一種開關磁阻電機控制器的主功率電路制造技術

本實用新型專利技術公開了一種開關磁阻電機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為開關磁阻電機相數；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）實現的上開關器件組和下開關器件組，以及兩組MOSFET（8）實現的上續流二極管組和下續流二極管組；上開關器件組和下開關器件組分別由N個MOSFET（8）并聯實現，上續流二極管組和下續流二極管組分別由M個MOSFET（8）源極、漏極引腳短接后并聯實現。本實用新型專利技術提供的主功率電路，采用多個MOSFET實現,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，適用于開關磁阻電機控制器的不對稱半橋型主功率電路。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種開關磁阻電機控制器的主功率電路，尤其是涉及一種適用于開關磁阻電機控制器的不對稱半橋型主功率電路。
技術介紹
開關磁阻電機為雙凸極結構，根據“磁阻最小原理”運行。開關磁阻電機控制器用于驅動開關磁阻電機運轉，其主功率電路型式之一為不對稱半橋型式，各相之間可以獨立控制，方便實現斬波和零壓續流，使用靈活方便。三相不對稱半橋型主功率電路如圖1所示。開關磁阻電機每相包括上下兩個開關器件VT1、VT2和兩個續流二極管VD1、VD2。當一相上兩個開關器件打開時，由電源Us向電機繞組供電；當兩個開關器件關斷時，相電流通過兩個續流二極管反壓續流，將電機繞組磁場儲能迅速回饋到Us，實現快速換相。而當關閉一相上一個開關器件，電機繞組電流在另一組開關器件和續流二極管間零壓續流。可見，開關磁阻電機控制器主功率電路需開關器件和續流二極管單獨布置，所需功率器件較多。在大功率和高電壓的開關磁阻電機控制器中，GTO (通常采用門極關斷晶閘管)、GTR (功率晶體管或達林頓晶體管)IGBT (和絕緣柵雙極晶體管)作為開關器件。GTO耐壓等級高、過流強、控制復雜，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 (絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，開通和關斷控制方便，驅動功率小且飽和壓降低，在高壓開關磁阻電機控制器廣泛使用。在低電壓、小功率、低成本開關磁阻電機控制器中經常采用的MOSFET (金屬-氧化層-半導體-場效晶體管)構成主功率電路。MOSFET驅動電流小、開關速度快，廣泛應用于低壓場合，但承載電流較低，在較大功率場合需并聯使用。通用MOSFET電路結構如圖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。現有的MOSFET封裝方式存在以下缺點:(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)現有技術難以滿足開關磁阻電機控制器主功率電路需開關器件和續流二極管單獨布置，所需功率器件較多的要求。
技術實現思路
為克服上述缺陷，本技術提供了一種采用多個MOSFET實現的，適用于開關磁阻電機控制器的不對稱半橋型主功率電路。本技術提供的開關磁阻電機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為開關磁阻電機相數；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實現的上開關器件組和下開關器件組，以及兩組M0SFET8實現的上續流二極管組和下續流二極管組；上開關器件組和下開關器件組分別由N個M0SFET8并聯實現，上續流二極管組和下續流二極管組分別由M個M0SFET8源極、漏極引腳短接后并聯實現；其中Ν、Μ為整數，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，用于直接安裝電機繞組驅動線纜和正負電源線纜。為了增加安裝強度，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。本技術提供的開關磁阻電機控制器的主功率電路，具有以下優點:采用多個MOSFET并聯焊接在PCB上組成功率模塊，安裝到散熱器實現，易于安裝和焊接，降低安裝難度；每個功率模塊實現一相所需開關器件和續流二極管，多個功率模塊組合實現多相開關磁阻電機的主功率電路，滿足開關磁阻電機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；進一步地，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。附圖說明圖1為三相不對稱半橋型主功率電路；圖2為MOSFET電路結構圖；圖3 (a)表示D2PAK封裝形式；圖3 (b)表示T0-247封裝形式；圖4為本技術提供的開關磁阻電機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合附圖和實施例對本技術進行詳細說明。如圖4所示，本技術提供的開關磁阻電機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為開關磁阻電機相數。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實現的上開關器件組3和下開關器件組4，以及兩組M0SFET8實現的上續流二極管組5和下續流二極管組6 ;上開關器件組3和下開關器件組4分別由N個M0SFET8并聯實現，上續流二極管組5和下續流二極管組6分別由M個M0SFET8源極G、漏極S引腳短接后并聯實現；其中N、M為整數，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，用于直接安裝電機繞組驅動線纜和正負電源線纜。為了增加安裝強度，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的三相開關磁阻電機控制器中，采用T0-247封裝MOSFET并聯實現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5個MOSFET實現上開關器件和下開關器件，分別并聯4個G、S引腳短接的MOSFET實現上續流二極管和下續流二極管，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繞組驅動電纜和正負電源電纜。同時安裝M4的螺柱用以支持其它控制電路板。綜上所述，本技術提供的開關磁阻電機控制器的主功率電路，采用多個MO本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種開關磁阻電機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為開關磁阻電機相數；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）實現的上開關器件組和下開關器件組，以及兩組MOSFET（8）實現的上續流二極管組和下續流二極管組；上開關器件組和下開關器件組分別由N個MOSFET（8）并聯實現，上續流二極管組和下續流二極管組分別由M個MOSFET（8）源極、漏極引腳短接后并聯實現；其中N、M為整數，N≥1、M≥1。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭曉穎，馬志國，張凱，劉德超，
申請(專利權)人：北京中紡銳力機電有限公司，
類型：實用新型
國別省市：