CN105576997A - 一种车用集成电机的逆变器总成 - Google Patents

一种车用集成电机的逆变器总成 Download PDF

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Abstract

本发明属于电机逆变器技术领域，涉及一种逆变器总成，特别涉及一种车用集成电机的逆变器总成；包括厚铜PCB板总成，厚铜PCB总成由控制电路、驱动电路、功率主回路和厚铜PCB板组成；控制电路、驱动电路和功率主回路通过厚铜PCB板实现电路连接；控制电路实现控制算法，并将控制算法对应的控制信号通过驱动电路进行信号放大；驱动功率主回路实现功率变换，按驱动电路驱动信号实现直流变换到交流，驱动电机运行；功率主回路由功率半桥U相、功率半桥V相、功率半桥W相、母线电容和电流传感器组成；本发明结构高度集成，轴向和径向空间更加紧凑，大幅缩减多个厚铜PCB板固定部件数量，使得整个总成更加轻量化，在整车布置的灵活性大幅提高。<!-- 2 -->

Description

一种车用集成电机的逆变器总成
技术领域
本发明属于电机逆变器技术领域，涉及一种逆变器总成，特别涉及一种车用集成电机的逆变器总成。
背景技术
面对日益枯竭的石油资源以及环境保护的巨大压力，新能源汽车显示了巨大优势和广阔的发展前景。
新能源汽车虽对节能和环保有突出贡献，但其较传统车增加的成本确是生产厂家和用户必须面对的，为此，低成本增加，又能对整车油耗和排放有贡献的轻度混合动力得到了大家的青睐。前期开发的轻度混合动力普遍采用高压大功率皮带启动/发电一体化电机BSG或是集成启动/发电一体化电机ISG系统，这种系统成本高，集成度低，在附加成本容忍度低的小排量乘用车上无法得到大量应用，为此，一种低成本、高集成度的逆变器设计成为当务之急；专利ZL201120451221.2中描述了一种电机控制器的驱动结构，将功率变换的金属氧化物半导体场效应管MOSFET布置在铝基板上，形成功率变换主电路，这种结构利用铝基板实现功率器件散热和变换电路连接，铝基板通常设计为单面布板，一般只布置功率器件，驱动电路或控制电路需要布置在另外印制电路板PCB板上，这对系统集成度和紧凑性设计带来了不利影响。专利ZL201220099411.7中描述了一种三相电机驱动控制器功率板，这种结构与上述专利结构类似，单面布板，通过接线柱和铜排将功率电路实现。专利ZL201320462143.5和专利ZL201220688632.8中都描述了一种大功率电机控制器，通过功率器件在铝基板上均流布置，提高器件的工作可靠性。
针对上述问题，新能源汽车的逆变器集成化设计成为迫切的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源车用集成电机的逆变器总成，其可以实现新能源车逆变器的结构紧凑化、集成化，同时达到低成本化设计。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种车用集成电机的逆变器总成，包括厚铜PCB板总成23，所述厚铜PCB总成23由控制电路1、驱动电路3、功率主回路9和厚铜PCB板2组成；
所述控制电路1、驱动电路3和功率主回路9通过厚铜PCB板2实现电路连接；
控制电路1实现控制算法，并将控制算法对应的控制信号通过驱动电路3进行信号放大；
驱动功率主回路9实现功率变换，按驱动电路3驱动信号实现直流变换到交流，驱动电机运行。
技术方案中所述功率主回路9由功率半桥U相4、功率半桥V相5、功率半桥W相6、母线电容8和电流传感器10组成；
功率主回路9中的功率半桥U相4、功率半桥V相5和功率半桥W相6构成三相全桥功率变换电路；
直流端母线电容8，实现纹波电流吸收和瞬时功率补充；
交流端电流通过电流传感器10采集工作相电流信息。
技术方案中所述厚铜PCB板2由顶层信号器件层18、信号层20、信号层A17、功率输入层15和底层功率输出层13五层电路层组成，五层电路层的层间通过环氧板C19、环氧板D21、环氧板B16和环氧板A14实现层间电路绝缘；
所述控制电路1、驱动电路3、功率主回路9中的元器件和功率主回路9中的电流传感器10贴装在厚铜PCB板2上的顶层信号器件层18或底层功率输出层13；
技术方案中所述电流传感器10为表贴式霍尔传感器；
所述电流传感器10固定在底层功率输出层13或是集成分流器的内部铜块上，实现电机相电流采集。
