CN110098726B - 一种开关器件缓冲电路板 - Google Patents

Abstract

一种开关器件缓冲电路板，其包括：第一支撑螺柱和第二支撑螺柱；第一导电部，其中，第一导电区域和第二导电区域分别与第一支撑螺柱和第二支撑螺柱电连接；可拆卸的缓冲电路元器件，其中，第一类元器件的第一端与第一导电区域电连接，第二类元器件的第一端与第二导电区域电连接，第一类元器件的第二端和第二类元器件的第二端均与第三导电区域电连接。该开关器件缓冲电路板可以直接可靠地安装在开关器件上，相较于现有的缓冲电路板，该电路板的安装更加方便。用户并不需要将缓冲电路元器件焊接在电路板上来实现电路联通，而是可以通过插入插座来与开关器件的相应外接端口电连接，从而方便实现电路元器件的多次插拔试凑。

Description

一种开关器件缓冲电路板

技术领域

本发明涉及开关器件技术领域，具体地说，涉及一种开关器件缓冲电路板。

背景技术

在变流器产品中，开关器件开通和关断的过程中会产生一定的电压变化率和电流变化率，过大的电压变化率和电流变化率会增大器件的开通和关断损耗，如果不加抑制，甚至会造成开关管的击穿和失效。

因此，在实际工程应用中，必须对开关管进行电压变化率和电流变化率的保护。以IGBT为例，通常的做法是在集电极和发射极上并联一个缓冲电路，缓冲电路一般由电容、电阻和吸收二极管等组成。在大多数情况下，该电路的器件参数往往需要通过工程试验才能确定。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种开关器件缓冲电路板，所述电路板包括：

第一支撑螺柱和第二支撑螺柱，所述第一支撑螺柱和第二支撑螺柱用于与开关器件的第一安装螺孔和第二安装螺孔对应电连接，并使得所述电路板与所述开关器件固接；

第一导电部，其包括第一导电区域、第二导电区域和第三导电区域，所述第一导电区域和第二导电区域分别与所述第一支撑螺柱和第二支撑螺柱电连接；

可拆卸的缓冲电路元器件，其包括第一类元器件和第二类元器件，所述第一类元器件的第一端与所述第一导电区域电连接，所述第二类元器件的第一端与所述第二导电区域电连接，所述第一类元器件的第二端和所述第二类元器件的第二端均与所述第三导电区域电连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一导电区域和第二导电区域分别通过分布在所述电路板中的金属走线与所述第一支撑螺柱和第二支撑螺柱电连接。

根据本发明的一个实施例，所述电路板还包括

第一插座，其包括多个插针和与所述多个插针相对应的多个接插部，所述第一导电部的各个导电区域分别形成有导电插孔，所述第一插座通过其插针插入所述第一导电部的各个导电插孔中来实现与所述第一导电部的各个导电区域的电连接，所述可拆卸的缓冲电路元器件通过插入所述第一插座的接插部来与所述第一插座中对应的插针电连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一类元器件的第一端通过插入位于所述第一导电区域上方的第一插座的相应接插部中来与所述第一导电区域电连接，所述第二类元器件的第一端通过插入位于所述第二导电区域上方的第一插座的相应接插部中来与所述第二导电区域电连接，所述第一类元器件的第二端和所述第二类元器件的第二端均通过插入位于所述第三导电区域电上方的第一插座的相应接插部中来与所述第三导电区域电连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一插座焊接在所述电路板上。

根据本发明的一个实施例，所述接插部分布有金属弹簧片，所述缓冲电路元器件的相应管脚通过插入所述金属弹簧片实现固定以及电连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一导电部的各个导电区域分别通过覆铜处理来形成各自的等电位区域。

根据本发明的一个实施例，所述电路板还包括：

第三支撑螺柱，其用于与所述开关器件的第三安装螺孔连接；

第二导电部，其结构与所述第一导电部相同，当所述电路板与开关器件固接时，所述第二导电部的第一导电区域和第二导电区域分别与所述第一支撑螺柱和第三支撑螺柱电连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一支撑螺柱、第二支撑螺柱和第三支撑螺柱沿直线排列，所述第一导电部和第二导电部对称分布在所述第一支撑螺柱、第二支撑螺柱和第三支撑螺柱形成的直线的两侧。

