CN102263512A

CN102263512A - 带有电流感测的电源模块

Info

Publication number: CN102263512A
Application number: CN2011101371310A
Authority: CN
Inventors: 雅恩·达罗曼; 安东尼·费雷·法布雷加斯; 乔斯·加布里埃尔·费尔南德斯
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: CN102263512B; US20110292617A1; DE102011007634A1; US8482904B2

Abstract

本发明涉及带有电流感测的电源模块。一种可操作来感测电流的电源模块，例如但不限于在交通工具内可操作来感测电流同时将AC输入整流为DC输出的电源模块。该电源模块可以包括分流器，其可相对于电源模块的输出来布置以便于电流测量。

Description

带有电流感测的电源模块

技术领域

本发明涉及具有电流感测能力的电源模块，例如但不限于在交通工具内可操作的电源模块。

背景

电源模块可被配置成过滤、整流、逆变、或者以其他方式操纵电能。包括电源模块的组件可以根据由电源模块所提供的操纵和伴随的电力需求来选择。由于增加的电流要求，用于操纵较高电压水平处的电能的电源模块一般要求较大的电力需求。这例如在全部或部分地由电力驱动的交通工具中可能是有问题的，所述交通工具例如但不限于电动交通工具(EV)和混合电动交通工具(HEV)，其中高电压源可用于为用来驱动交通工具的发动机供电，因为较高的电压能够增加载流需求和电干扰。

附图的简要说明

在所附权利要求中，指出本发明的特征。然而，通过结合附图参考以下详细描述，本发明的其他特征将变得更明显，并且本发明将最好地理解，其中：

图1示出了根据本发明的一个非限制性方面配置的电源模块；

图2示意性地示出了根据本发明的一个非限制性方面的电路；

图3示出了根据本发明的一个非限制性方面的外壳；

图4示出了根据本发明的一个非限制性方面的电源模块；

图5示意性地示出了根据本发明的一个非限制性方面的电路；

图6示出了被定位在根据本发明的一个非限制性方面的电路中的分流器；

图7-8示出了具有根据本发明的一个非限制性方面的集成分流器的电源模块；

图9示意性地示出了根据本发明的一个非限制性方面的电路；以及

图10示出了根据本发明的一个非限制性方面的集成分流器的导电层。详细描述

图1示出了根据本发明的一个非限制性方面配置的电源模块10。该电源模块10是关于包括可操作来将三相交流电(AC)输入整流成直流(DC)输出的电路12来描述的。仅出于举例说明的目的以这种方式配置该电路12，因为本发明充分地考虑了包括任何数量的其他能力的电源模块10以及附随于其的组件，例如但不限于支持将单相和/或多相AC输入和DC输入过滤、逆变、和转换成单相和/或多相AC输出和DC输出所需的组件。

图2示意性地示出了根据本发明的一个非限制性方面的电路12。被示出的电路包括多个开关(被显示为FET和二极管的六种组合)。包括在印刷电路板(PCB)16内的控制器14被定位在电路12以上并与之电通信，以控制开关的操作以便执行预期的整流。电路12由相应地接纳第一、第二、和第三汇流条28、30、32的第一、第二、和第三端子20、22、24电连接到三相AC输入，第一、第二、和第三汇流条28、30、32用于传输比如来自交通工具的交流发电机或者壁插座的AC输入。相类似地，在输出上的第一和第二端子36、38接纳用于传输DC输出的相应第一和第二汇流条40、42。

第五端子44或分流器端子被用于支持分流器46在输出端子中的一个输出端子38与开关中的至少一个之间的连接。端子20、22、24、36、38、44每个都可以包括相对于紧固件开口定位的导电插头50。图3示出的外壳54具有端子20、22、24、36、38、44和凹进部分56，凹进部分56用于支撑根据本发明的一个非限制性方面的电路12。在图1中所示的螺纹紧固件60、62、64、66、68可被用来机械地或电力地将汇流条28、30、32、40、42紧固到端子20、22、24、36、38、44，和/或一些其他的紧固件或焊接操作可以被用来提供实质上相同的结果。比如通过布线或迹线，端子20、22、24、36、38、44可以连接到电路的多个开关中的一个，或者在第二输出端子38的情况下连接到分流器46，其用于便于对流经其的电流的测量。引脚70可被包括，以便通过在引脚70与电路12之间延伸的电线和/或其他连接将PCB16电连接到电路12。PCB 16可以通过引脚72、74连接到分流器46。