技术方案中所述厚铜PCB板2中设置埋铜块11，顶层布置功率半桥U相4、功率半桥V相5和功率半桥W相6，通过埋铜块11和顶层信号器件层18、信号层20、信号层A17、功率输入层15和底层功率输出层13中的电路连接，连接成三相全桥功率变换电路。
技术方案中所述车用集成电机的逆变器总成还包括带冷却的逆变器壳体7，所述带冷却的逆变器壳体7与厚铜PCB板2中的绝缘导热膜12相连接。
技术方案中所述控制电路1或是驱动电路3中的元器件作为层间器件22设置在厚铜PCB板2中。
本发明的积极效果在于：
该总成利用厚铜PCB板总成实现了功率主回路、驱动电路和控制电路以及电流传感器的一体化集成和多层布件的设计，结构高度集成，轴向和径向空间更加紧凑，大幅缩减多个厚铜PCB板固定部件数量，使得整个总成更加轻量化，在整车布置的灵活性大幅提高。
附图说明
图1为车用集成电机的逆变器总成轴向集成的布置图；
图2为车用集成电机的逆变器总成径向集成的布置图；
图3所示为逆变器中厚铜PCB板总成的截面图；
图中:1、控制电路；2、厚铜PCB板；3、驱动电路；4、功率半桥U相；5、功率半桥V相；6、功率半桥W相；7、带冷却的逆变器壳体；8、母线电容；9、功率主回路；10、电流传感器；11、埋铜块；12、绝缘导热膜；13、底层功率输出层；14、环氧板A；15、功率输入层；16、环氧板B；17、信号层A；18、顶层信号器件层；19、环氧板C；20、信号层B；21、环氧板D；22、层间器件；23、厚铜PCB板总成。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
一种车用集成电机的逆变器总成，由带冷却的逆变器壳体和厚铜PCB板总成构成，厚铜PCB板总成集成功率主回路、驱动电路与控制电路以及和电流传感器；带冷却的逆变器壳体可内部带冷却水道或是冷却翅片，水道或冷却翅片设计需满足系统散热量需求。
电流传感器10可采用与铜排集成的分流器或是霍尔形式的非接触式传感器；厚铜PCB板总成通过绝缘导热膜12(绝缘导热膜可采用具有导热且绝缘的胶或硅脂材料)与逆变器壳体中的冷却面接触，三相铜排穿过电流传感器10将厚铜PCB板总成与电机连接的端子连接或是直接通过集成分流器的铜排将二者相连，实现逆变器与电机的功率连接。
将功率主回路9、驱动电路3与控制电路1集成在厚铜PCB板2上，或是据设计边界约束将功率主回路9与驱动电路3集成在厚铜PCB板2上，控制电路1分立设计在另一个PCB上；厚铜PCB板2由功率层和信号层构成，可进行多层设计，同时据具体设计可进行不同组合的功率层和信号层分布，功率层实现功率主回路9和该回路能量转换，同时该层可布置层间器件22，实现多层(顶层、底层和功率层)布件(＞2层)；信号层实现信息回路，同时可在顶层信号器件层18和底层功率输出层13布置实现驱动电路3和控制电路1的电子器件。
所述的车用集成电机的逆变器冷却方式为水冷或是风冷，水冷方式的冷却水道布置在发热的功率器件或部件的位置，风冷方式的散热翅片布置在厚铜PCB板2底部。功率器件工作时产生的热量通过埋铜块11、绝缘导热膜12和带冷却的逆变器壳体7导热，最终实现散热冷却。
实施例：
参阅图1和图2所示，车用集成电机的逆变器总成包括：由带冷却的逆变器壳体7和厚铜PCB板总成23，厚铜PCB总成23由控制电路1、驱动电路3、功率主回路9和厚铜PCB板2组成，功率主回路9由功率半桥U相4、功率半桥V相5、功率半桥W相6、母线电容8和电流传感器10组成。
参阅图3，图3是厚铜PCB板总成截面图，厚铜PCB板总成23由控制电路1、驱动电路3、功率主回路9和厚铜PCB板2组成，厚铜PCB板2由埋铜块11、绝缘导热膜12、环氧板A14、环氧板B16、环氧板C19、环氧板D21、、底层功率输出层13、功率输入层15、信号层A17、顶层信号器件层18、信号层B20和层间器件22组成。
厚铜PCB板总成23通过厚铜PCB板2实现控制电路1、驱动电路3和功率主回路9电路连接，功率主回路9中的功率半桥U相4、功率半桥V相5和功率半桥W相6构成的三相全桥功率变换电路，直流母线并接母线电容8实现纹波电流吸收和瞬时功率补充，交流输出端通过电流传感器10采集工作相电流信息，控制电路1实现控制算法，并将控制算法对应的控制信号通过驱动电路3进行信号放大，驱动功率主回路9实现功率变换，按驱动电路3驱动信号实线内直流变换到交流，驱动电机运行。组成控制电路1、驱动电路3、功率主回路9元器件和电流传感器10(霍尔式)通过焊料贴装在厚铜PCB板2的顶层信号器件层18或底层功率输出层13。电流传感器10可采用表贴式霍尔传感器焊接在底层功率输出层13或是集成分流器的内部铜块实现电机相电流采集。