CN110783280A - 一种应用于变频器的集成制动器件 - Google Patents

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吕冬洋
方庆
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Abstract

本发明提供一种应用于变频器的集成制动器件，涉及变频器技术领域，包括：基板，基板上设有：第一陶瓷覆铜板，焊接有至少一快恢复二极管；第二陶瓷覆铜板，第二陶瓷覆铜板上焊接有至少一绝缘栅双极型晶体管以及至少一温度电阻；若干功率端子，分别设置于第一陶瓷覆铜板和第二陶瓷覆铜板上；若干信号端子，分别设置于第一陶瓷覆铜板和第二陶瓷覆铜板上；外壳，盖合于基板上，且外壳上设有各功率端子和各信号端子伸出的孔洞；印刷电路板，放置于外壳的背离基板一侧的一第一凹槽内，且印刷电路板通过各信号端子与第一陶瓷覆铜板和第二陶瓷覆铜板连接。本发明具有更高的集成度，体积小，成本低，且具有更高的可靠性和使用的便捷性。

Description

一种应用于变频器的集成制动器件
技术领域
本发明涉及变频器技术领域，尤其涉及一种应用于变频器的集成制动器件。
背景技术
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。适用于电机驱动被广泛应用于各行各业。
制动单元，全称为“变频器专用型能耗制动单元”，或者是“变频器专用型能量回馈单元”，主要用于控制机械负载比较重的、制动速度要求非常快的场合，将电机所产生的再生电能通过制动电阻消耗掉，用以在制动过程中，保持变频器系统的稳定。
目前市面上小功率变频器均采用内置制动单元，而大功率变频器均采用外挂制动单元，外挂的制动单元外形庞大，且成本高昂。随着电力电子技术的发展，行业对模块的可靠性的要求越来越高，器件集成度越来越高，迫切需要一款集成度更高，更稳定的制动单元模块产品。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种应用于变频器的集成制动器件，具体包括：
基板，所述基板上设有：
第一陶瓷覆铜板，焊接于所述基板上，且所述第一陶瓷覆铜板上焊接有至少一快恢复二极管；
第二陶瓷覆铜板，焊接于所述基板上，所述第二陶瓷覆铜板位于所述第一陶瓷覆铜板的右侧，且所述第二陶瓷覆铜板上焊接有至少一绝缘栅双极型晶体管，以及位于所述绝缘栅双极型晶体管的左侧的至少一温度电阻；
若干功率端子，分别设置于所述第一陶瓷覆铜板和所述第二陶瓷覆铜板上；
若干信号端子，分别设置于所述第一陶瓷覆铜板和所述第二陶瓷覆铜板上；
外壳，盖合于所述基板上，且所述外壳上设有各所述功率端子和各所述信号端子伸出的孔洞；
印刷电路板，放置于所述外壳的背离所述基板一侧的一第一凹槽内，且所述印刷电路板通过各所述信号端子与所述第一陶瓷覆铜板和所述第二陶瓷覆铜板连接。
优选的，还包括一支撑架，设置于所述印刷电路板上且对应于各所述功率端子的伸出位置。
优选的，所述功率端子具体包括：
第一功率端子，设置于所述第一陶瓷覆铜板上并位于所述快恢复二极管的左上方，且所述第一功率端子连接所述快恢复二极管的阴极，以作为所述集成制动器件的输出P端；
第二功率端子，设置于所述第二陶瓷覆铜板上并位于所述绝缘栅双极型晶体管的右上方，且所述第二功率端子连接所述绝缘栅双极型晶体管的发射极，以作为所述集成制动器件的输出N端；
