專利名稱：一種逆變器電路及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三相逆變?nèi)珮虿⒙?lián)的逆變器電路及其結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著電力電子、電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，三相電機(jī)控制器在機(jī)電一體化、工業(yè)傳動、機(jī)器人、新能源汽車、電動場地車等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其近年來的新能源汽車用電機(jī)控制器，其控制電機(jī)的類型也是多種多樣，而對于電機(jī)供電離不開核心的功率逆變?nèi)珮虿糠?，功率逆變部分承?dān)著重要角色，并要承受近600A的大電流。針對上述情況全世界的半導(dǎo)體廠家及功率器件廠家推出了各種各樣的應(yīng)對方案，目前主要的成熟方案就是功率晶體管模塊，一種鋁基板上貼裝管芯，后通過綁定線引到端子上的封裝工藝，還有一種形式是在雙層電路鋁基板上貼裝分立的功率晶體管。 下面就目前的現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷及問題列舉說明功率模塊方案I.模塊價格高，同等容量的模塊的價格是分立晶體管價格的近2 4倍。2.設(shè)計不靈活，結(jié)構(gòu)和參數(shù)受所選模塊限制。3.可替換性差，性能穩(wěn)定的模塊廠家基本被國外壟斷，且封裝不統(tǒng)一，帶來采購風(fēng)險。4.驅(qū)動設(shè)計的匹配調(diào)節(jié)受限，很難看到管芯的驅(qū)動波形，給具體應(yīng)用帶來設(shè)計風(fēng)險。雙層電路鋁基板貼裝分立方案I.成本較高，雙層電路鋁基板工藝較復(fù)雜，因此成本是單層電路鋁基板的約2倍，并且這部分成本是額外增加的。2.質(zhì)量控制難，由于雙層電路鋁基板的工藝復(fù)雜性，容易造成一致性差、翹曲、分層等現(xiàn)象。3.焊接易虛焊，由于功率晶體管是通過SMT技術(shù)表貼在鋁基板上的，由于雙層電路鋁基板的鍍錫面的平整性并非理想，加之焊接面較大等因素，晶體管底部容易存在氣穴，一旦有氣穴曾在，散熱和導(dǎo)電將受到嚴(yán)重影響，如通過X射線篩查，設(shè)備投入又將是不小的數(shù)目。4.導(dǎo)熱性能差，由于功率晶體管的散熱面到散熱器之間的物質(zhì)依次有焊錫、頂層銅箔、導(dǎo)熱絕緣填充材料、底層銅箔、導(dǎo)熱絕緣填充材料、鋁基、導(dǎo)熱材料、最后到散熱器上，相當(dāng)于串聯(lián)了 7種熱阻體，并且分布不一定均勻，使導(dǎo)熱系數(shù)大打折扣。由此可以看出，目前市場上的逆變器技術(shù)需要進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種成本低廉、設(shè)計靈活、通用性好、質(zhì)量控制容易、電氣性能和導(dǎo)熱效果良好逆變器電路及其結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的包括晶體管，三相交流電的U、V、W接口、直流電的B+、B-接口，逆變器電路具有由晶體管構(gòu)成的二路電路，晶體管為MOSFET晶體管或IGBT晶體管；每一路電路由多個晶體管單元并聯(lián)構(gòu)成，每個晶體管單元包括兩個MOSFET晶體管，或兩個IGBT晶體管；當(dāng)為MOSFET晶體管時，一個晶體管的漏極和另一個晶體管的源極相連形成晶體管單元，晶體管單元剩余的漏極接B+接口，剩余的源極接地，三路電路中的各晶體管單元中相連的漏極和源極的公共結(jié)點相連接形成公共結(jié)點并分別連接至 U、V、W接口；當(dāng)為IGBT晶體管時，一個晶體管的集電極和另一個晶體管的發(fā)射極相連形成晶體管單元，晶體管單元剩余的集電極接B+接口，剩余的發(fā)射極接地，三路電路中的各晶體管單元中相連的發(fā)射極和集電極的公共結(jié)點相連接形成公共結(jié)點并分別連接至U、V、W接口 ；B-接口接地。三路電路中或者均為MOSFET晶體管，或者均為IGBT晶體管，各晶體管的參數(shù)及性能一致，三路電路的各路電路所包含的晶體管單元的數(shù)量相同。U、V、W接口為輸出接口時，B+、B-接口為輸入接口，B+、B-接口接入直流電，U、V、W接口輸出三相交流電；U、V、W接口為輸如接口時，B+、B-接口為輸出接口，U、V、W接口接入三相交流電，B+、B-接口輸出直流電。 