树脂或其他材料78可以被灌注到凹进部分内，以便在电路12上固化。可选地，整个电路12可以由树脂78覆盖。外壳54优选地但不一定由相对刚性且非导电的材料例如但不限于塑料、陶瓷或者类似物组成，使得该外壳54能够充当绝缘体/导热体，并且提供结构性的支撑。外壳的底部可以包括或连接到冷却板80，该冷却板80横向和纵向地延伸而跨过所述外壳的底部以进一步促进散热。可选地，外壳54可以是导体和/或包括导电部分。可以在周边上且如果必要的话在别处包括带有螺纹或无螺纹通道的孔82，以便便于比如使用相应的紧固件将外壳54机械地连接到交通工具。

可看到分流器46的放置一般在由第一、第二、和第三输入端子20、22、24以及第一和第二输出端子36、38所共享的平面上，在电路12以上。第二汇流条42可以被定位在分流器46以上并且在被共享的平面以上，使得分流器46和第二汇流条42能够使用同一紧固件66紧固到外壳54。虽然第二汇流条42显示为在被共享的平面以上，分流器46可以比如通过在外壳54中包括相应的起伏来降低，使得第二汇流条42在同一被共享平面上连接到外壳54。汇流条28、30、32、40、42可有助于支持牵引发动机、高压电池、或者其他较高电流需求元件的相对高的电流需求。汇流条28、30、32、40、42可能需要在电线或其他导体之上，因为它们是可使用被示出的紧固件60、62、64、66、68电连接到电路12和分流器46的刚性元件，并且可选地，不必熔接、焊接或者以其他方式粘附到电路12和分流器46。

一旦电路12被定位到外壳54内，并且汇流条28、30、32、40、42被固定到端子20、22、24、36、38、44，分流器46就可被布置到电路12与分流器46上。PCB 16可包括：控制电子设备88，其可操作来控制电路12的开关或其他元件的每一个的打开和关闭；以及测量电子设备90，其可操作来测量在被粘附到分流器46的第一和第二分流器引脚72、74之间的电压降。PCB 16包括在第一和第二分流器引脚72、74上的第一和第二导电孔92、94，以建立在分流器引脚72、74中的每一个与测量电子设备90之间的电连接。分流器引脚72、74可以是刚性的L形引脚，其具有粘附到分流器46的衬垫96、98以及穿过PCB向上突出的腿100、102。分流器衬垫96、98可以被焊接或以其他方式粘附到分流器46，并且分流器腿100、102可以被焊接或以其他方式粘附到PCB 16。

分流器46可以由第一材料104——例如但不限于铜——组成，第一材料104被布置在第二材料106——例如但不限于锰铜——的相对的第一和第二侧面上。第二材料106可以是具有相对已知的电阻率的测量级别材料，以便便于测量穿过其的电压降。如所示，分流器引脚72、74被定位在接近第一材料104与第二材料106之间的每个边界处，而不覆盖第二材料106。分流器46还可以被依尺寸制造和成形以匹配汇流条28、30、32、40、42、或者其横截面，使得分流器46可具有匹配汇流条28、30、32、40、42或者与汇流条28、30、32、40、42相同的横截面，如果不是横截面的话则是长度。

在被示出的配置中，分流器46在电路12的至少一部分的上方延伸。分流器46的底部与电路12的顶部之间的区域可以通过被可选地灌注在电路12顶部的树脂78和/或使用另一个绝缘体比如被粘附到分流器46的底部的衬垫或其他元件来绝缘。分流器46被定位在电路12的开关中的一个与第二汇流条42之间，使得所有流经第二汇流条42的电流必须通过分流器46，因此允许使用测量电子设备90对该电流进行测量。电路12可以通过信号由控制器14来控制，所述信号通过一个或多个连接引脚70被传送，引脚70被包括在外壳54内以支持与PCB 16的电连接和对其他测量参数比如温度的监控。

图4示出了电源模块130，其具有被嵌入到根据本发明的一个非限制性方面的电路134内的分流器132。该模块130被显示为配置成支持将单相AC整流为DC，比如以支持从具有60Hz频率的110V电压的家用壁插座对交通工具充电。电源模块130包括第一和第二输入138、140以及输出端子142、144，以建立到相应的输入和输出汇流条148、150、152、154的电连接。外壳160可以按与图3中所示相类似的方式进行配置以支持端子138、140、142、144和汇流条148、150、152、154的类似操作，以及将电路134支撑在凹进部分162内或者在能够注入硅或其他材料以隔离所述电路的外壳内的其他区域。PCB 166可以包括有控制电子设备和测量电子设备168以控制电路134的组件，并且确定分流器132两端的电压降，并且可选地，它可以包括基于所述电压降计算温度和电流的能力。

图5示意性地示出了电路134，其具有的多个开关被布置成将单相AC逆变为DC，比如以支持从壁插座对交通工具充电。被示出的电路134包括多个开关(显示为四个FET)和二极管。分流器132可被定位在适合于测量电流的任何位置上，并且被显示为被定位在第二输出端子144与所述多个开关中的一个之间。嵌入式分流器132包括没有以上所显示的铜部分的测量材料。该嵌入式分流器132可根据其在电路内的位置来依尺寸制造和成形，并且不需要一定具有与汇流条匹配的横截面。