根据本发明的一个实施例，所述电路板还包括：

第二插座，其与所述第一插座的结构相同并与所述第二导电部连接。

本发明所提供的开关器件缓冲电路板可以直接可靠地安装在开关器件上，相较于现有的缓冲电路板，该电路板的安装更加方便。同时，对于本发明所提供的开关器件电路板来说，用户并不需要将缓冲电路元器件焊接在电路板上来实现电路联通，而是可以通过插入插座来与开关器件的相应外接端口电连接，从而方便实现电路元器件的多次插拔试凑，其可复用性更高。

本发明提供的电路板具有良好的介电性能，通过合理布置焊点可以使得该电路板能够进行线-线、线-地较高电压下(例如3000V)的绝缘耐压试验。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的开关器件的电路结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的开关器件缓冲电路的电路结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的开关器件缓冲电路板未安装插座时的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的开关器件缓冲电路板安装插座时的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

现有技术中存在一种逆变焊机IGBT尖峰电压保护装置，该装置的主电路为LLC谐振电路，该装置主要在原理上公开了需要在电源和IGBT逆变电路之间需要并联IGBT阻容板组件，及该组件并入电路的方法。但是，基于该原理的相应单板需要在知道匹配的阻容参数情况下才能做出。目前，传统方法采取的办法是直接在IGBT模块的安装孔上直接并联简易的串并联组合，这种方法存在电路可靠性差、安装不方便的缺点。

此外，由于电路的参数值极大地取决于功率电路的拓扑及布局结构，通过查询相关的工程手册或仿真所确定的参数往往不是特别理想，最终还需通过试验进行确定。而现有的这种在IGBT模块的安装孔上直接并联功率电路的方式显然不利于采用最优的拓扑布局结构以及器件参数。

针对现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种新的开关器件缓冲电路板，该电路板能够使得针对开关器件(例如IGBT模块)的缓冲电路在前期设计过程中能够方便地安装，从而可以对器件参数进行多次试凑从而得到最为合理的参数。

为了更加清楚地阐述本发明所提供的开关器件缓冲电路板的工作原理、结构以及优点，以下以IGBT模块为例来进行进一步地说明。

图1示出了本实施例中开关器件的电路结构示意图。如图1所示，本实施例中所采用的开关器件为内部封装有两个IGBT的IGBT模块，其中，端点1和端点2分别是第一IGBT V1的集电极和发射极，端点1和端点3分别是第二IGBT V2的集电极和发射极，这两个IGBT共用一个集电极(即端点1)。

在无缓冲电路的情况下，IGBT中的开关管在开通时电流会迅速上升，这样电流变化率会很大；而IGBT中的开关管在关断时电压变化率会很大，这样也就出现很高的过电压。

本实施例中，开关器件缓冲电路板中所包含的开关器件缓冲电路的电路结构示意图优选地如图2所示，由于第一IGBT V1和第二IGBT V2所连接的缓冲电路的结构相同，因此图2中仅输出了其中一个缓冲电路的电路结构示意图。

从图2中可以看出，本实施例中，缓冲电路并联在IGBT V的集电极和射极两端，其优选地包括缓冲电容Cs、缓冲电阻Rs和缓冲二极管VDs。缓冲电容Cs的第一端与IGBT的发射极连接，缓冲电阻Rs的第一端与IGBT的集电极连接，缓冲电容Cs的第二端与缓冲电阻Rs的第二端连接。缓冲二极管VDs的第一端(即正极)与IGBT的集电极连接，第二端与缓冲电阻Rs的第二端连接。

在开通过程中，缓冲电容Cs先通过缓冲电阻Rs向IGBT V放电，使通过IGBT的电流先上一个台阶。随后，由于电感Li的存在，IGBT的电流上升速度缓慢，从而抑制了电流变化率；在IGBT关断时，负载电流通过缓冲二极管VDs向缓冲电容Cs分流，这样也就减轻了IGBT的负担，从而抑制了电压变化率以及过电压。吸收电阻Ri和吸收二极管Vdi能够吸收IGBT关断时电感Li所释放的磁场能量，从而为电感Li提供放电回路。