三路電路中的晶體管，當(dāng)為MOSFET晶體管時，每一路電路中源極接地的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，每一路電路中漏極接B+接口的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，三路電路共形成6個節(jié)點，6個節(jié)點分別與控制電路相連接，控制電路配置各個晶體管處于開關(guān)狀態(tài)，并控制各個晶體管的工作方式;當(dāng)為IGBT晶體管時，每一路電路中發(fā)射極接地的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，每一路電路中集電極接B+接口的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，三路電路共形成6個節(jié)點，6個節(jié)點分別與控制電路相連接，控制電路配置各個晶體管處于開關(guān)狀態(tài)，并控制各個晶體管的工作方式。在B+接口與地之間具有直流母線電容，起到平滑電壓的作用。一種逆變器結(jié)構(gòu)，包括散熱座，卡簧，具有上文所述的逆變器電路的PCB板，散熱材料，散熱座上從具有4個矩形凸起，4個矩形凸起平行排列并隔擋形成3個空間，固定在PCB板上的晶體管也同時位于4個矩形凸起所隔擋形成的3個空間中，而對于每一個空間，晶體管對稱貼附于空間兩側(cè)矩形凸起的側(cè)面，晶體管與矩形凸起的側(cè)面之間有散熱材料；卡簧位于矩形凸起所隔擋形成的空間中，卡簧兩端緊壓貼附于空間兩側(cè)的矩形凸起的側(cè)面上的晶體管。散熱座的材質(zhì)為鋁合金。導(dǎo)熱絕緣材料為涂有硅膠的絕緣膜。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點和有益效果，具體體現(xiàn)在以下幾個方面運(yùn)用到最基本組成部件，普通PCB板、導(dǎo)熱絕緣膜、一體成型散熱器型材、卡簧，容易購買且價格低廉。逆變器斷路的電路走線結(jié)構(gòu)和組合方式簡單有效，易于控制電路對逆變器進(jìn)行控制和配置。


圖I是本發(fā)明在晶體管為MOSFET時的逆變器電路圖。圖2是本發(fā)明在晶體管為IGBT時的逆變器電路圖。圖3是本發(fā)明的逆變器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進(jìn)一步詳述，以下關(guān)于本發(fā)明的實施方式的描述只是示例性，并不是為了限制本發(fā)明的所要保護(hù)的主題，對于本發(fā)明所描述的實施例還存在的其他在權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)的變化，都屬于本發(fā)明所需要保護(hù)的主題。對于本發(fā)明中所提到得“耦合”，根據(jù)電氣、電子、機(jī)械領(lǐng)域的定義，是指兩個或兩個以上的電路元件或電網(wǎng)絡(luò)的輸入與輸出之間存在緊密配合與相互影響，并通過相互作用從一側(cè)向另一側(cè)傳輸信號或能量的現(xiàn)象，概括的說耦合就是指兩個或兩個以上的實體相互依賴于對方的一個量度。在本發(fā)明中可以理解為數(shù)字信號、電壓、電流等能量流的傳輸方·式，根據(jù)各模塊之間的不同情況下作用關(guān)系本發(fā)明的中的“耦合”可以進(jìn)一步理解為直接連接或間接連接。所以雖然本發(fā)明的實施例中公布了一種各個組件的示例性布局和結(jié)構(gòu)，但該發(fā)明的保護(hù)主題內(nèi)還包含在保護(hù)主題的范圍內(nèi)具有不同的耦合方式下的其他布局和結(jié)構(gòu)。如圖I和圖2所示，該逆變器的電路包括晶體管，三相交流電的U接口、V接口、W接口、直流電的B+接口、B-接口，逆變器電路具有由晶體管構(gòu)成的三路電路，晶體管為MOSFET晶體管或IGBT晶體管，U、V、W接口為輸出接口時，B+、B-接口為輸入接口，B+、B-接口接入直流電，U、V、W接口輸出三相交流電；U、V、W接口為輸如接口時，B+、B-接口為輸出接口，U、V、W接口接入三相交流電，B+、B-接口輸出直流電。其中圖I為晶體管為MOSFET晶體管時的電路結(jié)構(gòu)圖，圖2為晶體管為IGBT晶體管時的電路結(jié)構(gòu)圖。圖I中，每一路電路由多個晶體管單元并聯(lián)構(gòu)成，每個晶體管單元包括兩個MOSFET晶體管；三路電路的晶體管均為MOSFET晶體管，各晶體管的參數(shù)及性能一致，三路電路的各路電路所包含的晶體管單元的數(shù)量相同。一個MOSFET晶體管的漏極和另一個MOSFET晶體管的源極相連形成晶體管單元，晶體管單元剩余的漏極接B+接口，剩余的源極接地，三路電路中的各晶體管單元中相連的漏極和源極的公共結(jié)點相連接形成公共結(jié)點并分別連接至U、V、W接口 ；B-接口接地。每一路電路中源極接地的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，每一路電路中漏極接B+接口的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，三路電路共形成6個節(jié)點，6個節(jié)點分別與控制電路相連接，控制電路配置各個晶體管處于開關(guān)狀態(tài)，并控制各個晶體管的工作方式。