图6示出了嵌入式分流器132，其被定位在根据本发明的一个非限制性方面的电路12内。分流器132可被安装到陶瓷的或其他的绝缘体上，并且用被灌注到多个开关上的硅或者其他密封材料172覆盖。电线174可被包括以将分流器132电连接到所述开关中的一个或多个，将开关电连接到一个或多个引脚178，以及将分流器132和开关电连接到一个或多个端子138、140、142、144。这些引脚178可被用于建立与PCB 166的电连接，比如以便于控制开关的打开与关闭，以及例如以上述方式对通过分流器132的电流的测量。

图7示出了电源模块200，其具有的分流器202被集成到根据本发明的一个非限制性方面的PCB 204内。集成分流器202被定位在PCB的非导电层206、208之间。图8示出了将PCB 204移除以显示电路209。图9示出了电路209，其用于和根据本发明的一个非限制性方面的集成分流器202一起使用。至少就多个开关和二极管被布置在外壳210内并且由硅材料214所覆盖来说，电路209总体上类似于图5中所示的电路。电路209的组件可以被相互电连接，和/或通过电线218电连接到被包括在外壳内的引脚216。

模块200被显示为配置成支持将单相AC整流为DC，比如以支持从具有60Hz频率的110V电压的家用壁插座对交通工具充电。电源模块200包括第一和第二输入220、222以及输出端子224、226，以建立到相应的输入和输出汇流条(未显示)的电连接。图10示出了具有分流器202的导电层230，分流器202包括在分流器202的相对侧面上的第一材料234，例如但不限于铜。分流器202可以由任何适合的测量材料组成。绝缘边界234、236、或者蚀刻纹可以被包括以使导电层的部分彼此电绝缘。PCB的通孔可以根据需要穿过导电层延伸，以便于到导电层的电连接。

导电层230的平面部分242、244、246、248可以向外延伸以对齐输入和输出端子。该平面部分242、244、246、248可被限定为具有和导电层230的其余部分相同的横截面宽度和形状的延伸部分。紧固件(未显示)可以穿过在平面部分中的开口延伸，以机械地或电力地连接到端子以及相应的输入和输出汇流条或电线(未显示)。电路209可以被定位在PCB 204的顶层250下，PCB 204具有电子设备252，其用于控制电路209并且测量分流器202两端的电压降。

如所需要的，此处公开了本发明的详细实施方式；然而，应理解，所公开的实施方式仅仅是本发明的示例，其可以按各种各样的并且可选的形式体现。附图不一定按比例，一些特征可以被放大或者最小化以显示特定组件的细节。因此，此处所公开的特定结构性和功能性细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为对权利要求的代表性基础和/或作为用于教导本领域中的技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。各种实现实施方式的特征可以被组合以形成本发明的其他实施方式。

虽然以上描述了示例性的实施方式，但意图不是这些实施方式描述本发明的所有可能形式。相反，在说明书中所使用的词汇是说明性而非限制性词汇，并且应理解，可做出各种改变而不偏离本发明的精神和范围。此外，各种实现实施方式的特征可以被组合以形成本发明的其他实施方式。

Claims

1.一种电源模块，其可操作来在交通工具中使用以将三相AC输入整流为DC输出，所述电源模块包括：

外壳；

被布置在所述外壳内的导电的第一输入端子、第二输入端子、和第三输入端子，所述第一输入端子、第二输入端子、和第三输入端子每个都可操作来建立到传送所述AC输入的三个汇流条中的一个的电连接；

被布置在所述外壳内的导电的第一输出端子和第二输出端子，所述第一输出端子和第二输出端子每个都可操作来建立到传送所述DC输出的两个汇流条中的一个的电连接；

整流器，其在所述外壳内被布置在所述输入端子和所述输出端子之间，所述整流器具有可操作地连接在所述输入端子和所述输出端子之间的多个开关，以将所述三相AC输入整流为所述DC输出；

分流器，其被电力地布置成连接在所述输出端子中的一个与所述开关中的至少一个之间，使得流过所述输出端子中的所述一个的电流必须通过所述分流器；

第一分流器引脚和第二分流器引脚，其在被间隔开的位置上粘附到所述分流器；以及

印刷电路板(PCB)，其具有控制电子设备和测量电子设备，所述控制电子设备可操作来控制所述开关中的每一个的打开和关闭，所述测量电子设备可操作来测量在所述第一分流器引脚与所述第二分流器引脚之间的电压降。

2.如权利要求1所述的电源模块，还包括，所述PCB包括在所述第一分流器引脚和第二分流器引脚之上的用于在所述分流器引脚中的每一个与所述测量电子设备之间建立电连接的第一导电孔和第二导电孔。

