中第一铜排22包括三个平行设置的第一条板221以及连接在三个第一条板221端部的第一连接板222；第二铜排24包括三个平行设置的第二条板241以及连接在三个第二条板241端部的第二连接板242；每一第三铜排26包括两个平行设置的第三条板261以及连接到两个第三条板261端部的第三连接板262。

第二铜排24的三个第二条板241分别叠加在每一第三铜排26的其中一个第三条板261上。第一铜排22的第一条板221位于第二铜排24的第二条板241的上层，且该第一铜排22的三个第一条板221分别叠加在每一第三铜排26的另一个第三条板261上。第一铜排22、第二铜排24以及第三铜排26叠加之后，且第一条板221、第二条板241以及第三条板261平行。

特别地，上述第一铜排22的第一连接板222和第二铜排24的第二连接板242，与三个第三铜排26的第三连接板262相向设置。并且为减小体积，上述第一连接板222垂直于第一条板221，第二连接板242垂直于第二条板241，且在第一铜排22、第二铜排24以及第三铜排26叠加之后，第一连接板222与第二连接板242相叠。

为保证第一铜排22、第二铜排24以及第三铜排26之间可靠绝缘，可在第一铜排22的上层、第一铜板22和第二铜排24之间、在第二铜排24和第三铜排26之间以及在第三铜排26下层分别增加绝缘层。上述绝缘层可由绝缘导热材料加工而成，从而除了绝缘，还可进行导热。

为便于分立器件4与叠层铜排2的连接，每一第一条板221上具有垂直延伸到该第一条板221上方的第一连接引脚2211，每一第二条板241上具有穿过两个第一条板221之间的间隙或从第一条板221的侧部垂直延伸到第一条板221上方的第二连接引脚2411，每一第三条板261上具有穿过第一条板221和第二条板241之间的间隙垂直延伸到第一条板221上方的第三连接引脚2611，且在第一铜排22、第二铜排24以及第三铜排26叠加之后，上述第一连接引脚2211、第二连接引脚2411、第三连接引脚2611相互错开。

这样，位于叠层铜排2下方的分立器件4的引脚可依次穿过第三条板261之间的间隙、第二条板241之间的间隙以及第一条板221之间的间隙到达第一条板221的上方，从而便于将该分立器件4的引脚分别焊接到控制板1、叠层铜排2上的第一连接引脚2211、第二连接引脚2411或第三连接引脚2611。

上述第一连接板222上具有用于连接正直流母线的第一脚部223，第二连接板242上具有用于连接负直流母线的第二脚部243，三个第三铜排26分别为U相输出铜排、V相输出铜排以及W相输出铜排，且U相输出铜排、V相输出铜排以及W相输出铜排的第三连接板262分别包括用于连接U相输出端子、V相输出端子、W相输出端子的第三脚部263；三个相电压转换模块分别为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。结合图8、9，上述分立器件4的引脚可通过以下方式焊接到控制板1及叠层铜排2：

U相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件4(即Q1)的栅极分别焊接到控制板1、漏极分别焊接到第一铜排22的第一连接引脚2211、源极分别焊接到U相输出铜排的第三连接引脚2611；U相电压转换模块的下桥开关的多个分立器件4(即Q4)的栅极分别焊接到控制板1、漏极分别焊接到U相输出铜排的第三连接引脚2611、源极分别焊接到第二铜排24的第二连接引脚2411；

V相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件4(即Q2)的栅极分别焊接到控制板1、漏极分别焊接到第一铜排22的第一连接引脚2211、源极分别焊接到V相输出铜排的第三连接引脚2611；V相电压转换模块的下桥开关的多个分立器件4(即Q5)的栅极分别焊接到控制板1、漏极分别焊接到V相输出铜排的第三连接引脚2611、源极分别焊接到第二铜排24的第二连接引脚2411；

