CN110549865A - 电动汽车、电动汽车dcdc变换器及用于其上的mosfet功率开关组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车、电动汽车DCDC变换器以及用于其上的MOSFET功率开关组件；所述MOSFET功率开关组件包括PCB铝基板（4）、铜螺柱（1）、若干个MOSFET场效应管（2）和连接器；若干个MOSFET场效应管（2）通过PCB铝基板（4）上的印刷电路联在一起形成MOS管单元，并通过铜螺柱（1）与主板的主回路相连接。本发明的新型结构的MOSFET功率开关组件具有简单紧凑、安装方便、散热好、工作效率高、抗干扰能力强的特点，可以解决现有技术下电动汽车DCDC变换器存在的技术缺陷，提升电动汽车DCDC变换器的性能；采用了新型结构MOSFET功率开关组件的DCDC变换器的电动汽车，安全性和稳定性有明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种用于电动汽车DCDC变换器上的MOSFET功率开关组件、采用了MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器，以及具有采用了MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器的电动汽车。
背景技术
在电动汽车DCDC变换器系统应用中，传统的电动汽车DCDC变换器的变流器件有两种：1、使用IGBT模块作变流，但IGBT模块成本高，难以广泛推广；2、选用MOSFET场效应管。传统的MOSFET管的安装方式：把MOSFET管用卡扣或螺钉固定在铝制散热器上面，中间垫一层薄的贝格斯导热片来绝缘，这样做有以下几项缺点：
1）对贝格斯导热片的材料和加工工艺要求高；材料的绝缘强度要在电压3000VDC下，材料在安装过程中还不能出现破损和杂物，MOSFET管的散热面有电流通过的，破损后会短路而损坏MOSFET管。
2）在DCDC变换过程中，电路内部的电流强度大；多个MOSFET管并串联时，传统的PCB上的铜箔过电流的能力不够，发热量大，而烧毁铜箔。
3）在传统的DCDC变换器上，电流变换回路与控制回路得不到有效的隔离，变换过程中产生的高频偕波会对控制回路产生干扰。
现有技术中，公开号为CN108039340A的中国发明专利提供了一种电机控制器的MOSFET电路结构，包括控制PCB板和驱动PCB 板，控制PCB板利用至少三个排针悬设在驱动PCB板上方，驱动PCB板下表面倒装有至少二排功率管，每排功率管的散热面安装在导热块的侧面上，导热块的底部安装在散热底板上，散热问题有所改善，但隔离、稳定性、抗干扰能力等不足。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于电动汽车DCDC变换器上的MOSFET功率开关组件、采用了MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器，以及具有采用了MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器的电动汽车。本发明的新型结构的MOSFET功率开关组件具有简单紧凑、安装方便、散热好、工作效率高、抗干扰能力强的特点，可以解决现有技术下电动汽车DCDC变换器存在的技术缺陷，提升电动汽车DCDC变换器的性能。具有采用了MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器的电动汽车，安全性和稳定性有明显提高。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明提供了一种MOSFET功率开关组件，用于电动汽车DCDC变换器上；所述MOSFET功率开关组件包括PCB铝基板、铜螺柱、若干个MOSFET场效应管和连接器；若干个MOSFET场效应管通过PCB铝基板上的印刷电路联在一起形成MOS管单元，并通过铜螺柱与主板的主回路相连接。
优选的是，所述连接器包括插针、排母、贴片排针。
在上述任一技术方案中优选的是，所述贴片排针焊接于PCB铝基板上；外部驱动信号端通过贴片排针和PCB铝基板的印刷电路控制MOSFET场效应管的运行。
在上述任一技术方案中优选的是，所述外部驱动信号端包括PWM控制与驱动电路，外部驱动信号端输出PWM信号并通过贴片排针和PCB铝基板的印刷电路传输至MOSFET场效应管。
在上述任一技术方案中优选的是，所述铜螺柱焊接于PCB铝基板上；外部高压电流端通过铜螺柱和PCB铝基板的印刷电路控制MOSFET场效应管的运行，变换后的高压电流通过铜螺柱和PCB铝基板的印刷电路传递出去，变换电流回路与外部驱动信号端隔离。
在上述任一技术方案中优选的是，所述MOSFET场效应管焊接于PCB铝基板上。
在上述任一技术方案中优选的是，所述MOSFET场效应管采用TO-263封装标准和TO-220封装外形封装。
在上述任一技术方案中优选的是，所述MOSFET场效应管的两侧分别焊接铜螺柱。
在上述任一技术方案中优选的是，所述MOSFET场效应管通过一个或多个贴片排针和外部的驱动电路相连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述插针焊接于主板上。
在上述任一技术方案中优选的是，所述PCB铝基板上的贴片排针通过排母与主板相连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述主板的MOSFET驱动电路通过插针与PCB铝基板相连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述MOSFET场效应管的控制电路通过插针与主板的控制电路相连接，MOSFET场效应管的高压侧通过铜螺柱与主板的变换电路相连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述主板上还焊接有主板铜螺柱。
