CN106411185A - 一种高效大功率控制器 - Google Patents

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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body

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Abstract

本发明提供一种高效大功率控制器，属于控制设备领域，包括竖直板、主板、两块基板和若干条接线。两块基板分别表贴在主板的两侧；竖直板竖直设置在两块基板间且与主板通过排针焊接导通。主板通过接线与外部设备连接。主板上设置有开关管器件和电容器件。开关管器件焊接在主板的两侧，且开关管器件表贴在两块基板上；电容器件均匀排布焊接在主板的上表面。

Description

一种高效大功率控制器
技术领域
本发明涉及控制设备领域，具体的来说是涉及一种高效大功率控制器。
背景技术
随着无刷电机的广泛的应用于电动汽车(2/3/4轮)中，因此人们对无刷电机控制器的要求也越来越高。
目前，无刷电机控制器主要由电源板、竖直板及设置于竖直板上的
绝缘栅双极型晶体管元器件、主芯片、电容元器件及电阻元器件组成，其零部件较多且体积较大。由于无刷电机控制器的体积较大，不便于无刷电机控制器的安装。并且现有的无刷电机控制器由于其零部件较多，不便于散热，使得运行过程中主芯片的温度过高，严重影响主芯片的运行稳定性。
现有的电动车控无刷制器驱动电流小、驱动效率低发热高、返修率高、适应环境温度差。功能特性固定、不能灵活适应客户需求。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种高效大功率控制器。
本发明通过以下技术方案解决上述问题：
一种高效大功率控制器，包括竖直板、主板、两块基板和若干条接线；
两块基板分别表贴在主板的两侧；竖直板竖直设置在两块基板间且与主板通过排针焊接导通；主板和外部电池连接；两块基板上的线与电机相连；接线与外部设备连接；
主板上设置有开关管器件和电容器件；开关管器件焊接在主板的两侧，且开关管器件表贴在两块基板上，导热好；电容器件均匀排布焊接在主板的上表面；
主板包括控制电路、驱动电路、采样电路、桥式跨接电路、开关电路、大电流电路和电源电路；采样电路的控制输入端与控制电路控制信号输出连接，采样电路的输出端与滤波和放大电路输入连接；大电流电路使用覆铜走线和汇流条；驱动电路的输入端与控制电路连接；电源电路的输出端与驱动电路连接；开关电路输入与驱动电路输出端连接，开关电路输入端与主电源电路相连，开关电路输出端与电机线连接。
上述方案中，优选的是采样电路包括电压采样电路、电流采样电路、温度采样电路、滤波器和放大器；电压采样电路、电流采样电路和温度采样电路的输出端均与滤波器连接；滤波器的输出端经放大器与控制电路连接。
上述方案中，优选的是开关电路采用功率开关管，功率开关管由关断到导通状态和由导通状态到关闭状态的时间短，保证了功率开关管的发热。
上述方案中，优选的是功率开关管之间、电源电路和功率开关管之间采用大面积PCB走线，使功率开关管之间和功率开关管与主电源滤波元件之间电阻小，保证了功率开关管和电容吸收电路的发热均匀、干扰吸收良好。
上述方案中，优选的是两块基板安装有壳状的散热片，散热片通过螺丝与两块基板贴合拧紧。
上述方案中，优选的是控制电路通过串行总线与外部电脑或其他设备连接。
上述方案中，优选的是控制电路通过输出PWM信号控制驱动电路开与关闭。
本发明的优点与效果是：
1、本发明主板的大电流电路和控制电路巧妙利用桥式跨接电路，既有效保证了功率控制部分大电流需求、功率开关管之间的电流均匀问题，又降低了信号处理部分的抗干扰以及大电流导致电路板热涨冷缩对贴片元件的影响、提高了系统的可靠性和稳定性；
2、进一步的，本发明通过双排铝基板模式既降低了功率开关管到散热外壳间的热阻导、减少了功率开关管的热损害，又使功率开关管热量均匀散热在铝外壳上，而且更方便于功率开关管机器自动贴片安装；
3、本发明使用高速驱动功率开关管，提高控制器的效率和减少控制器发热；
4、本发明可以在短时间内进行大功率输出；
5、本发明提供总线接口，方便客户按需要调整功能、参数和远程自动控制控制器。
附图说明
图 1 为本发明的结构示意图。
图 2 为本发明的散热片结构示意图。
图中标号：1竖直板、2主板、2.1电容、3基板、4接线、5散热片。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
一种高效大功率控制器，如图1、图2所示，包括竖直板1、主板2、两块基板3、若干条接线4和散热片5。两块基板3安装有壳状的散热片5，散热片5通过螺丝与两块基板3贴合拧紧。两块基板3主要采用铝基板，因为铝基板有导热性好，可以快速把热量传递给散热片5进行释放。
两块基板3分别表贴在主板2的两侧；竖直板1竖直设置在两块基板3间且与主板2通过排针焊接导通。主板2通过接线4与外部设备连接，其中包括控制器功能线、总线接口，方便客户按需要调整功能、参数和远程自动控制控制器，如图1所示。
主板2上设置有开关管器件和电容器件；开关管器件焊接在主板2的两侧，且开关管器件表贴在两块基板3上，保证了功率管的发热及时传导到铝基板本体上，且容易易实现机器贴片安装，保证安装的质量和速度。电容器件均匀排布焊接在主板2的上表面，电容器件为电解电容、贴片电容，保证电压、电流、功率三相滤波良好，并且电容本身发热均匀，如图1所示。
主板2包括控制电路、驱动电路、采样电路、桥式跨接电路、开关电路、大电流电路和主电源电路。电流采样电路的控制输入端与控制电路连接；大电流电路通过桥式跨接电路与控制电路连接；驱动电路的输入端与控制电路连接；电源电路的输出端与驱动电路连接；开关电路的输入端与驱动的输出端连接，开关电路与电机线连和主电源接连接。
采样电路包括电压采样电路、电流采样电路、温度采样电路、滤波器和放大器；电流采样电路的输出端均与滤波器连接；滤波器的输出端经放大器与控制电路连接，电压采样电路、和温度采样电路的输出与控制电路连接。控制电路与大电流电路通过桥式跨接电路连接，既有效保证了功率控制部分大电流需求、功率开关管之间的电流均匀问题，又降低了信号处理部分的抗干扰以及大电流导致电路板热涨冷缩对贴片元件的硬力影响、提高了系统的可靠性和稳定性。
开关电路采用功率开关管，功率开关管由关断到导通状态和由导通状态到关闭状态的时间短，保证了功率开关管的发热。控制电路输出相应PWM信号，PWM信号通过驱动电路驱动功率开关管的导通和关断、调整电机电流的控制，实现电机转速和转矩，在整个电机驱动过程中确保功率开关管的工作电流不超过功率开关管的安全工作范围。
采样电路中通过电流采样控制电路直接采样功率开关管的导通电流压降，可以实现温度自动补偿、即随温度高电流自动减小保护了功率开关管持续温度升高烧毁功率开关管。功率开关管使用MOSFET功率开关管，MOSFET功率开关管的特性是温度升高后MOSFET的内阻会增大，由于控制电流是读取MOSFET上的压降来确定电流的大小，所以在相同的电流取样电压下，温度升高实际通过MOSFET开关管的电流是减少的。现有的控制器一般采用康铜丝式电阻采样，就是检测康铜丝上面的压降来完成电流取样。
电源电路主要包括主电源电路和辅助电源电路，辅助电源电路用于MOSFET开关管的驱动电路和控制电路的单片机供电。
本产品适用于各类以无刷直流电机为驱动力的电动车、电动船、机器人或者工业控制设备。
功率开关管直接表贴在铝基板上，保证了功率管的发热及时传导到铝基板本体上，且容易易实现机器贴片安装，保证安装的质量和速度。铝基板直接贴在外壳散热器上，保证了铝基板的热量及时传导到外壳散热，而采用双排铝基板的结构模式更使铝基板的热量能快速均匀传导到铝外壳，最终使功率开关管发出的热量快速传导到散热外壳上，减低功率开关管的热损耗。通过多个螺丝把铝基板固定在外壳上保证铝基板不变形，让每一个铝基板上的功率开关管上的热量快速传导到外壳上。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。

