CN105052247A - 用于电器的控制模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电器(10)的控制模块(13)，包括印刷电路板(19)，其上安装电气和电子部件(26)连同至少一个功率晶体管(18)，所述功率晶体管(18)固定到印刷电路板(19)的第一区域(20)，且包括连接到所述第一区域(20)的第一导电轨道(22)的漏极(D)和连接到印刷电路板(19)的第二区域(21)的第二导电轨道(23)的源极(S)。至少一个开口(27)形成印刷电路板(19)的第一和第二区域(20,21)之间的不连续部，所述开口(27)布置在第一和第二导电轨道(22,23)之间。

Description

用于电器的控制模块
技术领域
本发明涉及用于电器的控制模块，和特别用于机动车辆的包括这样的控制模块的加热装置。
背景技术
本发明特别适合于用于机动车辆的附加电加热装置的技术领域。这样的加热装置特别地用于发动机不足够热以确保将热空气供给到车辆内部中时机动车辆的启动的前几分钟内。该预热时间，例如对于柴油类型发动机在15至20分钟范围内。
这样的附加加热装置总体包括支撑框架，并联的加热模块安装在该支撑框架上，所述并联的加热模块布置为使待加热的空气流通过。
每一个加热模块包括两个电极，正温度系数类型的电阻元件放置在所述两个电极之间。两个相对的散热片被固定在电极上，以增大与待加热空气流的换热的表面积。散热片例如由皱褶状或波纹状金属带形成。
每一个加热模块因而包括电联接到电池的正端子的正端子，和经由功率晶体管电联接到电池的负端子或地的负端子，所述功率晶体管例如为具有金属氧化物栅极的场效应晶体管，也称为MOSFET。
更特别地，每一个MOSFET钎焊在也称为驱动电路的控制模块的印刷电路板上。控制模块安装在固定到支撑框架的外壳中。
每一个MOSFET包括称为漏极并且联接到相应加热模块的负端子的第一端子，称为源极并且联接到电池的负端子或地的第二端子，以及称为栅极的用作用于使得能够控制MOSFET的断开和闭合的控制信号的输入端的第三端子。
通过由固定到印刷电路板上的电绝缘装配件机械地联接在一起的导体条可特别地提供不同的电联接。
这样的加热装置特别地可从以申请人名义的文件FR2954606获知。
当MOSFET断开时，没有电流流动通过相应的电阻元件。相反地，当MOSFET闭合时，电流传送到电阻元件中，以引起电极和散热片的加热。
当MOSFET闭合时，也就是说当其处于接通状态，其具有为一定值的电阻Rdson，该值为例如4mΩ的量级。由于传送到MOSFET中的电流以及电阻元件相对大，因此在正常操作中，例如在2W至3W之间的热量被散发。
操作中还存在MOSFET被损坏的非常低的风险。在大多数情况下，该损坏被转变为漏极和源极之间的阻碍的短路状态。换句话说，MOSFET表现为好像MOSFET内部的阻抗被并联地安装在漏极和源极之间。该阻抗例如具有为40mΩ量级的值。于是由MOSFET散发的热例如为30W的量级。
该热可最终导致印刷电路板的材料逐渐老化，该老化将该通常绝缘的材料转化为相对导电的材料。
如果这样的老化延伸在漏极和源极之间，更特别地在导电轨道之间，漏极和源极电联接到该导电轨道，则印刷电路板的老化的材料如电阻器一样作用。在并联中，MOSFET最终完全断开，从而使得加热元件的负端子经由由印刷电路板的老化的材料形成的电阻器联接到电池的负端子或地。在该情况下，该电阻器例如具有10Ω的量级。由该电阻散发的热于是具有10到15W的量级。
考虑到在该情况下非常大量的热将被散发，则存在该热造成在印刷电路板和/或周围元件上开始着火或烟气被放出的风险。
发明内容
