CN105210456B - 用于电设备的控制模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电设备(3)的控制模块(4)，其包括：印刷电路板(11)，印刷电路板上安装有电和电子部件(12)；和电子功率部件(10)，电子功率部件与印刷电路板(11)分开，且通过至少一个电连接本体(18a、18b、18c)相对于印刷电路板被保持，所述电连接本体固定到印刷电路板(11)上且连接至电子功率部件(10)的端子(S、D、G)中的一个(D)。

Description

用于电设备的控制模块
技术领域
本发明涉及一种用于电设备的控制模块，和包括这样的控制模块的加热装置，该加热装置特别是用于机动车辆，还涉及一种用于制造这样的模块的方法。
本发明特别地应用于添加式电加热装置的技术领域。这样的加热装置特别用于机动车辆起动的头几分钟，在发动机不足够热以确保将热空气供应到车辆内部中时。对于柴油式发动机，该变暖(warm-up)时间例如是15至20分钟的时间。
背景技术
这样的添加式加热装置通常包括支撑框架，在其上安装有平行的加热模块，所述加热模块布置为被要被加热的空气流通过。
每个加热模块包括两个电极，在这两个电极之间布置有正温度系数类型的电阻元件。两个相对的热沉固定到电极上，以便增加与要被加热的空气流的交换表面积。热沉例如通过褶皱或波纹式金属带形成。
每个加热模块由此包括电连接至电池正端子的正端子，以及经由功率晶体管电连接至电池负端子的负端子，该功率晶体管诸如具有金属氧化物栅极的场效应晶体管，还称为MOSFET。
更特别地，每个MOSFET钎焊到控制模块的印刷电路板上，该控制模块也称为“驱动器”。控制模块安装在固定至支撑框架的外壳中。
每个MOSFET包括称为漏极且连接至相应加热模块的负端子的第一端子，称为源极且连接至电池的接地端或负端子的第二端子，以及称为栅极且用作用于控制信号的输入端的第三端子，该控制信号使得可以控制MOSFET的断开和闭合。
不同的电连接可特别地通过导体棒提供，这些导体棒通过电绝缘装配件机械地连接在一起，所述装配件固定到印刷电路板上。
这样的加热装置特别地从申请人名下的文献FR 2954606已知。
当MOSFET断开时，没有电流流动通过相应的电阻元件。相反，当MOSFET闭合时，电流通入到电阻元件中，以便提供热沉的和电极的加热。
当MOSFET闭合时，也就是说，当其处于导通状态，其具有不可忽视的电阻Rdson。因为通入到MOSFET和电阻元件中的电流相对较大，在正常操作中，不可忽视的热量(2至3瓦)通过MOSFET消散。
还存在非常低的、MOSFET被损坏且然后处于短路状态的风险。在该情况下，被消散的热量较大，例如是20至30瓦的量级。
在这两种情况下，建议的是确保由此通过每个MOSFET产生的热不损坏印刷电路板的其他电子部件。
对此，已知的实践是把将MOSFET连接至加热模块负端子的导体棒的一部分放置在空气流中，从而由MOSFET消散的热的一部分经由该空气流释放。
还已知的实践是设置局部围绕MOSFET的大体U形的缝隙，以便限制热朝向印刷电路板的其他电子部件传导。但是，这些缝隙不足以减小这些传导现象，且依然存在周围电子部件劣化的风险，特别是当希望寻求高功率加热模块或当至少一个MOSFET被损坏时。实际上，热可依然经由位于支撑MOSFET的印刷电路板的一些部分和印刷电路板其余部分之间的材料桥被传导。
发明内容
本发明的目的特别是提供一种针对该问题的简单、有效和经济的解决方案。
为此，本发明提出一种用于电设备的控制模块，其包括印刷电路板和至少一个功率电子部件，印刷电路板上安装有电和电子部件，其特征在于，功率电子部件与印刷电路板分开，且利用至少一个电连接构件相对于所述印刷电路板被保持，所述电连接构件固定到印刷电路板上且连接至功率电子部件的端子中的一个。
通过功率电子部件与印刷电路板分离或远离，避免了热通过传导而到其他电子部件的任何传递。因此避免这些电子部件的任何劣化风险。此外，功率电子部件经由电连接构件机械地附连到印刷电路板使得可以形成一体组件，该组件能例如在外壳内被简单地处理和安装。
