專利名稱：一種開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，尤其是涉及一種適用于開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的不對稱半橋型主功率電路。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機(jī)為雙凸極結(jié)構(gòu)，根據(jù)“磁阻最小原理”運(yùn)行。開關(guān)磁阻電機(jī)控制器用于驅(qū)動開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，其主功率電路型式之一為不對稱半橋型式，各相之間可以獨(dú)立控制，方便實現(xiàn)斬波和零壓續(xù)流，使用靈活方便。三相不對稱半橋型主功率電路如圖1所示。開關(guān)磁阻電機(jī)每相包括上下兩個開關(guān)器件VT1、VT2和兩個續(xù)流二極管VD1、VD2。當(dāng)一相上兩個開關(guān)器件打開時，由電源Us向電機(jī)繞組供電；當(dāng)兩個開關(guān)器件關(guān)斷時，相電流通過兩個續(xù)流二極管反壓續(xù)流，將電機(jī)繞組磁場儲能迅速回饋到Us，實現(xiàn)快速換相。而當(dāng)關(guān)閉一相上一個開關(guān)器件，電機(jī)繞組電流在另一組開關(guān)器件和續(xù)流二極管間零壓續(xù)流?？梢姡_關(guān)磁阻電機(jī)控制器主功率電路需開關(guān)器件和續(xù)流二極管單獨(dú)布置，所需功率器件較多。在大功率和高電壓的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器中，GTO (通常采用門極關(guān)斷晶閘管)、GTR (功率晶體管或達(dá)林頓晶體管)IGBT (和絕緣柵雙極晶體管)作為開關(guān)器件。GTO耐壓等級高、過流強(qiáng)、控制復(fù)雜，用于大容量高電壓場合。GTR控制方便，但控制功率較高。IGBT是由BJT (雙極型三極管)和MOSFET (絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，開通和關(guān)斷控制方便，驅(qū)動功率小且飽和壓降低，在高壓開關(guān)磁阻電機(jī)控制器廣泛使用。在低電壓、小功率、低成本開關(guān)磁阻電機(jī)控制器中經(jīng)常采用的MOSFET (金屬-氧化層-半導(dǎo)體-場效晶體管)構(gòu)成主功率電路。MOSFET驅(qū)動電流小、開關(guān)速度快，廣泛應(yīng)用于低壓場合，但承載電流較低，在較大功率場合需并聯(lián)使用。通用MOSFET電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，M0SFET3個引腳1、2、3分別為G (柵極)、D (源極)、S (漏極)。MOSFET封裝方式分為貼片封裝和直插封裝兩種。貼片MOSFET器件，如圖3(a)所示的D2PAK形式，需表貼焊接在銅基板上，制作成本高，焊接工藝復(fù)雜，且因銅基板和MOSFET間需增加絕緣材料，散熱性能較差。直插MOSFET器件，如圖3 (b)所示的T0-247形式，一般采用銅排安裝，制作成本高，定位精度差，焊接困難，安裝復(fù)雜；也可以采用PCB板焊接的方式，但不適合較大功率控制器需求，且普通PCB板布線覆銅薄，難以承載較大電流?，F(xiàn)有的MOSFET封裝方式存在以下缺點(diǎn):(I)貼片MOSFET采用銅基板型式主功率電路散熱能力較差，焊接工藝復(fù)雜。(2)直插MOSFET采用銅排型式安裝焊接困難，對焊接孔位加工要求較高。(3)直插MOSFET采用銅排型式安裝時，絕緣不容易處理。(4)銅排和銅基板的制造成本均較高。(5)普通PCB板型式安裝，難以滿足較大電流要求。(6)現(xiàn)有技術(shù)難以滿足開關(guān)磁阻電機(jī)控制器主功率電路需開關(guān)器件和續(xù)流二極管單獨(dú)布置，所需功率器件較多的要求。