W相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件4(即Q3)的栅极分别焊接到控制板1、漏极分别焊接到第一铜排22的第一连接引脚2211、源极分别焊接到W相输出铜排的第三连接引脚2611；W相电压转换模块的下桥开关的多个分立器件4(即Q6)的栅极分别焊接到控制板1、漏极分别焊接到W相输出铜排的第三连接引脚2611、源极分别焊接到第二铜排24的第二连接引脚2411。

在上述控制板1上可具有三个开窗，且三个第三铜排26的第三脚部263可分别穿过一个开窗延伸到控制板1的上方，从而便于交流输出接线。

如图9所示，本实用新型还提供一种驱动电机控制器，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(主控单元91和驱动电路92可集成到功率组件的控制板1)。在上述驱动电机控制器中，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的各个分立器件4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，包括控制板、叠层铜排、散热器以及多个相电压转换模块；每一所述相电压转换模块包括上桥开关以及下桥开关，且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；所述多个相电压转换模块中的所有分立器件的主体部分别贴于所述散热器的底板的上表面，所述叠层铜排包括平板部，且所述叠层铜排的平板部和所述控制板依次叠于所述分立器件的主体部的上方；每一所述分立器件的多个引脚分别垂直于所述散热器的底板的上表面，且每一所述分立器件的引脚分别连接到所述叠层铜排的平板部和所述控制板。

2.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，所述叠层铜排上具有开孔，且每一所述分立器件的控制端引脚穿过所述开孔连接到所述控制板。

3.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，每一所述相电压转换模块的上桥开关的多个分立器件排成一列、下桥开关的多个分立器件排成一列，且同一相电压转换模块的上桥开关的分立器件与下桥开关的分立器件的引脚相对设置。

4.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，所述散热器底板的上表面具有绝缘导热板，且所述分立器件通过压片固定在所述绝缘导热板的上表面。

5.根据权利要求1所述的功率组件，其特征在于，所述叠层铜排包括相互绝缘的第一铜排、第二铜排以及三个第三铜排；其中：所述第一铜排包括三个平行设置的第一条板以及连接在三个所述第一条板端部的第一连接板；所述第二铜排包括三个平行设置的第二条板以及连接在三个所述第二条板端部的第二连接板；每一所述第三铜排包括两个平行设置的第三条板以及连接到所述两个第三条板端部的第三连接板；

所述第二铜排的三个第二条板分别叠加在每一所述第三铜排的其中一个第三条板上，所述第一铜排的三个第一条板分别叠加在每一所述第三铜排的另一个第三条板上，且所述第一条板、第二条板以及第三条板平行。

6.根据权利要求5所述的功率组件，其特征在于，每一所述第一条板上具有垂直延伸到所述第一条板上方的第一连接引脚，每一所述第二条板上具有穿过两个所述第一条板之间的间隙或从所述第一条板的侧部垂直延伸到所述第一条板上方的第二连接引脚，且每一所述第三条板上具有穿过所述第一条板和第二条板之间的间隙垂直延伸到所述第一条板上方的第三连接引脚。

7.根据权利要求6所述的功率组件，其特征在于，所述功率组件包括三个相电压转换模块，且所述三个相电压转换模块分别为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；所述第一连接板包括用于连接正直流母线的第一脚部，所述第二连接板包括用于连接负直流母线的第二脚部，所述三个第三铜排分别为U相输出铜排、V相输出铜排以及W相输出铜排，且所述U相输出铜排、V相输出铜排以及W相输出铜排的第三连接板分别包括用于连接U相输出端子、V相输出端子、W相输出端子的第三脚部；

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控制板、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控制板、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控制板、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控制板、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控制板、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控制板、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6所述的功率组件，其特征在于，在所述叠层铜排中，所述第一铜排的第一连接板和第二铜排的第二连接板，与所述三个第三铜排的第三连接板相向设置。

9.根据权利要求6所述的功率组件，其特征在于，所述控制板上具有三个开窗，且所述三个第三铜排的第三脚部分别穿过一个所述开窗延伸到所述控制板的上方。

10.一种驱动电机控制器，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。