根据本发明的一特征，功率电子部件是功率晶体管，例如具有金属氧化物栅极的场效应晶体管。
这样的晶体管通常被高电流通过，且因此在开通状态产生热，该热特别是其电阻的函数。通过与现有技术比较，本发明使得可以利用MOSFET类型的晶体管，其在开通状态具有较高电阻Rdson，且因此较便宜，和/或利用被非常高的电流通过的晶体管。
第一连接构件可电连接至功率电子部件的第一端子，第二连接构件电连接至功率电子部件的第二端子，这两个连接构件经由电绝缘装配件机械地连接至彼此，所述支撑装配件固定到印刷电路板上。
此外，功率电子部件可安装在基板上，该基板大体在印刷电路板的平面中延伸，所述印刷电路板通过缝隙与所述基板分开。
在该情况下，所述缝隙是U形的，且通过其端部在印刷电路板的周边边缘上露出。
通过机加工可容易地制造这样的缝隙，特别是通过铣削。
本发明还涉及一种加热装置，特别地用于机动车辆，包括上述类型的控制模块、至少一个加热模块，所述加热模块包括电连接至电池的第一端子的第一端子、经由第一电连接构件电连接至功率电子部件的第一端子的第二端子，电池的第二端子经由第二电连接构件电连接至功率电子部件的第二端子。
加热模块的第一端子可经由第三电连接构件电连接至电池的第一端子，这三个连接构件经由固定到印刷电路板上的电绝缘装配件机械地连接到彼此。
连接构件例如是导体棒。
本发明最后涉及一种用于制造上述类型的控制模块的方法，包括以下步骤：
-在至少一个印刷电路板上安装一组电子部件，所述电子部件包括至少一个功率电子部件，所述印刷电路板经由至少一个材料桥连接到面板，
-将至少一个连接构件电连接到功率电子部件的端子，并将所述连接构件牢固地安装在印刷电路板上，
-机加工印刷电路板，以便将支撑所述功率电子部件的部分与印刷电路板的其余部分分开，功率电子部件通过电连接构件保持，通过机加工材料桥将印刷电路板与面板的其余部分分开。
通过与现有技术比较，根据本发明的方法提出机加工印刷电路板以便将支撑功率电子部件的部分与印刷电路板的其余部分完全分开。该机加工可与材料桥的机加工同时完成，以便将印刷电路板与面板的其余部分分开。
在安装电子部件之前，面板可包括界定印刷电路板和材料桥的缝隙，以及部分地围绕功率电子部件以将其与电子板的其余部分隔离的至少一个缝隙。
在该情况下，可通过机加工来延长部分地围绕功率电子部件的缝隙，以便将支撑功率电子部件的部分与印刷电路板的其余部分完全分开。
此外，面板可包括多个不同的印刷电路板，每个通过至少一个材料桥连接到面板。
附图说明
在阅读通过非限制性示例给出的、参考附图的以下描述时，本发明将被更好地理解，本发明的其它细节、特征和优势将变得清楚，在附图中：
图1是根据本发明的加热装置的前视图，
图2是根据本发明的控制模块的前视透视图，该控制模块属于图1的加热装置，
图3是图2的控制模块的一部分的后视透视图，
图4是图2和3的控制模块的一部分的横向横截面的示意图，
图5是上述控制模块的平面图，
图6是属于根据本发明的控制模块的MOSFET的基板和印刷电路板的平面视图，
图7是加热装置的功率电配线的示意图，
图8是用于制造印刷电路板的面板的平面图，
图9是图8的面板的一部分的视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的添加式加热装置1，其意图装备机动车辆。这样的加热装置1特别用于机动车辆使用的头几分钟，在发动机不足够热以确保将热空气供应到车辆内部中时。
该装置1包括平行六面体支撑框架2，在其上安装有平行的加热模块3，所述加热模块3布置为被要被加热的空气流通过。利用控制模块4(图2和5)或驱动器来控制加热模块3，所述控制模块4或起动器安装在固定至支撑框架2的外壳5中。
每个加热模块3包括两个电极或端子，在图7中标为+和-，在电极或端子之间布置有正温度系数(PTC)类型的电阻元件6(图7)。两个相对的热沉8固定到电极上，以便增加与要被加热的空气流的交换表面积。热沉8例如通过褶皱或波纹式金属带形成。