由于本發(fā)明的技術(shù)方案為逆變器的電路及結(jié)構(gòu)，而控制電路不屬于逆變器電路和結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)，故在圖I中沒有標(biāo)示出控制電路，這對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是可以理解的，不會產(chǎn)生誤解，故在發(fā)明中不做描述。圖2中，每一路電路由多個晶體管單元并聯(lián)構(gòu)成，每個晶體管單元包括兩個IGBT晶體管；二路電路的晶體管均為IGBT晶體管，各晶體管的參數(shù)及性能一致，二路電路的各路電路所包含的晶體管單元的數(shù)量相同。一個IGBT晶體管的集電極和另一個IGBT晶體管的發(fā)射極相連形成晶體管單元，晶體管單元剩余的集電極接B+接口，剩余的發(fā)射極接地，三路電路中的各晶體管單元中相連的集電極和發(fā)射極的公共結(jié)點相連接形成公共結(jié)點并分別連接至U、V、W接口 ；B-接口接地。每一路電路中發(fā)射極接地的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，每一路電路中集電極接B+接口的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，三路電路共形成6個節(jié)點，6個節(jié)點分別與控制電路相連接，控制電路配置各個晶體管處于開關(guān)狀態(tài)，并控制各個晶體管的工作方式。由于本發(fā)明的技術(shù)方案為逆變器的電路及結(jié)構(gòu)，而控制電路不屬于逆變器電路和結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)，故在圖2中沒有標(biāo)示出控制電路，這對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是可以理解的，不會產(chǎn)生誤解，故在此不做描述。如圖3所示，散熱座I的材質(zhì)為鋁合金，其上具有4個矩形凸起，4個矩形凸起平行排列并隔擋形成3個空間，固定在PCB板2上的晶體管也同時位于4個矩形凸起所隔擋形成的3個空間中。虛線框100、200、300中的結(jié)構(gòu)一致，在此以虛線框100結(jié)構(gòu)為例描述。晶體管3對稱貼附于格擋形成空間兩側(cè)矩形凸起的側(cè)面。當(dāng)為MOSFET晶體管時，對于空間兩側(cè)的晶體管3，一側(cè)均為漏極接B+接口晶體管，一側(cè)均為源極接地的晶體管；當(dāng)為IGBT晶 體管時，對于空間兩側(cè)的晶體管3，一側(cè)均為集電極接B+接口晶體管，一側(cè)均為發(fā)射極接地的晶體管。晶體管3與矩形凸起的側(cè)面之間有導(dǎo)熱絕緣材料4，導(dǎo)熱絕緣材料4為涂有硅膠的絕緣膜?？ɑ?為金屬材質(zhì)且具有機(jī)械彈性，位于矩形凸起所隔擋形成的空間中，卡簧5固定在兩端緊壓貼附于空間兩側(cè)的矩形凸起的側(cè)面上的晶體管3。U接口 6固定于PCB板2上且位于空間兩側(cè)的晶體管3之間。虛線框200和虛線框300中的結(jié)構(gòu)與虛線框100中的結(jié)構(gòu)一致，分別為另外兩相接口與其所對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)的安裝結(jié)構(gòu)。PCB板上還具有B+、B_接口 7，以及直流母線電容8，直流母線電容8連接B+接口與地，起到平滑電壓的作用，由于直流母線電容8為非必要技術(shù)點器件，在逆變器的電路結(jié)構(gòu)中為了達(dá)到平滑電壓的作用均會設(shè)置，且其電路結(jié)構(gòu)及其連接方式為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)人員所公知，不會引起誤解，故為了突出本發(fā)明的必要技術(shù)點，在圖I和圖2中的電路圖中直流母線電容不顯示。對于為本發(fā)明的示范性實施例，應(yīng)當(dāng)理解為是本發(fā)明的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)其中的某一種示范性示例，具有對本領(lǐng)域技術(shù)人員實現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)方案的指導(dǎo)性作用，而非對本發(fā)明的限定。
權(quán)利要求
