一种PCB母排及电机控制器制造技术

本发明专利技术提供了一种PCB母排及电机控制器，其中PCB母排包括：开窗结构，顶层和底层具有交直流走线的金属开窗，用于外焊扩流与散热的金属片并引出交直流端子；多个功率开关器件，均匀排布在母排顶层，包括三组单相桥结构，单相桥结构包括上桥臂相互并联的功率开关器件和下桥臂相互并联的功率开关器件；交流接线点，由每组单相桥结构上下桥臂之间相互并联的功率开关器件连接成；直流电容，位于上下桥臂功率开关器件的中间位置，分别与每组单相桥的功率开关器件并联。通过顶层和底层的开窗结构，可以外焊不同厚度的铜片，达到期望的通流能力及散热效果，通过多组PCB叠层设计减小了电路中的杂散电感，电子元器件对称排布达到了很好的均流效果。的均流效果。的均流效果。

【技术实现步骤摘要】
一种PCB母排及电机控制器


[0001]本专利技术涉及电机控制器
，具体涉及一种PCB母排及电机控制器。

技术介绍

[0002]电机控制器主要由功率模块、功率驱动模块和中央控制模块组成，电力电子功率器件是电机控制器的核心部件，决定了电机控制系统的性能和成本。现有技术中，由于SiC MOSFET管耐高温、损耗低、适合高频工作的特性，应用SiC MOSFET设计电机控制器是本领域的研究重点。SiC MOSFET管并联可以实现中小功率等级的控制器，然而常用高纯度无氧铜做成特殊的复合结构作为母排的方案却不适合分立SiC MOSFET器件的安装与焊接，此外，SiC器件开关速度快，对回路杂散参数敏感，较大的杂散电感使得SiC MOSFET在高速开关的过程中承受较大的电压过冲，并将引起开关震荡，产生额外的功率损耗，器件失效风险剧增，影响电机控制器的效率、开关频率和可靠性的进一步提升。
[0003]现有技术中，分立SiC MOSFET器件中功率驱动电路主要采用大功率驱动电路的控制方式进行驱动，利用功率模块结合高纯度无氧铜做成的叠层母排，使得中功率驱动电路成本高，价格昂贵。另外，由于SiC MOSFET模块自身回路电感，以及受模块封装的限制，回路设计中杂散电感比较大，不均衡的电流会使得各并联器件间产生不对等的损耗和电流、电压应力，短板效应迫使整个系统降额运行，会比较严重的影响电机控制器中逆变器的效率和功耗等性能。而现有技术中基于PCB母排板做成的分立器件控制器，母排为了尽可能的走大电流，面积通常比较大，功率密度低，杂感也比较大，而且走大电流时由于PCB板基材的原因会发热严重，因此只适合小功率的控制器设计。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种PCB母排及电机控制器，解决母排无法兼顾提高散热效果、减小杂散电感、均衡电流及降低功率密度各功能的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种PCB母排，包括：
[0007]开窗结构，由垂直的多组PCB叠层组成，母排的顶层和底层具有直流和交流走线的金属开窗，用于外焊扩流与散热的金属片并引出交直流端子；
[0008]多个功率开关器件，均匀排布在母排的顶层，多个功率开关器件构成三相全桥结构，三相全桥结构包括三组单相桥结构，所述单相桥结构包括上桥臂相互并联的功率开关器件和下桥臂相互并联的功率开关器件；
[0009]交流接线点，由每组单相桥结构上下桥臂之间相互并联的功率开关器件连接成，所述交流接线点为上桥臂与下桥臂的接线中点，用于外焊铜柱连接电机；
[0010]直流电容，位于上下桥臂功率开关器件的中间位置，分别与每组单相桥的功率开关器件并联。
[0011]本专利技术实施例提供的PCB母排，通过顶层和底层开窗结构，增加了通流能力以及板
子的散热，通过多组PCB叠层设计减小了电路中的杂散电感，对称排布的电子元器件达到了很好的均流效果，弥补了常用PCB母排只能用于小功率场合的不足。
[0012]可选地，所述功率开关器件为SiC MOSFET管。
[0013]SiC MOSFET管具有耐高温、损耗低、适合高频工作的特点，在该母排结构的设计中作为功率开关器件是现有器件中的最佳选择。
[0014]可选地，所述PCB母排形状为圆形。
[0015]将PCB母排形状做成圆形，不仅可以更好地保证元器件的对称性，保证均流效果，承载尽可能大电流的前提下，圆形母排的功率密度最高，同时这种紧凑型的设计也节约了原材料成本。
[0016]可选地，所述金属开窗为铜开窗，金属片为不规则形状与不同厚度的铜片。