在上述任一技术方案中优选的是，所述主板铜螺柱与铜螺柱的外形结构均为：外径10mm，横截面积50²mm，厚度5mm，过电压能力达到100安倍以上，且外表采用滚花设计结构。
在上述任一技术方案中优选的是，所述铜螺柱的内部开有M4的螺纹孔。
在上述任一技术方案中优选的是，所述主板铜螺柱与铜螺柱通过螺丝对接锁紧。
在上述任一技术方案中优选的是，所述MOSFET功率开关组件还包括贴片式电流传感器，所述贴片式电流传感器焊接于PCB铝基板上或主板上。
在上述任一技术方案中优选的是，所述MOSFET功率开关组件还包括贴片式温度传感器，所述贴片式温度传感器焊接于PCB铝基板上或主板上。
本发明还提供了一种电动汽车DCDC变换器，所述电动汽车DCDC变换器包括如上所述的MOSFET功率开关组件。
在上述任一技术方案中优选的是，所述MOSFET功率开关组件内置于电动汽车DCDC变换器。
本发明还提供了一种电动汽车，所述电动汽车包括如上所述的具有MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器。
与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益效果：
本发明的用于电动汽车DCDC变换器上的MOSFET功率开关组件，是在传统的的PCB板的一面布满了铝材，MOSFET场效应管的控制电路通过插针与主板的控制电路相连，MOSFET场效应管的高压侧通过铜螺柱与主板的变换电路相连，铜螺柱焊接在PCB铝基板上。这种新型结构的MOSFET功率开关组件，结构简单，安装方便，缩短了驱动电路与MOSFET场效应管的连线长度，保证了系统的一致性；变换电流回路与主板作到了隔离，搞干扰能力强；MOSFET场效应管散热面直接与铝基板相连，散热能力提高，稳定性得到了提高，提高了DCDC系统的工作效率；与铝基板相连的主板上面也有铜螺柱，与铝基板上的铜螺杆进行对接，并且铜螺柱外表做了滚花设计，增加了焊接面积，提高了铜柱的扭力，防止在打螺丝时脱落。
本发明的采用了MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器，由于包括了上述新型结构的MOSFET功率开关组件，使得电动汽车DCDC变换器的产品性能得到提升，工作效率提高。
本发明的具有采用了MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器的电动汽车，由于采用了上述新型结构的MOSFET功率开关组件及具有该MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器，电动汽车系统的安全性和稳定性得到明显提升，事故发生率大大降低，保护了用户生命安全。
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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为按照本发明的MOSFET功率开关组件的优选实施例的主视图；
图2为按照本发明的MOSFET功率开关组件的图1所示实施例的俯视图；
图3为按照本发明的MOSFET功率开关组件的图1所示实施例的侧视图；
图4为按照本发明的MOSFET功率开关组件的图1所示实施例的立体图；
图5为按照本发明的MOSFET功率开关组件的优选实施例的一种运行方式的原理图；
图6为按照本发明的MOSFET功率开关组件的优选实施例的又一种运行方式的原理图；
图7为按照本发明的MOSFET功率开关组件的优选实施例运行方式的隔离电路图；
图8为按照本发明的MOSFET功率开关组件的工作原理示意图。
附图标记：
1、铜螺柱；2、MOSFET场效应管；3、贴片排针，4、PCB铝基板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了克服传统MOSFET管的安装方式带来的技术缺陷，解决现有技术下电动汽车DCDC变换器存在的技术缺陷，以及为了提高电动汽车系统安全性和稳定性，本发明实施例提出一种新型结构的MOSFET功率开关组件、采用了该新型结构MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器，以及具有采用了该新型结构MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器的电动汽车。
如图1所示，本实施例的MOSFET功率开关组件，包括PCB铝基板4、铜螺柱1、若干个MOSFET场效应管2和连接器；若干个MOSFET场效应管2通过PCB铝基板4上的印刷电路联在一起形成MOS管单元，并通过铜螺柱1与主板的主回路相连接。本实施例中采用的连接器包括但不限于插针、排母、贴片排针3。