第三功率端子，设置于所述第二陶瓷覆铜板上并位于所述绝缘栅双极型晶体管的右下方，且所述第三功率端子连接所述绝缘栅双极型晶体管的集电极，以及所述快恢复二极管的阳极，以作为所述集成制动器件的输出PB端。
优选的，所述信号端子具体包括：
第一信号端子，设置于所述第一陶瓷覆铜板上且位于所述快恢复二极管的左上方，且所述第一信号端子连接所述快恢复二极管的阴极；
第二信号端子，设置于所述第二陶瓷覆铜板上且位于所述绝缘栅双极型晶体管的右上方，且所述第二信号端子连接所述绝缘栅双极型晶体管的发射极；
第三信号端子，设置于所述第二陶瓷覆铜板上且位于所述第二信号端子的左上方，且所述第三信号端子连接所述绝缘栅双极型晶体管的栅极；
至少两第四信号端子，设置于所述第二陶瓷覆铜板上且位于所述绝缘栅双极型晶体管的左侧，且两所述第四信号端子分别连接所述温度电阻的两端。
优选的，所述印刷电路板上集成有若干电路，所述电路包括：
过温保护电路，设置于所述印刷电路板的中部，且所述过温保护电路的输入端通过所述第四信号端子连接所述温度电阻；
电压检测电路，设置于所述过温保护电路的左上方，且所述电压检测电路的输入端分别通过所述第一信号端子连接所述快恢复二极管的阴极，以及通过所述第二信号端子连接所述绝缘栅双极型晶体管的发射极；
IGBT过流保护电路，设置于所述过温保护电路的右下方，且所述IGBT过流保护电路的输入端连接所述绝缘栅双极型晶体管的集电极；
IGBT驱动电路，设置于所述过温保护电路的右下方，且所述IGBT驱动电路的输入端连接所述过温保护电路的输出端、所述IGBT过流保护电路的输出端以及所述电压检测电路的输出端，所述IGBT驱动电路的输出端连接所述绝缘栅双极型晶体管的栅极，以及所述绝缘栅双极型晶体管的发射极；
DC-DC电路，设置于所述过温保护电路的左侧，且所述DC-DC电路分别连接所述过温保护电路的供电端、所述电压检测电路的供电端、所述IGBT过流保护电路的供电端以及所述IGBT驱动电路的供电端，并连接所述快恢复二极管的阴极以及所述绝缘栅双极型晶体管的发射极。
优选的，所述印刷电路板上还集成有一信号引出端子，所述信号引出端子分别连接所述过温保护电路的输出端，以及所述IGBT过流保护电路的输出端。
优选的，所述快恢复二极管为三个，且各所述快恢复二极管并联连接。
优选的，所述绝缘栅双极型晶体管为三个，且各所述绝缘栅双极型晶体管并联连接。
优选的，所述基板为铜底板，且所述铜底板采用T2紫铜材料，表面电镀可焊镍，并做弧度预弯处理。
优选的，所述外壳采用PBT材料。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明的集成制动器件具有更高的集成度，体积小，成本低，且具有更高的可靠性和使用的便捷性。
附图说明
图1为本发明的较佳的实施例中，一种应用于变频器的集成制动器件的结构示意图；
图2为本发明的较佳的实施例中，集成制动器件中填满环氧树脂的示意图；
图3为本发明的较佳的实施例中，集成制动器件的基板结构示意图；
图4为本发明的较佳的实施例中，集成制动器件的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种应用于变频器的集成制动器件，如图1至图4所示，具体包括：
基板1，基板1上设有：
第一陶瓷覆铜板11，焊接于基板1上，且第一陶瓷覆铜板11上焊接有至少一快恢复二极管D；