本发明的目的特别地是对该问题提供一种简单、有效和经济的技术方案。
为此，提出一种用于电器的控制模块，包括印刷电路板，电气和电子部件和至少一个功率晶体管，例如具有金属氧化物栅极的场效应晶体管，安装到所述印刷电路板，该功率晶体管固定到印刷电路板的第一区域上并且包括称为漏极、联接到所述第一区域的第一导电轨道的第一端子、称为源极并且联接到印刷电路板的第二区域的第二导电轨道的第二端子以及称为栅极的第三端子，其特征在于，所述印刷电路板包括至少一个开口，其至少部分地在印刷电路板的第一和第二区域之间形成材料的不连续部，所述开口位于第一和第二导电轨道之间。
以该方式，在功率晶体管损坏的情况下，即使印刷电路板的第一区域的材料老化，该开口在印刷电路板的第一和第二区域之间以及相关联的第一和第二导电轨道之间形成材料的不连续部。
在上面提到的加热装置的特别的情况中，因而在MOSFET老化的情况下防止加热元件的负端子经由由于老化材料形成的电阻器联接到电池的负或地端子。因此避免开始着火的风险或相关联的产生烟雾的风险。
根据本发明的一个实施例，功率晶体管包括形成漏极的底板，其与第一轨道电接触，还包括形成源极的销，其电联接到第二轨道。
优选地，开口为至少部分地环绕印刷电路板的第一区域的狭缝。
在该情况下，狭缝可以是总体U形或L形，并且包括基部，至少一个分支从该基部延伸。
本发明还涉及包括上面提到类型的控制模块的特别地用于机动车辆的加热装置。该加热装置还包括至少一个加热模块，所述加热模块包括电联接到电池的第一端子的第一端子，经由第一电联接构件电联接到功率晶体管的漏极的第二端子，电池的第二端子经由第二电联接构件电联接到功率晶体管的源极，加热模块的第一端子经由第三电联接构件电联接到电池的第一端子，第三联接构件经由电绝缘装配件机械联接到彼此。
联接构件例如为导体杆。
附图说明
通过下面参照附图以非限制性示例给出的描述将更好地理解本发明，并且本发明的其他详细内容、特征和优点将变得显而易见，附图中：
图1是示出根据现有技术的在MOSFET的正常操作情况下MOSFET在加热元件的负端子和电池的地之间的安装的示意图，
图2是与图1对应的示出MOSFET的老化状态，即在漏极和源极之间的即将发生的短路状态的视图，
图3是与图1对应的示出MOSFET的完全断开的老化状态以及印刷电路板的老化状态的视图，
图4是示出图3的情况的印刷电路板的一部分的平面视图，
图5是根据本发明的加热装置的前视图，
图6是根据本发明的属于图4的加热装置的控制模块的平面视图，
图7是属于根据本发明的控制模块的印刷电路板的仰视图，
图8是示出不同的导电轨道的印刷电路板的平面视图，
图9是加热装置的电气布线的示意图。
具体实施方式
图1示出安装在印刷电路板上的例如具有金属氧化物栅极的场效应晶体管，也被称为MOSFET的功率晶体管1的正常操作模式。这样的晶体管1常规地包括称为漏极的第一端子D、称为源极的第二端子S和称为栅极并且使得能够控制MOSFET的断开和闭合的第三端子G。
漏极D例如特别地经由第一导电轨道3(图4)电联接到加热装置2的负端子，加热模块2的正端子被联接到例如由电池的正端子形成的电势。源极S例如特别地经由第二导电轨道4联接到电池的负端子或地。
因而，在正常操作中，当MOSFET1断开时，没有电流在加热模块2中流动。相反地，当MOSFET1闭合时，电流传送到加热模块2中。
当MOSFET1闭合时，也就是说当其处于接通状态时，其具有为一定值的电阻Rdson，该值为例如4mΩ的量级。由于在正常操作中传送到MOSFET1中的电流相对大，因此例如在2W至3W范围内的热量被MOSFET散发。