以下结合图1至4，具体说明本实施例的MOSFET功率开关组件的结构。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，贴片排针3焊接于PCB铝基板4上；外部驱动信号端通过贴片排针3和PCB铝基板4的印刷电路控制MOSFET场效应管2的运行。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，外部驱动信号端包括PWM控制与驱动电路，外部驱动信号端输出PWM信号并通过贴片排针3和PCB铝基板4的印刷电路传输至MOSFET场效应管2。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，铜螺柱1焊接于PCB铝基板4上；外部高压电流端通过铜螺柱1和PCB铝基板4的印刷电路控制MOSFET场效应管2的运行，变换后的高压电流通过铜螺柱1和PCB铝基板4的印刷电路传递出去，变换电流回路与外部驱动信号端隔离。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，MOSFET场效应管2焊接于PCB铝基板4上。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，MOSFET场效应管2采用TO-263封装标准和TO-220封装外形封装。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，MOSFET场效应管2的两侧分别焊接铜螺柱1。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，MOSFET场效应管2通过一个或多个贴片排针3和外部的驱动电路相连接。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，插针焊接于主板上。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，PCB铝基板4上的贴片排针3通过排母与主板相连接。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，主板的MOSFET驱动电路通过插针与PCB铝基板4相连接。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，MOSFET场效应管2的控制电路通过插针与主板的控制电路相连接，MOSFET场效应管2的高压侧通过铜螺柱1与主板的变换电路相连接。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，主板上还焊接有主板铜螺柱。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，主板铜螺柱与铜螺柱1的外形结构均为：外径10mm，横截面积50²mm，厚度5mm，过电压能力达到100安倍以上，且外表采用滚花设计结构。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，铜螺柱1的内部开有M4的螺纹孔。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，主板铜螺柱与铜螺柱1通过螺丝对接锁紧。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，MOSFET功率开关组件还包括贴片式电流传感器，所述贴片式电流传感器焊接于PCB铝基板4上或主板上。
本实施例所述的MOSFET功率开关组件，MOSFET功率开关组件还包括贴片式温度传感器，所述贴片式温度传感器焊接于PCB铝基板4上或主板上。
本实施例中，可以增加贴片式电流传感器，也可以增加贴片式温度传感器，贴片式电流传感器和/或贴片式温度传感器可以焊接在主板上，也可以焊接在PCB铝基板上，一般多是焊接于PCB铝基板上，焊接于MOSFET场效应管2的的周围，便于对传感器进行质量检测。
本实施例的用于电动汽车DCDC变换器上MOSFET功率开关组件，包括PCB铝基板和安装在PCB铝基板上的若干个MOSFET场效应管，多个MOSFET场效应管通过PCB铝基板上的印刷电路相连。在PCB铝基板上焊接有贴片排针，外部驱动信号(PWM信号)通过排针和PCB铝基板的印刷电路，来控制MOSFET场效应管的运行（MOSFET场效应管的开关）。在PCB铝基板上焊接有贴片铜螺柱，外部高压电流通过铜排螺柱和PCB铝基板上的印刷电路传递给MOSFET场效应管，MOSFET场效应管运行（开/关），变换后的高压电流再通过另外的铜螺柱和PCB铝基板的印刷电路传递出去。在本实施例中：MOSFET场效应管焊接在PCB铝基板上；MOSFET场效应管为TO-263和TO-220封装方式；MOSFET场效应管的两侧分别焊接铜螺柱，铜螺柱外径为10mm，内部开有M4的螺纹孔，横截面积有50²mm，过电压能力达到100安倍以上，铜螺柱外表做了滚花设计，增加了焊接面积，提高了铜螺柱的扭力，防止在打螺丝时脱落；MOSFET场效应管通过一个或多个贴片排针来的和外部的驱动电路相连。
以下结合图5至8对本实施例的MOSFET功率开关组件结构及工作原理进行说明。
如图1至4和8，具有新型结构的电动汽车DCDC变换器上的MOSFET功率开关组件，包括PCB铝基板和焊接在PCB铝基板上的若干个MOSFET场效应管，多个MOSFET场效应管通过PCB铝基板上的印刷电路联在一起，形成MOS管单元。通过旁边的铜螺柱与主板的主回路相连。主板的MOSFET驱动电路通过插针与PCB铝基板上相连。外部驱动信号（PWM）通过排针和PCB铝基板上的印刷电路给MOSFET场效应管发出指令，让其运行(开/关)。MOSFET场效应管运行的方式可以是：
步骤一，如图5所示的回路1，外部信号（PWM）通过排针和铝基板的印刷电路，控制MOSFET场效应管闭合（MOS管导通，相当于一根导线），这时输入的直流电压流过电感L；二极管D1作用是防止电容C对地放电，同时起到续流作用；由于输入的电压是直流电，因此电感上的电流以一定的比率线性的增加，这个比率跟电感因素有关，随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。