需要指出的是，在本发明的其它实施例中，上述开关器件还可以为其它合理开关器件(例如晶闸管等)，同时，开关器件的缓冲电路也可以采用其它合理形式的电路结构来实现，本发明不限于此。

图3示出了本实施例所提供的开关器件缓冲电路板的结构示意图。

如图3所示，本实施例所提供的开关器件缓冲电路板300优选地包括：多个支撑螺柱、若干导电部以及若干可拆卸地缓冲电路元器件。由于本实施例中开关器件为内部封装有两个IGBT的IGBT模块301，而IGBT模块301的外接端口包含了对应于第一IGBT V1的端点1和端点2以及对应于第二IGBT V2的端点1和端点3，因此IGBT模块301的封装上则会分布有三个安装螺孔(即第一安装螺孔、第二安装螺孔和第三安装螺孔)。

与IGBT模块的封装相对应地，本实施例中，开关器件缓冲电路板包含了三个支撑螺柱，即第一支撑螺柱302a、第二支撑螺柱302b和第三支撑螺柱302c。其中，第一支撑螺柱302a、第二支撑螺柱302b和第三支撑螺柱302c用于与开关器件的第一安装螺孔、第二安装螺孔和第三安装螺孔对应连接，这样开关器件缓冲电路板也就可以可靠地与开关器件固接，同时，开关器件缓冲电路板的第一支撑螺柱、第二支撑螺柱、第三支撑螺柱也就可以通过第一安装螺孔、第二安装螺孔和第三安装螺孔来分别与该IGBT模块的端点1、端点2和端点3电连接。

由于IGBT模块301内部封装有两个IGBT，而这两个IGBT均需要配备相应的缓冲电路，因此，如图3所示，本实施例中，开关器件缓冲电路板优选地包含有两个结构相同的导电部(即第一导电部303和第二导电部304)，其中，第一导电部303用于与对应于第一IGBT V1的缓冲电路的元器件电连接，第二导电部304用于与对应于第二IGBT V2的缓冲电路的元器件电连接。本实施例中，IGBT模块301的三个安装螺孔沿直线排列，这样缓冲电路板所包含地三个支撑螺柱也就对应地沿直行排列，这两个导电部优选地相对分布在上述三个支撑螺柱所形成的直线两侧。

当然，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，缓冲电路板所包含的两个导电部还可以采用其它合理的布局方式(例如分布在三个支撑螺柱所形成的直线的同侧等)，本发明不限于此。

由于第一导电部303和第二导电部304的结构相同，故以下仅以第一导电部303为例来对第一导电部303以及安装在其上的器件的结构进行说明。

本实施例，第一导电部303优选地包括：第一导电区域303a、第二导电区域303b以及第三导电区域303c。其中，第一导电区域303a优选地通过分布在电路板内部的金属走线与第一支撑螺柱电连接，第二导电区域303b优选地通过分布在电路板内部的金属走线与第二支撑螺柱电连接。需要指明的是，对于第二导电部304中的第二导电区域来说，其优选地通过分布在电路板内部的金属走线与第三支撑螺柱电连接。

当然，在本发明的其它实施例中，实现各个导电区域与各个支撑螺柱之间的电连接的方式还可以采用其它合理方式，本发明不限于此。

第三导电区域303c设置在第一导电区域303a与第二导电区域303b之间。本实施例中，对于各个导电区域来说，其均是一个等电位区域，即对于任意一个导电区域来说，导电区域内各位置处的电位相等。具体地，本实施例中，该电路板通过对覆铜处理来使得各个导电区域形成各自的等电位区域。当然，在本发明的其它实施例中，该电路板还可以采用其它合理方式来形成上述等电位区域，本发明不限于此。

如图4所示，本实施例中，该开关器件缓冲电路板还包括两个结构相同的插座，即第一插座305和第二插座306，其中，第一插座305用于与第一导电部303连接，第二插座306用于与第二导电部304连接。