第二陶瓷覆铜板12，焊接于基板1上，第二陶瓷覆铜板12位于第一陶瓷覆铜板11的右侧，且第二陶瓷覆铜板12上焊接有至少一绝缘栅双极型晶体管T，以及位于绝缘栅双极型晶体管T的左侧的至少一温度电阻R；
若干功率端子，分别设置于第一陶瓷覆铜板11和第二陶瓷覆铜板12上；
若干信号端子，分别设置于第一陶瓷覆铜板11和第二陶瓷覆铜板12上；
外壳2，盖合于基板1上，且外壳2上设有各功率端子和各信号端子伸出的孔洞；
印刷电路板3，放置于外壳2的背离基板1一侧的一第一凹槽21内，且印刷电路板3通过各信号端子与第一陶瓷覆铜板11和第二陶瓷覆铜板12连接。
具体地，本实施例中，本发明的集成制动器件包括上下两层设置的印刷电路板部分以及功率部分，还包括一外壳2，功率部分和印刷电路板3分别设置于外壳2的两侧，功率部分包括一基板1以及焊接在该基板1上的两块陶瓷覆铜板，并在该两块陶瓷覆铜板上设置有多个信号端子，用于连接功率部分和印刷电路板3。两块陶瓷覆铜板上还设有多个功率端子，由外壳2上的孔洞中伸出，在孔洞的对应位置分别设有一支撑架4，用于在功率端子折弯时支撑功率端子的折弯部分，以便于用户安装使用。本实施例中，孔洞设置第一凹槽21的底部，对应于基板1上的功率端子和信号端子的设置位置，被印刷电路板3遮挡，图中未具体示出。
优选的，上述基板1为铜底板，且采用T2紫铜材料，表面电镀可焊镍，并做弧度预弯处理，且两块陶瓷覆铜板和铜底板之间采用真空焊接技术进行连接；上述功率端子和信号端子采用纯铜材料，表面电镀可焊镍，并在焊点上方设计折弯，以缓冲安装应力；上述外壳2采用PBT材料，并在外壳2内设计有预防端子脱落结构。
本实施例中，集成制动器件的制作过程如下；
首先以一块铜底板为基板，在基板1上焊接两块正面蚀刻电路的陶瓷覆铜板，并在陶瓷覆铜板上通过真空焊接的方式放置至少一个绝缘栅双极型晶体管T和至少一个快恢复二极管D以及至少一个温度电阻R。本实施例中，且快恢复二极管D和第一陶瓷覆铜板11之间采用铝线键合方式连接，以及绝缘栅双极型晶体管T和第二陶瓷覆铜板12之间采用铝线键合方式连接，以使得绝缘栅双极型晶体管T和快恢复二极管D串联连接。
具体绝缘栅双极型晶体管T和和快恢复二极管D的数量根据电流规格不同有所不同，可通过调节放置的绝缘栅双极型晶体管T和快恢复二极管D的数量进行功率调节。本实施例中，第一陶瓷覆铜板11上最多可放置三个快恢复二极管D，第二陶瓷覆铜板12上最多可放置三个绝缘栅双极型晶体管T，在满配状态下，该功率部分的电流最大为300安培。本实施例中，设置多个快恢复二极管D和多个绝缘栅双极型晶体管T时，各快恢复二极管D并联后，再与并联的各绝缘栅双极型晶体管T串联。
优选的，快恢复二极管D的背面和第一陶瓷覆铜板11之间采用真空焊接技术进行连接，绝缘栅双极型晶体管T的背面和第二陶瓷覆铜板12之间采用真空焊接技术进行连接，有效降低集成制动器件的热阻，有效提高集成制动器件的散热能力。进一步地，快恢复二极管D和绝缘栅双极型晶体管T的正面材料为铝，背面材料为银；且其正面和陶瓷覆铜板之间采用纯铝丝进行连接，铝丝连接方式优选为超声波键合方式，采用铝丝键合工艺，有效提高了集成制动器件的生产效率和产品一致性。
优选的，上述陶瓷覆铜板为三层结构，其中上下两层为纯铜材料，中间为三氧化二铝陶瓷，并在上方铜层上非焊接和键合区域涂覆阻焊油墨。
其次，在两块陶瓷覆铜板上焊接多个功率端子和多个信号端子，并在焊接完成后将外壳盖合在基板上，并通过密封胶与基板封装一体。