3.如权利要求2所述的电源模块，其中所述PCB机械地连接到所述外壳，并且所述PCB的覆盖区的大部分被布置在所述整流器以上。

4.如权利要求3所述的电源模块，其中所述分流器被布置在所述PCB之下并且在所述整流器之上。

5.如权利要求4所述的电源模块，其中所述分流器的横截面匹配所述汇流条中的每一个的横截面。

6.如权利要求4所述的电源模块，其中所述分流器包括第一材料和第二材料，所述第一材料被布置在所述第二材料的第一侧面和第二侧面上，所述第一分流器引脚被粘附到接近所述第二材料的所述第一侧面的所述第一材料，并且所述第二分流器引脚被粘附到接近所述第二材料的所述第二侧面的所述第一材料。

7.如权利要求6所述的电源模块，其中所述第一材料的横截面匹配所述第二材料的横截面。

8.如权利要求1所述的电源模块，还包括螺纹紧固件，所述螺纹紧固件建立在所述端子和所述汇流条之间以及在所述分流器和所述开关中的所述至少一个之间的电连接。

9.如权利要求1所述的电源模块，其中每个分流器引脚具有L形配置，所述L形配置以水平延伸的衬垫和向上延伸的腿为特征，所述衬垫被粘附到所述分流器，并且所述腿穿过所述PCB延伸。

10.如权利要求1所述的电源模块，其中每个分流器引脚都使用焊接粘附到所述分流器。

11.如权利要求1所述的电源模块，其中所述分流器引脚中的至少一个是完全刚性的。

12.一种电源模块，其可操作来用于在交通工具中将AC输入整流为DC输出，所述电源模块包括：

外壳；

被布置在所述外壳内的导电的第一输入端子和第二输入端子，所述第一输入端子和第二输入端子每个都可操作来建立到所述AC输入的电连接；

在所述外壳内被布置在所述输入端子和所述输出端子之间的电路，所述电路具有可操作地连接在所述输入端子和所述输出端子之间的多个开关，以将所述AC输入整流为所述DC输出；

分流器，其被电力地布置成连接在所述输出端子中的一个与所述开关中的一个之间，使得流过所述输出端子中的所述一个的电流必须通过所述分流器；以及

印刷电路板(PCB)，其具有控制电子设备和测量电子设备，所述控制电子设备可操作来控制所述开关中的每一个的打开和关闭，所述测量电子设备可操作来测量所述分流器的一部分两端的电压降。

13.如权利要求12所述的电源模块，其中所述分流器被嵌入所述电路的硅内。

14.如权利要求12所述的电源模块，其中所述分流器被嵌入所述PCB内。

15.如权利要求12所述的电源模块，其中所述分流器完全由测量材料组成。

16.如权利要求12所述的电源模块，其中所述分流器包括测量材料，所述测量材料使用铜材料围绕在相对的侧面上。

17.如权利要求16所述的电源模块，还包括：被粘附到接近所述测量材料的一个侧面的所述铜材料的第一分流器引脚，以及被粘附到接近所述测量材料的相对的侧面的所述铜材料的第二分流器引脚，其中每个分流器引脚的腿都向上穿过PCB延伸以建立与所述测量电子设备的电连接。

18.一种具有输入和输出的电源模块，所述电源模块包括：

非导电外壳；

被布置在所述外壳内的至少一个导电输入端子，每个输入端子可操作来建立到一个汇流条的电连接；

被布置在所述外壳内的至少一个导电输出端子，每个输出端子可操作来建立到一个汇流条的电连接；

在所述外壳内被布置在所述输入端子和所述输出端子之间的电路，所述电路可操作地连接在所述输入和所述输出之间，以在被接收的电流输出到所述至少一个输出端子之前操纵被接收的电流；

分流器，其被电力地布置成连接在所述输出端子中的一个之间，使得流过所述输出端子中的所述一个的电流必须通过所述分流器；

第一分流器引脚和第二分流器引脚，其粘附在所述分流器的间隔开的部分处；以及

印刷电路板(PCB)，其具有控制电子设备和测量电子设备，所述控制电子设备可操作来控制开关中的每一个的打开和关闭，所述测量电子设备可操作来测量在所述第一分流器引脚与所述第二分流器引脚之间的电压降。

19.如权利要求18所述的电源模块，还包括螺纹紧固件，所述螺纹紧固件在所述分流器与所述输出端子中的所述一个之间建立电连接和机械连接。

20.如权利要求18所述的电源模块，其中每个分流器引脚具有L形配置，所述L形配置有水平延伸的衬垫和向上延伸的腿，所述衬垫被粘附到所述分流器，并且所述腿穿过所述PCB延伸。