CN103367039A

CN103367039A - 一种车用固态继电器

Info

Publication number: CN103367039A
Application number: CN2013102874509A
Authority: CN
Inventors: 秦嘉诚; 席杰明; 屠佳乐
Original assignee: Shanghai Hugong Auto Electric Co Ltd
Current assignee: Shanghai Hugong Auto Electric Co Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-10-23

Abstract

本发明涉及一种固态继电器，尤其涉及一种车用固态继电器，属于固态继电器技术领域。一种车用固态继电器，其特征在于：包括矩形的金属基板（1），所述金属基板（1）包括上层的电路层，中层的绝缘层，下层的金属基层，所述电路层与引脚（2）焊接固定；还包括散热外壳（3），所述散热外壳具有矩形的凹槽，凹槽内涂覆导热硅脂，所述金属基板（1）置于所述凹槽内，并与凹槽贴合固定；所述凹槽内、金属基板（1）的上部注入导热硅脂，使金属基板（1）与所述散热外壳（1）密封固定；所述散热外壳（3）上固定设有散热片，所述散热片呈栅格状。

Description

一种车用固态继电器

技术领域

本发明涉及一种固态继电器，尤其涉及一种车用固态继电器，属于固态继电器技术领域。

背景技术

汽车继电器完成小信号控制切换大功率用电器的功能，是汽车电子电器线路的重要组成部分。传统的汽车电磁式继电器经历几十年的发展，其在使用寿命、轻量化等方面的优化设计已遇到了瓶颈。近年来，随着微电子工业的发展，使用智能MOSFET（金属-氧化层-半导体-场效晶体管）的车用固态继电器逐步应用在多家欧美汽车制造商的一些中高端车型中，其具有高可靠性、节能减排、降低车体重量等特点，带给驾驶者更安全、舒适的驾驶体验。

传统的车用电磁式继电器，其控制回路的线圈电流约为100-200毫安培，使用固态继电器，可将控制回路的电流降低至3毫安培，电能耗的降低有助于燃料消耗的减少，有助于节能减排。

另一方面，由于汽车继电器盒内含十至十五个继电器，汽车制造商在成本和制造复杂度的考量下，多半不愿意将继电器盒全面换成嵌入式电子系统；而固态继电器仍采用机械继电器的外型和封装，并为简易而独立的电子子系统，可直接插入继电器盒，可使机电整合系统更有效率，现已获得多家欧美汽车制造商导入。

与此同时，现阶段使用机械结构的电磁式继电器的使用周期约为十万次，而固态继电器开关和启动次数可高达一百万次或更多，可增加系统的可靠度。且固态继电器在开关状态切换时无声响，在雨刮器、门锁电机等方面的应用中，增强了使用者的舒适感受。

因而，随着汽车轻量化设计、节能减排理念的兴起，新能源汽车的发展，可以预料到，国内外的汽车制造商会在开发的新车型中越来越多的应用固态继电器；未来，汽车固态继电器可望全面取代传统的电磁式继电器。

现有的车用固态继电器，散热能力较差，容易导致继电器过热，导致车用固态继电器可靠性低。此外，现有的车用固态继电器，内部引脚等部件完全采用机械式固定，固定的牢固性较低，而且密封性能较差，导致可靠性不高。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：现有的车用固态继电器，散热能力较差，容易导致继电器过热，导致可靠性低；此外，内部引脚等部件完全采用机械式固定，固定的牢固性较低，而且密封性能较差，导致可靠性不高。

本发明采取以下技术方案：

一种车用固态继电器，包括矩形的金属基板1，所述金属基板1包括上层的电路层，中层的绝缘层，下层的金属基层，所述电路层与引脚2焊接固定；还包括散热外壳3，所述散热外壳具有矩形的凹槽，凹槽内涂覆导热硅脂，所述金属基板1置于所述凹槽内，并与凹槽贴合固定；所述凹槽内、金属基板1的上部注入导热硅脂，使金属基板1与所述散热外壳1密封固定；所述散热外壳3上固定设有散热片，所述散热片呈栅格状。

本车用固态继电器，采用了金属基板作为印刷线路板，其底层的金属基层与散热外壳贴合，大大提高了散热效果，同时，将散热外壳上设置栅格状的散热片，进一步加强了散热效果；此外，采用导热硅脂将金属基板与散热外壳进行密封固定，增强了密封效果，而且固定更加牢固。