操作中还存在MOSFET1被损坏的非常低的风险。在大多数情况下，该损坏转变为漏极D和源极S之间的阻碍的短路状态。这样的老化状态示出在图2中。
换句话说，MOSFET1表现为好像阻抗5(在MOSFET1内部)被并联安装在漏极D和源极S之间。该阻抗5具有例如为40mΩ的量级的值。由MOSFET1散发的热例如为30W的量级。
该热可最终导致印刷电路板(图4)的材料逐渐老化，该老化将该通常绝缘的材料转化为相对导电的材料。
如果这样的老化延伸在漏极D和源极S之间，更特别地在导电轨道3,4之间，漏极D和源极S电联接到该导电轨道3,4，则印刷电路板的老化的材料6如电阻一样作用(图5)。在并联中，MOSFET1最终完全断开，以使得加热元件2的负端子经由由于印刷电路板的老化的材料6形成的电阻器7联接到电池的负端子或地。在该情况下，该电阻器7例如具有10Ω的量级。由该电阻器7散发的热于是具有10到15W的量级。
考虑到在该情况下非常大量的热将被散发，则存在该热造成在印刷电路板和/或周围元件上开始着火或产生烟雾的风险。
图5图示了根据本发明的意图配备机动车辆的附加的电加热装置10。这样的加热装置10特别地用于发动机不足够热以确保将热空气供给到车辆内部中时机动车辆的使用的前几分钟内。
该装置10包括平行六面体支撑框架11，并联的加热模块12安装在该支撑框架上，所述并联的加热模块12布置为使待加热的空气流通过。加热模块12使用安装在固定到支撑框架11的外壳14中的控制模块13(图6)或驱动电路控制。
每一个加热模块12包括两个电极或端子，在图9中标记为+和-，具有正温度系数(PTC)类型的电阻元件15(图9)放置在其之间。两个相对的热沉16被固定在电极上，以增大与待加热空气流的换热的表面积。热沉16例如由皱褶状或波纹状金属带形成。
每一个加热模块12因而包括电联接到电池17的正端子的正端子，和经由功率晶体管18电联接到电池17的负端子的负端子，所述功率晶体管18例如为具有金属氧化物栅极的场效应晶体管，也称为MOSFET。
控制模块13包括印刷电路板19，印刷电路板19包括第一区域20和第二区域21，MOSFET18安装在第一区域20上，多个电气和电子部件特别地钎焊或安装在第二区域21上(图7和8)。
每一个第一区域20具有大体矩形的形状，并且在其顶面上包括延伸在第一区域20的大部分上并且联接到相应的MOSFET18的漏极D的第一轨道22(图8)。更特别地，每一个MOSFET18包括形成漏极D的底板，其与第一轨道22电接触并且钎焊到第一轨道22上。
电子板19的第二区域21包括顶面，其上分别形成有三个第二导电轨道23和三个第三导电轨道24，以及第四导电轨道25，三个第二导电轨道23和三个第三导电轨道24总体地面对相应的第一轨道22设置，第四导电轨道25联接到电池17的负端子或地。第四轨道25延伸在第二区域的大部分上，并且形成地平面，如下文更好理解的。每一个第二轨道23经由电阻器或“分流器”26(图6)联接到地平面25，使得能够进行电流测量。该“分流器”的值非常低，具有几毫欧的量级。
印刷电路板19包括分别位于印刷电路板19的每一个第一区域20和第二区域21之间的三个狭缝27，每一个狭缝27至少部分地在印刷电路板19的第一和第二区域20,21之间形成材料的不连续部，所述狭缝27特别地设置在或插在第一和第二导电轨道22,23之间。
该狭缝27大体为U形(或L形，取决于狭缝的应用和位置)，并且包括基部，两个分支从基部延伸。
如图7中可更好看出的，每一个MOSFET18的漏极D经由相应的第一轨道22和第一导体条28联接到相应的加热模块12的负端子，第一导体条28包括焊接到第一轨道22上的端子。