1.一種逆變器電路，包括晶體管，三相交流電的U、V、W接口、直流電的B+、B-接口，其特征在于所述逆變器電路具有由晶體管構(gòu)成的二路電路，晶體管為MOSFET晶體管或IGBT晶體管；每一路電路由多個晶體管單元并聯(lián)構(gòu)成，每個晶體管單元包括兩個MOSFET晶體管，或兩個IGBT晶體管；當(dāng)為MOSFET晶體管時，一個晶體管的漏極和另一個晶體管的源極相連形成晶體管單元，晶體管單元剩余的漏極接B+接口，剩余的源極接地，三路電路中的各晶體管單元中相連的漏極和源極的公共結(jié)點相連接形成公共結(jié)點并分別連接至U、V、W接口；當(dāng)為IGBT晶體管時，一個晶體管的集電極和另一個晶體管的發(fā)射極相連形成晶體管單元，晶體管單元剩余的集電極接B+接口，剩余的發(fā)射極接地，三路電路中的各晶體管單元中相連的集電極和發(fā)射極的公共結(jié)點相連接形成公共結(jié)點并分別連接至U、V、W接口 ；B-接口接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的逆變器電路，其特征在于所述三路電路中或者均為MOSFET晶體管，或者均為IGBT晶體管，各晶體管的參數(shù)及性能一致，三路電路的各路電路所包含的晶體管單元的數(shù)量相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的逆變器電路，其特征在于所述U、V、W接口為輸出接口時，B+、B-接口為輸入接口，B+、B-接口接入直流電，U、V、W接口輸出三相交流電；U、V、W接口為輸如接口時，B+、B-接口為輸出接口，U、V、W接口接入三相交流電，B+、B-接口輸出直流電。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的逆變器電路，其特征在于所述三路電路中的晶體管，當(dāng)為MOSFET晶體管時，每一路電路中源極接地的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，每一路電路中漏極接B+接口的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，三路電路共形成6個節(jié)點，6個節(jié)點分別與控制電路相連接，控制電路配置各個晶體管處于開關(guān)狀態(tài)，并控制各個晶體管的工作方式；當(dāng)為IGBT晶體管時，每一路電路中發(fā)射極接地的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，每一路電路中集電極接B+接口的晶體管的柵極耦合形成節(jié)點，三路電路共形成6個節(jié)點，6個節(jié)點分別與控制電路相連接，控制電路配置各個晶體管處于開關(guān)狀態(tài)，并控制各個晶體管的工作方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I逆變器電路，其特征在于在B+接口與地之間具有直流母線電容，起到平滑電壓的作用。
6.一種逆變器結(jié)構(gòu)，包括具有權(quán)利要求I所述的逆變器電路的PCB板，散熱座，卡簧，散熱材料，其特征在于散熱座上從具有4個矩形凸起，4個矩形凸起平行排列并隔擋形成3個空間，固定在PCB板上的晶體管也同時位于4個矩形凸起所隔擋形成的3個空間中，而對于每一個空間，晶體管對稱貼附于空間兩側(cè)矩形凸起的側(cè)面，晶體管與矩形凸起的側(cè)面之間有導(dǎo)熱絕緣材料；卡簧位于矩形凸起所隔擋形成的空間中，卡簧兩端緊壓貼附于空間兩側(cè)的矩形凸起的側(cè)面上的晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種逆變器結(jié)構(gòu)，其特征在于散熱座的材質(zhì)為鋁合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種逆變器結(jié)構(gòu)，其特征在于導(dǎo)熱絕緣材料為涂有硅膠的絕緣膜。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種逆變器電路及其結(jié)構(gòu)，包括PCB板，導(dǎo)熱絕緣材料，散熱座，卡簧。PCB板上具有由晶體管構(gòu)成的三路電路，晶體管為MOSFET晶體管或IGBT晶體管；每一路電路由多個晶體管單元并聯(lián)構(gòu)成，每個晶體管單元包括兩個MOSFET晶體管，或兩個IGBT晶體管；散熱座上從具有4個矩形凸起，4個矩形凸起平行排列并隔擋形成3個空間，固定在PCB板上的晶體管也同時位于4個矩形凸起所隔擋形成的3個空間中，晶體管對稱貼附于矩形凸起的側(cè)面，之間有散熱材料；卡簧兩端緊壓矩形凸起的側(cè)面上的晶體管。針對傳統(tǒng)逆變器成本高、易虛焊、導(dǎo)熱性差的缺陷，設(shè)計出一種成本低廉、通用性好、電氣性能和導(dǎo)熱效果良好的方案。
文檔編號H02M7/48GK102882403SQ20121037980
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者杜承潤 申請人:天津市松正電動汽車技術(shù)股份有限公司