[0017]可选地，所述母排承载的电流与所述铜片厚度成正比。
[0018]本专利技术实施例提供的PCB母排的铜开窗设计，可以根据承载电流需求选择合适厚度的铜片，保证电流流通的同时，达到更好的散热效果。
[0019]可选地，每组PCB叠层包括：正母线层、负母线层，在相邻层中所述正母线层和所述负母线层相邻，每组PCB叠层形成一个回路。
[0020]每组PCB叠层中的正母线层和负母线层中流过的电流大小相等，方向相反，降低了母排回路的杂散电感，避免功率开关器件在高速开关的过程中承受较大的电压过冲，从而降低功率损耗，提升系统效率。
[0021]可选地，母排的正中心位置有两个直流输入端子，分别连接所述正母线层和负母线层。
[0022]将直流输入端子放在母排的正中心位置，有利于实现直流电流到各并联器件的回路对称，保证均流效果。
[0023]可选地，所述母排由垂直的八组PCB叠层组成，共形成四个回路。
[0024]在实际应用中，经过多次试验验证，由八组PCB组成的四回路母排从成本和降低回路杂散电感效果两方面考虑，为最佳方案。
[0025]可选地，所述每组单相桥结构中上桥臂相互并联的功率开关器件的漏极均连接所述正母线层，所述每组单相桥结构下桥臂相互并联的功率开关器件的功率源极均连接所述负母线层，所述每组单相桥结构上桥臂相互并联的功率开关器件的功率源极连接所述每组单相桥结构下桥臂相互并联的功率开关器件的漏极。
[0026]通过执行上述实施方式，可实现交流接线点到上下桥臂并联功率开关器件的距离及阻抗均相等。并且，通过每组叠层母排建立电气连接关系，电流从正母线层经过电容到达负母线层，可形成最小的电流环路，减小回路上的电感值。因此，通过上述连接关系，电流均有最小环路，最终使得环路上电感较小。
[0027]第二方面，本专利技术实施例提供了一种电机控制器，包括：
[0028]功率模块，包括第一方面任一项所述的PCB母排；
[0029]驱动模块，用于为电机提供动力；
[0030]控制模块，用于控制所述功率模块和驱动模块使电机工作。
[0031]本专利技术实施例提供的电子控制器，通过具有第一方面任一实施例所述PCB母排的功率模块，辅助电机高效稳定工作。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术实施例提供的一种PCB母排的结构示意图；
[0034]图2A为本专利技术实施例提供的一种PCB母排的一个具体实施例中八层PCB叠层的结构示意图；
[0035]图2B为本专利技术实施例提供的一种PCB母排的一个具体实施例中电流方向相反的两个导体的接线方式；
[0036]图3为本专利技术实施例提供的一种PCB母排的一个具体实施例中正负母线层等效的两个导体的连线图；
[0037]图4A为本专利技术实施例提供的一种PCB母排的顶层铜开窗的结构示意图；
[0038]图4B为本专利技术实施例提供的一种PCB母本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PCB母排，其特征在于，包括：开窗结构，由垂直的多组PCB叠层组成，母排的顶层和底层具有直流和交流走线的金属开窗，用于外焊扩流与散热的金属片并引出交直流端子；多个功率开关器件，均匀排布在母排的顶层，多个功率开关器件构成三相全桥结构，三相全桥结构包括三组单相桥结构，所述单相桥结构包括上桥臂相互并联的功率开关器件和下桥臂相互并联的功率开关器件；交流接线点，由每组单相桥结构上下桥臂之间相互并联的功率开关器件连接成，所述交流接线点为上桥臂与下桥臂的接线中点，用于外焊铜柱连接电机；直流电容，位于上下桥臂功率开关器件的中间位置，分别与每组单相桥的功率开关器件并联。2.根据权利要求1所述的PCB母排，其特征在于，所述功率开关器件为SiC MOSFET管。3.根据权利要求1所述的PCB母排，其特征在于，所述PCB母排形状为圆形。4.根据权利要求1所述的PCB母排，其特征在于，所述金属开窗为铜开窗，金属片为不规则形状与不同厚度的铜片。5.根据权利要求4所述的PCB母排，其特征在于，所述母排承载的电流与所述铜片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少昆，范涛，温旭辉，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：