最后，将印刷电路板3放置在外壳2的第一凹槽21内，印刷电路板3上设计DC-DC电路35、过温保护电路31、IGBT驱动电路34、电压检测电路32、IGBT过流保护电路33，将过温保护电路31和IGBT过流保护电路33的输出端通过信号引出端子36引出，并通过将信号引出端子36连接外部主机，使得外部主机能够实时接收相应的过温报警信息以及过流报警信息。在上述印刷电路板3安装后，在印刷电路板3的孔洞的相应位置放置支撑架4，随后将环氧树脂填充进外壳凹槽内，直至填满，并在高温固化后将功率端子折弯，以便于用户安装。
优选的，在外壳2安装后，采用硅胶进行内部填充，以达到足够的耐压；在印刷电路板3和支撑架4安装后，采用环氧树脂进行内部填充，以达到足够的耐压和散热效果。
本发明的较佳的实施例中，还包括一支撑架4，设置于印刷电路板3上且对应于各功率端子的伸出位置。
本发明的较佳的实施例中，功率端子具体包括：
第一功率端子51，设置于第一陶瓷覆铜板11上并位于快恢复二极管D的左上方，且第一功率端子51连接快恢复二极管D的阴极，以作为集成制动器件的输出P端；
第二功率端子52，设置于第二陶瓷覆铜板12上并位于绝缘栅双极型晶体管T的右上方，且第二功率端子52连接绝缘栅双极型晶体管T的发射极，以作为集成制动器件的输出N端；
第三功率端子53，设置于第二陶瓷覆铜板12上并位于绝缘栅双极型晶体管T的右下方，且第三功率端子53连接绝缘栅双极型晶体管T的集电极，以及快恢复二极管D的阳极，以作为集成制动器件的输出PB端。
本发明的较佳的实施例中，信号端子具体包括：
第一信号端子61，设置于第一陶瓷覆铜板11上且位于快恢复二极管D的左上方，且第一信号端子61连接快恢复二极管D的阴极；
第二信号端子62，设置于第二陶瓷覆铜板12上且位于绝缘栅双极型晶体管T的右上方，且第二信号端子62连接绝缘栅双极型晶体管T的发射极；
第三信号端子63，设置于第二陶瓷覆铜板12上且位于第二信号端子62的左上方，且第三信号端子63连接绝缘栅双极型晶体管T的栅极；
至少两第四信号端子64，设置于第二陶瓷覆铜板12上且位于绝缘栅双极型晶体管T的左侧，且两第四信号端子64分别连接温度电阻R的两端。
本发明的较佳的实施例中，印刷电路板3上集成有若干电路，电路包括：
过温保护电路31，设置于印刷电路板3的中部，且过温保护电路31的输入端通过第四信号端子64连接温度电阻R；
电压检测电路32，设置于过温保护电路31的左上方，且电压检测电路32的输入端分别通过第一信号端子61连接快恢复二极管D的阴极，以及通过第二信号端子62连接绝缘栅双极型晶体管T的发射极；
IGBT过流保护电路33，设置于过温保护电路31的右下方，且IGBT过流保护电路33的输入端连接绝缘栅双极型晶体管T的集电极；
IGBT驱动电路34，设置于过温保护电路31的右下方，且IGBT驱动电路34的输入端分别连接过温保护电路31的输出端、IGBT过流保护电路33的输出端以及电压检测电路32的输出端，IGBT驱动电路34的输出端分别连接绝缘栅双极型晶体管T的栅极，以及绝缘栅双极型晶体管T的发射极；
DC-DC电路35，设置于过温保护电路31的左侧，且DC-DC电路35分别连接过温保护电路31的供电端、电压检测电路32的供电端、IGBT过流保护电路33的供电端以及IGBT驱动电路34的供电端，并连接快恢复二极管D的阴极以及绝缘栅双极型晶体管T的发射极。
具体地，本实施例中，电压检测电路32优选通过检测输出P端和输出N端之间的电阻分压，并设置相应的比较器判断输出P端和输出N端之间是否过压，并在过压时将过压结果通过电压检测电路32的输出端输送至IGBT驱动电路34的输入端，以通过IGBT驱动电路34关断绝缘栅双极型晶体管T；