每个加热模块3由此包括电连接至电池9的正端子的正端子，以及经由功率晶体管电连接至电池9的负端子的负端子，该功率晶体管诸如具有金属氧化物栅极的场效应晶体管10，还称为MOSFET。
控制模块4包括印刷电路板11，在其上钎焊或安装有不同的电部件和电子部件12，该印刷电路板包括矩形或正方形的切口13，所述切口13使得可以容纳基板14，MOSFET钎焊到基板14上。每个基板14具有的形式对应于切口13的形式。每个基板14的边缘与印刷电路板11分开有1至2mm的距离d。在印刷电路板11和每个基板14的边缘之间延伸的缝隙15是大体U形的，且包括在印刷电路板的周边边缘16处露出的两个腿。每个基板14沿印刷电路板11的平面延伸，且具有的厚度大体等于所述印刷电路板11的厚度。如图7更好地可见，每个MOSFET 10包括称为漏极D、形成MOSFET基极且连接至相应加热模块3的负端子的第一端子，称为源极S且连接至电池9的接地端子或负端子的第二端子，以及称为栅极G且用作用于控制信号的输入端的第三端子，该控制信号使得可以控制MOSFET 10的断开和闭合。
每个基板14包括至少一个轨线，其由导电材料制成，例如铜，使得可以在其上钎焊MOSFET 10的基极，即，漏极D，以及以下所述的导体棒18a、18b、18c的末端。
每个MOSFET 10还包括具有小横截面的两个凸起，其中一个连接至源极S，另一个连接至栅极G。所述凸起S、G钎焊至印刷电路板11(图5)。更具体地，连接至栅极的凸起G使得可以接收设定点信号，该设定点信号意图控制MOSFET 10的断开或闭合，凸起S经由如下更好描述的导体棒19连接至电池9的负端子。
MOSFET 10、加热模块3和电池9之间的电连接通过导体棒提供。
更具体地，三个导体棒18a、18b、18c分别将每个加热模块3的负端子连接至相应MOSFET 10的漏极D。另一导体棒19将MOSFET的所有源极S连接至电池9的接地端子或负端子。最后的导体棒20将电池9的正端子连接至不同加热模块3的正端子。
不同的导体棒18a、18b、18c、19、20机械地连接到彼此，且通过装配件21彼此电绝缘，该装配件21用合成材料包覆模制，且用作支撑件，使得所述导体棒18a、18b、18c、19、20和装配件21形成一体的组件。装配件21在22处固定到印刷电路板上(图3)。此外，棒19和20通过一些它们的终端而固定到印刷电路板上(见图5)
当MOSFET 10断开时，没有电流流动通过相应的电阻元件7。相反，当MOSFET 10闭合时，电流在电阻元件7中流动，且由此导致相应的加热模块3的温度上升。
每个MOSFET 10可循环地断开和闭合，每个加热模块3达到的温度则是MOSFET 10的断开和闭合时间的函数。
基板14和印刷电路板11通过缝隙15的分开使得可以避免热的任何传导，特别是在MOSFET被损坏的情况下(通常是漏极D和源极S之间短路的状态)或MOSFET 10闭合即它们处于导通状态的情况下。
因此可以使用具有高电阻Rdson的MOSFET 10，这些比在现有技术中使用的具有低电阻Rdson的MOSFET要便宜。还可以使用高功率加热模块3，其中，高电流在MOSFET 10中流动。
根据本发明的控制模块4通过执行以下方法被制造。
该方法使用面板23(图8)，面板23包括多个不同的印刷电路板11，例如8或16个印刷电路板，每个印刷电路板11通过材料桥24连接到面板23的其余部分。
如图9更好地可见，每个板包括U和/或L形的缝隙15，缝隙15围绕意图容纳MOSFET的区域14。每个缝隙15包括基部25a以及一或两个分支25b，所述基部25a平行于印刷电路板的相邻周边边缘16，所述分支与基部25a成直角且平行于彼此。分支25b没有在印刷电路板11的周边边缘16处露出。
电部件12则安装在印刷电路板11的一个和/或另一个面上，例如通过软钎焊或硬钎焊。它们可特别是SMC部件，即表面安装部件。MOSFET 10还安装在由缝隙15界定的区域14中。
由不同导体棒18a、18b、18c、19、20和装配件21形成的组件然后安装在印刷电路板11上。