Claims (7)

1.一种高效大功率控制器，其特征在于：包括竖直板（1）、主板（2）、两块基板（3）和若干条接线（4）；
两块基板（3）分别表贴在主板（2）的两侧；竖直板（1）竖直设置在两块基板（3）间且与主板（2）通过排针焊接导通；主板（2）和外部电池连接；两块基板（3）上的线与电机相连；接线（4）与外部设备连接；
主板（2）上设置有开关管器件和电容器件；开关管器件焊接在主板（2）的两侧，且开关管器件表贴在两块基板（3）上，导热好；电容器件均匀排布焊接在主板（2）的上表面；
主板（2）包括控制电路、驱动电路、采样电路、桥式跨接电路、开关电路、大电流电路和电源电路；电流采样电路的控制输入端与控制电路控制信号输出连接，采样电路的输出端与滤波和放大电路输入连接；大电流电路使用覆铜走线和汇流条；驱动电路的输入端与控制电路连接；辅助电源电路的输出端与驱动电路连接；开关电路输入与驱动电路输出端连接，开关电路输入端与主电源电路相连，开关电路输出端与电机线连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效大功率控制器，其特征在于：所述采样电路包括电压采样电路、电流采样电路、温度采样电路、滤波器和放大器；电压采样电路、电流采样电路和温度采样电路的输出端均与滤波器连接；滤波器的输出端经放大器与控制电路连接，温度取样电路与开关元件直接焊接。
3.根据权利要求1所述的一种高效大功率控制器，其特征在于：所述开关电路采用功率开关管，功率开关管由关断到导通状态和由导通状态到关闭状态的时间短，保证了功率开关管的发热。
4.根据权利要求3所述的一种高效大功率控制器，其特征在于：所述功率开关管之间、电源电路和功率开关管之间采用大面积PCB走线，使功率开关管之间和功率开关管与主电源滤波元件之间电阻小，保证了功率开关管和电容吸收电路的发热均匀、干扰吸收良好。
5.根据权利要求1所述的一种高效大功率控制器，其特征在于：所述两块基板（3）安装有壳状的散热片（5），散热片（5）通过螺丝与两块基板（3）贴合拧紧。
6.根据权利要求1所述的一种高效大功率控制器，其特征在于：所述控制电路通过串行总线与外部电脑或其他设备连接。
7.根据权利要求1所述的一种高效大功率控制器，其特征在于：所述控制电路通过输出PWM信号控制驱动电路开与关闭。
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