温度电阻R设置在绝缘栅双极型晶体管T的左侧，用于检测绝缘栅双极型晶体管T的工作温度，过温保护电路31的输入端连接温度电阻R，并在温度电阻R检测得到的工作温度大于预设的预制温度时，将过温结果通过过温保护电路31的输出端输送至IGBT驱动电路34的输入端，以通过IGBT驱动电路34关断绝缘栅双极型晶体管T，同时通过过温保护电路31的输出端连接的信号引出端子36向外部主机发送过温报警信号；
IGBT过流保护电路33优选检测输出PB端与输出N端之间的压降，随着流经绝缘栅双极型晶体管T的电流的增大，绝缘栅双极型晶体管T的导通压降也逐渐增大，即输出PB端和输出N端之间的压降逐渐增大，当该压降增大至一压降阈值时，将过流结果通过IGBT过流保护电路33的输出端输送至IGBT驱动电路34的输入端，以通过IGBT驱动电路34关断绝缘栅双极型晶体管T，同时通过IGBT过流保护电路33的输出端连接的信号引出端子36向外部主机发送过流报警信号。
本发明的较佳的实施例中，印刷电路板3上还集成有一信号引出端子36，信号引出端子36分别连接过温保护电路31的输出端，以及IGBT过流保护电路33的输出端。
本发明的较佳的实施例中，快恢复二极管D为三个，且各快恢复二极管D并联连接。
本发明的较佳的实施例中，绝缘栅双极型晶体管T1为三个，且各绝缘栅双极型晶体管T1并联连接。
本发明的较佳的实施例中，基板1为铜底板，且铜底板采用T2紫铜材料，表面电镀可焊镍，并做弧度预弯处理。
本发明的较佳的实施例中，外壳2采用PBT材料。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于变频器的集成制动器件，其特征在于，具体包括：
基板，所述基板上设有：
第一陶瓷覆铜板，焊接于所述基板上，且所述第一陶瓷覆铜板上焊接有至少一快恢复二极管；
第二陶瓷覆铜板，焊接于所述基板上，所述第二陶瓷覆铜板位于所述第一陶瓷覆铜板的右侧，且所述第二陶瓷覆铜板上焊接有至少一绝缘栅双极型晶体管，以及位于所述绝缘栅双极型晶体管的左侧的至少一温度电阻；
若干功率端子，分别设置于所述第一陶瓷覆铜板和所述第二陶瓷覆铜板上；
若干信号端子，分别设置于所述第一陶瓷覆铜板和所述第二陶瓷覆铜板上；外壳，盖合于所述基板上，且所述外壳上设有各所述功率端子和各所述信号端子伸出的孔洞；印刷电路板，放置于所述外壳的背离所述基板一侧的一第一凹槽内，且所述印刷电路板通过各所述信号端子与所述第一陶瓷覆铜板和所述第二陶瓷覆铜板连接。
2.根据权利要求1所述的应用于变频器的集成制动器件，其特征在于，还包括一支撑架，设置于所述印刷电路板上且对应于各所述功率端子的伸出位置。
3.根据权利要求1所述的应用于变频器的集成制动器件，其特征在于，所述功率端子具体包括：
第一功率端子，设置于所述第一陶瓷覆铜板上并位于所述快恢复二极管的左上方，且所述第一功率端子连接所述快恢复二极管的阴极，以作为所述集成制动器件的输出P端；
第二功率端子，设置于所述第二陶瓷覆铜板上并位于所述绝缘栅双极型晶体管的右上方，且所述第二功率端子连接所述绝缘栅双极型晶体管的发射极，以作为所述集成制动器件的输出N端；
第三功率端子，设置于所述第二陶瓷覆铜板上并位于所述绝缘栅双极型晶体管的右下方，且所述第三功率端子连接所述绝缘栅双极型晶体管的集电极，以及所述快恢复二极管的阳极，以作为所述集成制动器件的输出PB端。