實用新型內(nèi)容為克服上述缺陷，本實用新型提供了一種采用多個MOSFET實現(xiàn)的，適用于開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的不對稱半橋型主功率電路。本實用新型提供的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，包括散熱器2和K塊安裝到散熱器2的功率模塊1，K為開關(guān)磁阻電機(jī)相數(shù)；功率模塊I由直插封裝的M0SFET8焊接在PCB板7組成，功率模塊I包括:兩組M0SFET8實現(xiàn)的上開關(guān)器件組和下開關(guān)器件組，以及兩組M0SFET8實現(xiàn)的上續(xù)流二極管組和下續(xù)流二極管組；上開關(guān)器件組和下開關(guān)器件組分別由N個M0SFET8并聯(lián)實現(xiàn)，上續(xù)流二極管組和下續(xù)流二極管組分別由M個M0SFET8源極、漏極引腳短接后并聯(lián)實現(xiàn)；其中Ν、Μ為整數(shù)，NS 1、Μ> I。功率模塊I中的M0SFET8置于PCB板7下方焊接，安裝到散熱器2。為增加承載電流量，PCB板7上的功率模塊I電路布線采用鍍錫方式。PCB板7上焊接四個以上銅螺柱9，用于直接安裝電機(jī)繞組驅(qū)動線纜和正負(fù)電源線纜。為了增加安裝強(qiáng)度，可以通過螺柱10將功率模塊I固定到散熱器2。所述功率模塊I上還安裝用以支持安裝其它電路板的螺柱。本實用新型提供的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，具有以下優(yōu)點(diǎn):采用多個MOSFET并聯(lián)焊接在PCB上組成功率模塊，安裝到散熱器實現(xiàn)，易于安裝和焊接，降低安裝難度；每個功率模塊實現(xiàn)一相所需開關(guān)器件和續(xù)流二極管，多個功率模塊組合實現(xiàn)多相開關(guān)磁阻電機(jī)的主功率電路，滿足開關(guān)磁阻電機(jī)控制器所需功率器件多的要求；功率模塊安裝到散熱器，散熱性能良好；PCB板制造工藝成熟，焊接方便，孔位精度高，易于安裝，并且PCB板本身可滿足絕緣要求；此外，功率模塊通用，可以互換，適合于批量生產(chǎn)；進(jìn)一步地，功率模塊還可采用螺柱支撐方式安裝其它電路板，便于和其它電路板組裝。

圖1為三相不對稱半橋型主功率電路；圖2為MOSFET電路結(jié)構(gòu)圖；圖3 (a)表示D2PAK封裝形式；圖3 (b)表示T0-247封裝形式；圖4為本實用新型提供的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路的電路圖；圖5為圖4中功率模塊的電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖4所示，本實用新型提供的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，包括散熱器2和K塊安裝在散熱器2上的功率模塊1，K為開關(guān)磁阻電機(jī)相數(shù)。功率模塊I由直插封裝的M0SFET8焊接在PCB板7組成，可以選用Τ0-247、Τ0-220、Τ0-225等封裝形式的MOSFET。如圖5所示，圖4中的功率模塊I又包括:兩組M0SFET8實現(xiàn)的上開關(guān)器件組3和下開關(guān)器件組4，以及兩組M0SFET8實現(xiàn)的上續(xù)流二極管組5和下續(xù)流二極管組6 ;上開關(guān)器件組3和下開關(guān)器件組4分別由N個M0SFET8并聯(lián)實現(xiàn)，上續(xù)流二極管組5和下續(xù)流二極管組6分別由M個M0SFET8源極G、漏極S引腳短接后并聯(lián)實現(xiàn)；其中N、M為整數(shù)，N彡1、M彡I。具體安裝過程中，上述功率模塊I中的M0SFET8置于PCB板7下方焊接；M0SFET8安裝到散熱器上。M0SFET8可以通過至少以下方式焊接在PCB板7上:可以M0SFET8向上伸起引腳，穿過PCB板7中焊盤，通過電烙鐵將M0SFET8焊接到PCB板7上；也可以M0SFET8向上伸起引腳，穿過PCB板7中焊盤，通過回流焊方式將M0SFET8自動焊接到PCB板7上。PCB板7上的功率模塊I電路布線采用鍍錫方式，用以增加承載電流量。PCB板7上焊接四個銅螺柱9，用于直接安裝電機(jī)繞組驅(qū)動線纜和正負(fù)電源線纜。為了增加安裝強(qiáng)度，可以通過螺柱10將功率模塊I固定到散熱器2。上述功率模塊I上還可安裝螺柱，用以支持安裝其它電路板，方便組裝。下面給出一具體實施例:在某額定電壓為96VDC、額定功率為8KW的三相開關(guān)磁阻電機(jī)控制器中，采用T0-247封裝MOSFET并聯(lián)實現(xiàn)本專利所述功率模塊，每套控制器用三塊。在每個功率模塊中分別并聯(lián)5個MOSFET實現(xiàn)上開關(guān)器件和下開關(guān)器件，分別并聯(lián)4個G、S引腳短接的MOSFET實現(xiàn)上續(xù)流二極管和下續(xù)流二極管，共18個MOSFET。