源极S由MOSFET18的第一销29形成，并且经由印刷电路板19的第二和第四轨道23,25、经由相应的“分流器”26并且经由第二导体条30联接到电池17的负端子或地，第二导体条30包括钎焊到第四轨道25上的端子。在本描述的后续部分中，将忽略“分离器”26的存在，以简化说明。
最后，MOSFET18的栅极G由销31形成，销31用作用于使得能够控制MOSFET18的断开和闭合的控制信号的输入端，所述销31钎焊在印刷电路板19的相应的第三轨道24上。
电池17和加热模块2的正端子之间的电联接由第三导体条32提供。
不同的导体条28,30,32机械地联接到彼此，且通过使用合成材料包覆模制并且用作支撑件的装配件33彼此电绝缘，该装配件用作支撑件的方式为所述导体条28,30,32和装配件33形成一体组件。装配件33固定到印刷电路板19上。
如之前指出的，当MOSFET18断开时，没有电流流动通过相应的电阻元件15。相反地，当MOSFET18闭合时，电流在电阻元件18中流动，并且因而造成相应的加热模块12的温度升高。
每一个MOSFET18可循环地断开和闭合，每一个加热模块12达到的温度于是为MOSFET18的断开和闭合时间的函数。
狭缝27的存在使得能够避免图3中图示的情况，其中印刷电路板19的材料6的老化可导致温度剧烈升高。
该狭缝27防止老化的材料6用作放置在漏极D(第一轨道22)的电势和源极S(第二轨道23或第四轨道25)的电势之间的电阻器7。应记得，考虑到“分离器26”的可忽略的影响，第二和第四轨道23,25的电势基本上相同。

Claims (6)

1.一种用于电器(10)的控制模块(13)，包括印刷电路板(19)，电气和电子部件(26)和至少一个功率晶体管(18)安装到所述印刷电路板(19)上，所述功率晶体管(18)固定到印刷电路板(19)的第一区域(20)上，并且包括称为漏极、联接到所述第一区域(20)的第一导电轨道(22)的第一端子(D)、称为源极并且联接到印刷电路板(19)的第二区域(21)的第二导电轨道(23)的第二端子(S)以及称为栅极的第三端子(G)，其特征在于，所述印刷电路板包括至少一个开口(27)，所述开口至少部分地在印刷电路板(19)的第一和第二区域(20,21)之间形成材料的不连续部，所述开口(27)位于第一和第二导电轨道(22,23)之间。
2.根据权利要求1所述的控制模块(13)，其特征在于，功率晶体管(18)包括与第一轨道(22)电接触的、形成漏极(D)的底板，还包括电联接到第二轨道(23)的、形成源极(S)的销(29)。
3.根据权利要求1或2所述的控制模块(13)，其特征在于，所述开口为至少部分地环绕印刷电路板(19)的第一区域(20)的狭缝(27)。
4.根据权利要求3所述的控制模块(13)，其特征在于，所述狭缝(27)为总体U形或L形，并且包括基部，至少一个分支从所述基部延伸。
5.一种加热装置，特别地用于机动车辆，包括根据权利要求1到4中任一项所述的控制模块(13)。
6.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置包括至少一个加热模块(12)，所述加热模块(12)包括电联接到电池(17)的第一端子的第一端子，经由第一电联接构件(28)电联接到功率晶体管(18)的漏极(D)的第二端子，电池(17)的第二端子经由第二电联接构件(30)电联接到功率晶体管(18)的源极(S)，模块(12)的第一端子经由第三电联接构件(32)电联接到电池(17)的第一端子，第三联接构件(28,30,32)经由电绝缘装配件(33)机械联接到彼此。
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