进一步的，所述散热外壳为锌铝合金材质，分子式为：ZnAl₄Cu₁。

更进一步的，所述散热片呈矩形布置于所述凹槽的背面，数量为12片。

更进一步的，所述凹槽内设有防错定位块301，所述金属基板1具有与定位块301对应的定位缺口。

进一步的，所述金属基层为铝材质。

本发明的有益效果在于：

1）大大提高了车用固态继电器的散热效果。提高了固态继电器的可靠性。

2）提高了印刷线路板、引脚等部件与散热外壳固定牢固程度。

3）密封性能大大提升，可靠性佳。

4）使用寿命长。

附图说明

图1是本发明车用固态继电器的外围接线图。

图2是本发明车用固态继电器的内部电路图。

图3是本发明车用固态继电器的引脚所在面的示意图。

图4是图3所示的车用固态继电器的左视图。

图5是散热外壳的立体示意图。

图6是散热外壳散热片所在面的示意图。

图7是金属基板及其上固定的引脚等结构的示意图。

图8是金属基板与散热外壳装配前的示意图。

图9是金属基板与散热外壳装配固定后的示意图。

其中，1、金属基板，2、引脚，3、散热外壳，301、防错定位块。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步说明。

参见图3、4，一种车用固态继电器，其引脚排列形式，尺寸都符合ISOMini型继电器标准，目前德系、美系，以及部分自主品牌车型接采用此引脚规格继电器。

其外围接线图如图1所示，其中：

30端子：接蓄电池电源；

86端子：接低边开关，用于控制固态继电器的通断；

87端子：接负载，若为大功率感性负载（风扇、电机、电磁线圈等），其负载两端应并联反向电动势抑制二极管。

86端子：空脚。

固态继电器的内部电路如图2所示，当86脚通过开关接地时，30脚电源通过电阻R1电流约为8mA，此为湿性电流；BTS50055的3脚通过电阻R2接地，将内部MOSFET（金属-氧化层-半导体-场效晶体管）打开，负载接通电流，开始工作；当86脚低边开关关断后，BTS50055的3脚变为高电平，将内部MOSFET关断。

BTS50055内部有电流检测模块、电压检测模块、温度检测模块，当发生异常的过载、短路、过压、过温时，将MOSFET关断，以起到自身保护功能。

散热外壳的材料为锌铝合金ZnAl₄Cu₁，其具备极好的导热能力，起到散热、支撑作用。其背部具备栅格状凸起，与空气接触面较广，起到散热器的作用。其结构形式参见图5、6。

印刷线路板采用金属基板1，金属基板1是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板，它由独特的三层结构所组成，分别是上层的电路层、中层的绝缘层和下层铝基层，铝基层起到快速传热的作用。

金属基板工作原理：功率器件表面贴装在电路层，器件运行时所产生的热量通过绝缘层快速传导到铝基层，然后由铝基层将热量传递出去，从而实现对器件的散热。与传统的印刷线路板相比，金属基板能够将热阻降至最低，使金属基板具有极好的热传导性能；与厚膜陶瓷电路相比，它的机械性能又极为优良。

此外，金属基板还有如下独特的优势：符合RoHs要求；在电路设计方案中对热扩散进行极为有效的处理，从而降低模块运行温度，延长使用寿命，提高功率密度和可靠性；减少散热器和其它硬件的装配，缩小产品体积，降低硬件及装配成本；将功率电路和控制电路最优化组合；取代易碎的陶瓷基板，获得更好的机械耐久力；

印刷线路板总成装配方式：如图7所示，集成电路BT50055和电阻电容采用回流焊接方式固定于金属基板上，4个引脚采用点焊工艺焊接与金属基板上。

参见图8印刷线路板总成与外壳之间的装配方式：金属基板垂直放入散热外壳中，在金属基板与散热外壳的贴合处涂覆导热硅脂，以实现更均匀的导热性能。

参见图9，在印刷线路板与外壳装配完成后，将环氧树脂注入散热外壳的凹槽腔体内，以起到密封、固定，以及导热的效果。环氧树脂的型号为：三钠化学E4111-2单组分环氧结构胶。环氧树脂在注入后，还需使用高温环境箱进行高温固化，使其从液态变为固态形式。

Claims

1.一种车用固态继电器，其特征在于：

包括矩形的金属基板（1），所述金属基板（1）包括上层的电路层，中层的绝缘层，下层的金属基层，所述电路层与引脚（2）焊接固定；

还包括散热外壳（3），所述散热外壳具有矩形的凹槽，凹槽内涂覆导热硅脂，所述金属基板（1）置于所述凹槽内，并与凹槽贴合固定；

所述凹槽内、金属基板（1）的上部注入导热硅脂，使金属基板（1）与所述散热外壳（1）密封固定；

所述散热外壳（3）上固定设有散热片，所述散热片呈栅格状。

2.如权利要求1所述的车用固态继电器，其特征在于：

所述散热外壳为锌铝合金材质，分子式为：ZnAl₄Cu₁。

3.如权利要求2所述的车用固态继电器，其特征在于：所述散热片呈矩形布置于所述凹槽的背面，数量为12片。

4.如权利要求2所述的车用固态继电器，其特征在于：所述凹槽内设有防错定位块（301），所述金属基板（1）具有与定位块（301）对应的定位缺口。

5.如权利要求1所述的车用固态继电器，其特征在于：所述金属基层为铝材质。