在PCB板上鍍錫2mm以滿足所需承載電流要求。在PCB上截面積為16mm2的銅螺柱用以安裝電機(jī)繞組驅(qū)動電纜和正負(fù)電源電纜。同時安裝M4的螺柱用以支持其它控制電路板。綜上所述，本實用新型提供的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，采用多個MOSFET并聯(lián)焊接在PCB上組成功率模塊，安裝到散熱器實現(xiàn)，易于安裝和焊接，降低安裝難度。每個功率模塊實現(xiàn)一相所需開關(guān)器件和續(xù)流二極管，多個功率模塊組合實現(xiàn)多相開關(guān)磁阻電機(jī)的主功率電路，滿足開關(guān)磁阻電機(jī)控制器所需功率器件多的要求。功率模塊安裝到散熱器，散熱性能良好。PCB板制造工藝成熟,焊接方便,孔位精度高,達(dá)±0.1mm,易于安裝；并且PCB板本 身可滿足絕緣要求。本主功率電路制造成本較低，較銅基板方式降低成本>50%，較銅排方式降低成本>33%。功率模塊通用，可以互換，適合于批量生產(chǎn)。功率模塊還可采用螺柱支撐方式安裝其它電路板，便于和其它電路板組裝。最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，其特征在于，包括散熱器(2)和K塊安裝到散熱器(2)的功率模塊(1)，K為開關(guān)磁阻電機(jī)相數(shù)；功率模塊(I)由直插封裝的MOSFET(8)焊接在PCB板(7)組成，功率模塊(I)包括:兩組MOSFET (8)實現(xiàn)的上開關(guān)器件組和下開關(guān)器件組，以及兩組MOSFET (8)實現(xiàn)的上續(xù)流二極管組和下續(xù)流二極管組；上開關(guān)器件組和下開關(guān)器件組分別由N個MOSFET (8)并聯(lián)實現(xiàn)，上續(xù)流二極管組和下續(xù)流二極管組分別由M個MOSFET (8)源極、漏極引腳短接后并聯(lián)實現(xiàn)；其中N、M為整數(shù)，N彡UM ^ I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，其特征在于，功率模塊(I)中的MOSFET (8)置于PCB板(7)下方焊接，安裝到散熱器(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，其特征在于，PCB板(7)上的功率模塊(I)電路布線采用鍍錫方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，其特征在于，PCB板(7)上焊接四個銅螺柱(9)，用于直接安裝電機(jī)繞組驅(qū)動線纜和正負(fù)電源線纜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，其特征在于，通過螺柱(10)將功率模塊(I)固定到散熱器(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，其特征在于，所述功率模塊(I)上還安裝用以支撐·安裝其它電路板的螺柱。
專利摘要本實用新型公開了一種開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的主功率電路，包括散熱器(2)和K塊安裝到散熱器(2)的功率模塊(1)，K為開關(guān)磁阻電機(jī)相數(shù)；功率模塊(1)由直插封裝的MOSFET(8)焊接在PCB板(7)組成，功率模塊(1)包括兩組MOSFET(8)實現(xiàn)的上開關(guān)器件組和下開關(guān)器件組，以及兩組MOSFET(8)實現(xiàn)的上續(xù)流二極管組和下續(xù)流二極管組；上開關(guān)器件組和下開關(guān)器件組分別由N個MOSFET(8)并聯(lián)實現(xiàn)，上續(xù)流二極管組和下續(xù)流二極管組分別由M個MOSFET(8)源極、漏極引腳短接后并聯(lián)實現(xiàn)。本實用新型提供的主功率電路，采用多個MOSFET實現(xiàn),充分利用PCB板的成熟工藝，散熱性能良好，滿足所需功率器件多的要求，適用于開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的不對稱半橋型主功率電路。
文檔編號H05K7/20GK203166814SQ20122068863
公開日2013年8月28日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者郭曉穎, 馬志國, 張凱, 劉德超 申請人:北京中紡銳力機(jī)電有限公司