各材料桥24然后通过铣削消除，以便将每个印刷电路板11从面板23的其余部分分离。在该操作期间，缝隙15的分支25b也通过机加工延长，例如通过铣削，从而所述分支25b在印刷电路板11的相邻周边边缘16上露出。
然后获得如之前所述的控制模块4，其包括印刷电路板11和MOSFET 10，该MOSFET安装在与印刷电路板11分开的基板14上且通过导体棒18a、18b、18c、19、20和装配件21连接至其。
这样的方法容易实施，且要求适应性，相对现有技术，容易实施。

Claims (9)

1.一种用于电设备(3)的控制模块(4)，其包括印刷电路板(11)和至少一个功率电子部件(10)，所述印刷电路板(11)上安装有电力电子部件，其特征在于，所述功率电子部件(10)与所述印刷电路板(11)分开，且利用至少一个第一电连接构件(18a、18b、18c)相对于所述印刷电路板(11)被保持，所述电连接构件固定到所述印刷电路板(11)上且连接至功率电子部件(10)的端子(S、D、G)中的第一端子(D)，所述功率电子部件(10)安装在基板(14)上，该基板(14)大体在所述印刷电路板(11)的平面中延伸，所述印刷电路板通过缝隙(15)与所述基板(14)分开。
2.如权利要求1所述的控制模块(4)，其特征在于，所述功率电子部件是功率晶体管(10)。
3.如权利要求1或2所述的控制模块(4)，其特征在于，第一电连接构件(18a、18b、18c)电连接至所述功率电子部件(10)的第一端子(D)，第二电连接构件(19)电连接至所述功率电子部件(10)的第二端子(S)，这两个电连接构件(18a、18b、18c、19)经由电绝缘装配件(21)机械地连接至彼此，所述装配件(21)固定到所述印刷电路板(11)上。
4.如权利要求1所述的控制模块，其特征在于，所述缝隙(15)是U形的，且通过其端部在所述印刷电路板(11)的周边边缘(16)上露出。
5.一种用于机动车辆的加热装置，包括如权利要求1至4中的一项所述的控制模块(4)、至少一个加热模块(3)，所述加热模块包括电连接至电池(9)的第一端子的第一端子、经由第一电连接构件(18a、18b、18c)电连接至功率电子部件(10)的第一端子(D)的第二端子，电池(9)的第二端子经由第二电连接构件(19)电连接至功率电子部件(10)的第二端子(S)。
6.如权利要求5所述的加热装置，其特征在于，加热模块(3)的第一端子经由第三电连接构件(20)电连接至电池(9)的第一端子，这三个电连接构件(18a、18b、18c、19、20)经由固定到所述印刷电路板(11)上的电绝缘装配件(21)而机械地连接到彼此。
7.一种用于制造如权利要求1至4中的一项所述的控制模块(4)的方法，包括以下步骤：
-在至少一个印刷电路板(11)上安装一组电力电子部件，所述电力电子部件包括至少一个功率电子部件(10)，所述印刷电路板(11)经由至少一个凸片(24)连接到面板(23)，
-将至少一个第一电连接构件(18a、18b、18c)电连接到功率电子部件(10)的第二端子(S)，并将所述第一电连接构件(18a、18b、18c)牢固地安装在所述印刷电路板(11)上，
-机加工所述印刷电路板(11)，以便将支撑所述功率电子部件(10)的部分(14)与印刷电路板(11)的其余部分分开，所述功率电子部件(10)通过所述第一电连接构件(18a、18b、18c)保持，通过机加工所述凸片(24)而将印刷电路板(11)与面板(23)的其余部分分开。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在安装电力电子部件之前，面板(23)包括界定所述印刷电路板(11)和所述凸片(24)的缝隙，以及部分地围绕功率电子部件(10)以将其与印刷电路板(11)的其余部分隔离的至少一个缝隙(15)。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述面板(23)包括多个不同的印刷电路板(11)，每个通过至少一个凸片(24)连接到所述面板(23)。
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