厚铜PCB板2由多层电路板构成，形成电路连接，实现信号传输和电能传递。厚铜PCB板2由顶层信号器件层18、信号层20、信号层A17、功率输入层15和底层功率输出层13五层电路层构成，电路层与层间通过环氧板C19、环氧板D21、环氧板B16和环氧板A14实现层间电路绝缘，埋铜块11内置在厚铜PCB板2中，顶层布置功率半桥U相4、功率半桥V相5和功率半桥W相6，通过埋铜块11起到电路连接，同时通过绝缘导热膜12与带冷却的逆变器壳体7相连进行散热。厚铜PCB板2在制板期间可将控制电路1或是驱动电路3中的元器件作为层间器件22布置在板中，这样便于厚铜PCB板集成化和小型化。
在整个工作过程中，发热源功率半桥U相4、功率半桥V相5和功率半桥W相6通过埋铜块11、绝缘导热膜12和带冷却的逆变器壳体7实现散热。
底层功率输出层13和功率输出层15采用铜块实现功率传输，在该层非功率区域可通过布置层间器件22实现逆变器总成的紧凑化和集成化设计。
信号层A17和信号层B20布置控制信号、传感器采集信号和故障反馈信号等，实现信号传输；顶层信号器件层18除布置信号线，还布置实现功率变换的功率器件和实现控制功能和驱动功能的电子器件。
电流传感器10采用内部铜块集成分流器或外部贴片式霍尔传感器实现电机相工作电流采集。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，该实施方式仅仅是本发明的较佳实例，不应理解为对本发明的限制，任何依据本发明的原理所做的更改都应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车用集成电机的逆变器总成，其特征在于：包括厚铜PCB板总成(23)，所述厚铜PCB总成(23)由控制电路(1)、驱动电路(3)、功率主回路(9)和厚铜PCB板(2)组成；
所述控制电路(1)、驱动电路(3)和功率主回路(9)通过厚铜PCB板(2)实现电路连接；
所述控制电路(1)实现控制算法，并将控制算法对应的控制信号通过驱动电路(3)进行信号放大；
驱动功率主回路(9)实现功率变换，按驱动电路(3)驱动信号实现直流变换到交流，驱动电机运行。
2.根据权利要求1所述的一种车用集成电机的逆变器总成，其特征在于：
所述功率主回路(9)由功率半桥U相(4)、功率半桥V相(5)、功率半桥W相(6)、母线电容(8)和电流传感器(10)组成；
功率主回路(9)中的功率半桥U相(4)、功率半桥V相(5)和功率半桥W相(6)构成三相全桥功率变换电路；
直流端母线电容(8)，实现纹波电流吸收和瞬时功率补充；
交流端电流通过电流传感器(10)采集工作相电流信息。
3.根据权利要求1所述的一种车用集成电机的逆变器总成，其特征在于：
所述厚铜PCB板(2)由顶层信号器件层(18)、信号层(20)、信号层A(17)、功率输入层(15)和底层功率输出层(13)五层电路层组成，五层电路层的层间通过环氧板C(19)、环氧板D(21)、环氧板B(16)和环氧板A(14)实现层间电路绝缘；
所述控制电路(1)、驱动电路(3)、功率主回路(9)中的元器件和功率主回路(9)中的电流传感器(10)贴装在厚铜PCB板(2)上的顶层信号器件层(18)或底层功率输出层(13)。
4.根据权利要求2所述的一种车用集成电机的逆变器总成，其特征在于：
所述电流传感器(10)为表贴式霍尔传感器；
所述电流传感器(10)固定在底层功率输出层(13)或是集成分流器的内部铜块上，实现电机相电流采集。
5.根据权利要求3所述的一种车用集成电机的逆变器总成，其特征在于：
所述厚铜PCB板(2)中设置埋铜块(11)，顶层布置功率半桥U相(4)、功率半桥V相(5)和功率半桥W相(6)，通过埋铜块(11)和顶层信号器件层(18)、信号层(20)、信号层A(17)、功率输入层(15)和底层功率输出层(13)中的电路连接，连接成三相全桥功率变换电路。
6.根据权利要求1所述的一种车用集成电机的逆变器总成，其特征在于：
所述车用集成电机的逆变器总成还包括带冷却的逆变器壳体(7)，所述带冷却的逆变器壳体(7)与厚铜PCB板(2)中的绝缘导热膜(12)相连接。
7.根据权利要求1所述的一种车用集成电机的逆变器总成，其特征在于：
所述控制电路(1)或是驱动电路(3)中的元器件作为层间器件(22)设置在厚铜PCB板(2)中。
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