具体地，本实施例中，第一插座305与第一导电部303的连接方式与第二插座306与第二导电部304的连接方式相同，故在此仅以第一插座305为例来作说明。

如图3和图4所示，本实施例中，第一导电部303的各个导电区域分别形成有导电插孔，第一插座305包括多个插针和多个接插部。其中，第一插座305能够通过自身的插针与第一导电部303的各个导电区域所分布的导电插孔电连接，而由于各个接插部与各个插针相对应，因此各个接插部也就可以通过插针来与相应的导电区域电连接，进而通过支撑螺柱来与IGBT模块301的相应外接端口连接。

例如，位于第一导电区域303a上方的接插部能够与第一导电区域303a电连接，进而与第一IGBT V1的端点1电连接；位于第二导电区域303b上方的接插部能够与第二导电区域303b电连接，进而与第一IGBT V1的端点2电连接；位于第三导电区域303c上方的接插部能够与第三导电区域303c电连接。

为了保证导电部与插座直接电连接的可靠性，本实施例中，第一导电部与第一插座之间优选地通过焊接方式连接，即第一插座焊接在第一导电部上。

本实施例中，图2所示的缓冲电路中的各个电路元器件优选地为可拆卸的元器件。具体地，缓冲电路包括第一类元器件和第二类元器件，其中，第一类元器件为与IGBT的端点1电连接的元器件(例如缓冲电阻Rs和缓冲二极管VDs)，第二类元器件为对IGBT的端点2电连接的元器件(例如缓冲电容Cs)。

本实施例中，第一类元器件的一端与通过插入位于第一导电区域上方的第一插座的相应插孔中来与第一导电区域电连接，第二类元器件的第一端通过插入位于第二导电区域上方的第一插座的相应插孔中来与第二导电区域电连接，第一类元器件的第二端和第二类元器件的第二端均通过插入位于第三导电区域电上方的第一插座的相应插孔中来与第三导电区域电连接。

为了方便电路元器件的插拔，本实施例中，上述接插部优选地分布有金属弹簧片，这样电路元器件的管脚也就可以通过插入金属弹簧片来实现元器件的固定以及电连接，同时金属弹簧片也有助于元器件方便地拔出，从而方便电路拓扑结构以及元器件参数的试凑。

由于各个导电区域之间是电隔离的，而各个导电区域自身是等电位的，因此元器件插入相应导电区域内的任一接插部都可以与该导电区域电连接。

在试凑元器件参数的过程中，对于连接在IGBT的集电极和发射机之间的串联电路器件(例如RC串联电路)，缓冲电阻Rs的一个引脚可以直接插在第一导电区域所对应的任一接插部，另一引脚可以插在第三导电区域所对应的任意接插部；缓冲电容Cs的一个引脚可以直接插在第二导电区域所对应的任一接插部，另一引脚可以插在第三导电区域所对应的除已插入电阻引脚的其它任意接插部。这样也就可实现了两个元器件在集电极和发射极之间的串联。

本实施例中，第一插座和第二插座优选地配置为矩形插座。当然，在本发明的其它实施例中，第一插座和/或第二插座还可以根据实际需要配置为其它合理形状，本发明不限于此。

由于第一插座和第二插座均焊接在开关器件缓冲电路板的正面，考虑到插座具有一定长度的焊针延会深到PCB板背面。如果下方还有单板时，这些焊针可能会导致下方电路板短路。因此，本实施例中，支撑螺柱具有一定高度并焊接在PCB板背面，用于垫高整个PCB板并电连接插座和开关器件。

需要指出的是在，在本发明的其它实施例中，根据实际情况，该开关器件缓冲电路板还可以不包含第一插座和第二插座，可拆卸的缓冲电路元器件可以直接插接在相应的导电区域来实现电连接，本发明不限于此。

同时，还需要指出的是，在本发明的其它实施例中，如果开关器件仅包含2个外接端口的话，开关器件缓冲电路板还可以仅包含一个导电部(例如第一导电部或第二导电部)，相应的，该开关器件缓冲电路板也会仅包含一个插座，本发明同样不限于此。