4.根据权利要求1所述的应用于变频器的集成制动器件，其特征在于，所述信号端子具体包括：
第一信号端子，设置于所述第一陶瓷覆铜板上且位于所述快恢复二极管的左上方，且所述第一信号端子连接所述快恢复二极管的阴极；
第二信号端子，设置于所述第二陶瓷覆铜板上且位于所述绝缘栅双极型晶体管的右上方，且所述第二信号端子连接所述绝缘栅双极型晶体管的发射极；
第三信号端子，设置于所述第二陶瓷覆铜板上且位于所述第二信号端子的左上方，且所述第三信号端子连接所述绝缘栅双极型晶体管的栅极；
至少两第四信号端子，设置于所述第二陶瓷覆铜板上且位于所述绝缘栅双极型晶体管的左侧，且两所述第四信号端子分别连接所述温度电阻的两端。
5.根据权利要求4所述的应用于变频器的集成制动器件，其特征在于，所述印刷电路板上集成有若干电路，所述电路包括：
过温保护电路，设置于所述印刷电路板的中部，且所述过温保护电路的输入端通过所述第四信号端子连接所述温度电阻；
电压检测电路，设置于所述过温保护电路的左上方，且所述电压检测电路的输入端分别通过所述第一信号端子连接所述快恢复二极管的阴极，以及通过所述第二信号端子连接所述绝缘栅双极型晶体管的发射极；
IGBT过流保护电路，设置于所述过温保护电路的右下方，且所述IGBT过流保护电路的输入端连接所述绝缘栅双极型晶体管的集电极；
IGBT驱动电路，设置于所述过温保护电路的右下方，且所述IGBT驱动电路的输入端分别连接所述过温保护电路的输出端、所述IGBT过流保护电路的输出端以及所述电压检测电路的输出端，所述IGBT驱动电路的输出端分别连接所述绝缘栅双极型晶体管的栅极，以及所述绝缘栅双极型晶体管的发射极；
DC-DC电路，设置于所述过温保护电路的左侧，且所述DC-DC电路分别连接所述过温保护电路的供电端、所述电压检测电路的供电端、所述IGBT过流保护电路的供电端以及所述IGBT驱动电路的供电端，并连接所述快恢复二极管的阴极以及所述绝缘栅双极型晶体管的发射极。
6.根据权利要求5所述的应用于变频器的集成制动器件，其特征在于，所述印刷电路板上还集成有一信号引出端子，所述信号引出端子分别连接所述过温保护电路的输出端，以及所述IGBT过流保护电路的输出端。
7.根据权利要求1所述的应用于变频器的集成制动器件，其特征在于，所述快恢复二极管为三个，且各所述快恢复二极管并联连接。
8.根据权利要求1所述的应用于变频器的集成制动器件，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管为三个，且各所述绝缘栅双极型晶体管并联连接。
9.根据权利要求1所述的应用于变频器的集成制动器件，其特征在于，所述基板为铜底板，且所述铜底板采用T2紫铜材料，表面电镀可焊镍，并做弧度预弯处理。
10.根据权利要求1所述的应用于变频器的集成制动器件，其特征在于，所述外壳采用PBT材料。
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CN114698165A (zh) * 2020-12-25 2022-07-01 杭州泰昕微电子有限公司 一种应用于电磁节能灶的功率半导体集成器件
CN114754493A (zh) * 2020-12-25 2022-07-15 杭州泰昕微电子有限公司 一种即热型水处理器的感应加热集成机芯

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