步骤二，如图6所示的回路2，外部信号（PWM）通过排针和铝基板的印刷电路，控制MOSFET场效应管断开时候，由于电感的电流不能突变，也就是说流经电感L的电流不会马上变为零，而是缓慢的由充电完毕时的值变为零，这需要一个过程，而原来的电路回路已经断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容C2充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了，升压过程中，电容要足够大，这样在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流，这两个步骤不断重复，在输出两端就得到高于输入电压的电压。
如图7所示，高压电流再通过PCB铝基板印刷电路和铜螺柱传递到外部。变换回路与外部的驱动信号电路进行隔离。
本实施例的核心技术点在于，新型的DCDC变换器上的MOSFET功率开关组件，包括PCB铝基板、导电铜螺柱、MOSFET场效应管，插针等，MOSFET场效应管的控制电路通过插针与主板的控制电路相连，MOSFET场效应管的高压侧通过铜螺柱与主板的变换电路相连；MOSFET场效应管为TO263、T0220等封装结构；铜螺柱为直径10mm，内部螺纹为M4，厚度为5mm；铜螺柱焊接在PCB铝基板上；可以增加贴片式电流传感器，可以增加贴片式温度传感器。
本实施例的新型结构的MOSFET功率开关组件具有以下优点：
采用了PCB铝基板，在传统的的PCB板的一面布满了铝材；组件结构简单，安装方便，缩短了驱动电路与MOSFET场效应管的连线长度，保证了系统的一致性；变换电流回路与主板作到了隔离，搞干扰能力强；MOSFET场效应管散热面直接与PCB铝基板相连，散热能力提高，稳定性得到了提高，提高了电动汽车DCDC系统的工作效率；与PCB铝基板相连的主板上面也有铜螺柱，主板铜螺柱与PCB铝基板上的铜螺杆进行对接，PCB铝基板上的铜螺杆和主板铜螺柱的外表做了滚花设计，增加了焊接面积，提高了铜柱的扭力，防止在打螺丝时脱落。
根据本实施例，进一步地，可以提供一种内置有本实施例所述新型结构MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器。采用了MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器，由于包括了本实施例所述新型结构的MOSFET功率开关组件，使得电动汽车DCDC变换器的产品性能得到提升，工作效率提高。
根据本实施例，进一步地，还可以提供一种具有应用了该新型结构MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器的电动汽车。具有采用了MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器的电动汽车，由于采用了本实施例所述新型结构的MOSFET功率开关组件及具有该MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器，电动汽车系统的安全性和稳定性得到明显提升，事故发生率大大降低，保护了用户生命安全。
以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定；以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围；在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种MOSFET功率开关组件，用于电动汽车DCDC变换器上，其特征在于，所述MOSFET功率开关组件包括PCB铝基板（4）、铜螺柱（1）、若干个MOSFET场效应管（2）和连接器；若干个MOSFET场效应管（2）通过PCB铝基板（4）上的印刷电路联在一起形成MOS管单元，并通过铜螺柱（1）与主板的主回路相连接。
2.如权利要求1所述的MOSFET功率开关组件，其特征在于，所述连接器包括插针、排母、贴片排针（3）。
3.如权利要求2所述的MOSFET功率开关组件，其特征在于，所述贴片排针（3）焊接于PCB铝基板（4）上；外部驱动信号端通过贴片排针（3）和PCB铝基板（4）的印刷电路控制MOSFET场效应管（2）的运行。
4.如权利要求3所述的MOSFET功率开关组件，其特征在于，所述外部驱动信号端包括PWM控制与驱动电路，外部驱动信号端输出PWM信号并通过贴片排针（3）和PCB铝基板（4）的印刷电路传输至MOSFET场效应管（2）。
5.如权利要求1所述的MOSFET功率开关组件，其特征在于，所述铜螺柱（1）焊接于PCB铝基板（4）上；外部高压电流端通过铜螺柱（1）和PCB铝基板（4）的印刷电路控制MOSFET场效应管（2）的运行，变换后的高压电流通过铜螺柱（1）和PCB铝基板（4）的印刷电路传递出去，变换电流回路与外部驱动信号端隔离。
6.如权利要求1所述的MOSFET功率开关组件，其特征在于，所述MOSFET场效应管（2）焊接于PCB铝基板（4）上。
7.如权利要求6所述的MOSFET功率开关组件，其特征在于，所述MOSFET场效应管（2）采用TO-263封装标准和TO-220封装外形封装。
8.如权利要求7所述的MOSFET功率开关组件，其特征在于，所述MOSFET场效应管（2）的两侧分别焊接铜螺柱（1）。
9.一种电动汽车DCDC变换器，其特征在于，它包括如权利要求1至8中任一项所述的MOSFET功率开关组件。
10.一种电动汽车，其特征在于，它包括如权利要求9所述的具有MOSFET功率开关组件的电动汽车DCDC变换器。
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