例如，如果IGBT模块中仅封装有一个IGBT的话，那么开关器件缓冲电路板也就可以仅包含第一导电部和第一插座。

从上述描述中可以看出，本发明所提供的开关器件缓冲电路板可以直接可靠地安装在开关器件上，相较于现有的缓冲电路板，该电路板的安装更加方便。同时，对于本发明所提供的开关器件电路板来说，用户并不需要将缓冲电路元器件焊接在电路板上来实现电路联通，而是可以通过插入插座来与开关器件的相应外接端口电连接，从而方便实现电路元器件的多次插拔试凑，其可复用性更高。

本发明提供的电路板具有良好的介电性能，通过合理布置焊点可以使得该电路板能够进行线-线、线-地较高电压下(例如3000V)的绝缘耐压试验。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (9)

1.一种开关器件缓冲电路板，其特征在于，所述电路板包括：

第一支撑螺柱和第二支撑螺柱，所述第一支撑螺柱和第二支撑螺柱用于与开关器件的第一安装螺孔和第二安装螺孔对应电连接，并使得所述电路板与所述开关器件固接；

第一导电部，其包括第一导电区域、第二导电区域和第三导电区域，所述第一导电区域和第二导电区域分别与所述第一支撑螺柱和第二支撑螺柱电连接；

可拆卸的缓冲电路元器件，其包括第一类元器件和第二类元器件，所述第一类元器件的第一端与所述第一导电区域电连接，所述第二类元器件的第一端与所述第二导电区域电连接，所述第一类元器件的第二端和所述第二类元器件的第二端均与所述第三导电区域电连接；

第一插座，其包括多个插针和与所述多个插针相对应的多个接插部，所述第一导电部的各个导电区域分别形成有导电插孔，所述第一插座通过其插针插入所述第一导电部的各个导电插孔中来实现与所述第一导电部的各个导电区域的电连接，所述可拆卸的缓冲电路元器件通过插入所述第一插座的接插部来与所述第一插座中对应的插针电连接。

2.如权利要求1所述的开关器件缓冲电路板，其特征在于，所述第一导电区域和第二导电区域分别通过分布在所述电路板中的金属走线与所述第一支撑螺柱和第二支撑螺柱电连接。

3.如权利要求1所述的开关器件缓冲电路板，其特征在于，所述第一类元器件的第一端通过插入位于所述第一导电区域上方的第一插座的相应接插部中来与所述第一导电区域电连接，所述第二类元器件的第一端通过插入位于所述第二导电区域上方的第一插座的相应接插部中来与所述第二导电区域电连接，所述第一类元器件的第二端和所述第二类元器件的第二端均通过插入位于所述第三导电区域电上方的第一插座的相应接插部中来与所述第三导电区域电连接。

4.如权利要求1所述的开关器件缓冲电路板，其特征在于，所述第一插座焊接在所述电路板上。

5.如权利要求1所述的开关器件缓冲电路板，其特征在于，所述接插部分布有金属弹簧片，所述缓冲电路元器件的相应管脚通过插入所述金属弹簧片实现固定以及电连接。

6.如权利要求1所述的开关器件缓冲电路板，其特征在于，所述第一导电部的各个导电区域分别通过覆铜处理来形成各自的等电位区域。

7.如权利要求1～6中任一项所述的开关器件缓冲电路板，其特征在于，所述电路板还包括：

第三支撑螺柱，其用于与所述开关器件的第三安装螺孔连接；

第二导电部，其结构与所述第一导电部相同，当所述电路板与开关器件固接时，所述第二导电部的第一导电区域和第二导电区域分别与所述第一支撑螺柱和第三支撑螺柱电连接。

8.如权利要求7所述的开关器件缓冲电路板，其特征在于，所述第一支撑螺柱、第二支撑螺柱和第三支撑螺柱沿直线排列，所述第一导电部和第二导电部对称分布在所述第一支撑螺柱、第二支撑螺柱和第三支撑螺柱形成的直线的两侧。

9.如权利要求7所述的开关器件缓冲电路板，其特征在于，所述电路板还包括：

第二插座，其与所述第一插座的结构相同并与所述第二导电部连接。

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