CN115513163A - 功率模块正负母排的优化结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率模块正负母排的优化结构，本优化结构包括连接功率模块的覆铜陶瓷基板并从塑壳内延伸出来的正母排和负母排，正母排和负母排分别沿着覆铜陶瓷基板的水平方向向外延伸，形成第一水平面、向覆铜陶瓷基板上方折弯延伸，形成垂直面、再向覆铜陶瓷基板内侧方向水平折弯延伸，形成第二水平面；正母排和负母排的第一水平面和垂直面间隔叠层布置，正母排和负母排的第二水平面形成与支撑电容的正负母排连接的螺栓连接部。本优化结构克服传统控制器驱动主回路杂散电感较高的缺陷，减少由杂散电感引起的浪涌电压，避免功率模块被击穿的危险，确保功率模块的开关特性，提高电机驱动控制的可靠性。

Description

功率模块正负母排的优化结构
技术领域
本发明涉及功率器件技术领域，尤其涉及一种功率模块正负母排的优化结构。
背景技术
在三相交流电机驱动系统中，其控制器通常采用高频载波对功率模块进行高速开闭管驱动,而与功率模块驱动主回路的杂散电感大小成比例的浪涌电压会加载到功率模块上，如图1所示，浪涌电压V1计算如式(1)：
Figure BDA0003869787110000011
其中，
Figure BDA0003869787110000012
则
Figure BDA0003869787110000013
式中：L为杂散电感，φ为磁通量，I为电流，B为磁感应强度，a为主回路连接端子母排长度，w为主回路连接端子母排宽度，h为叠层正负母排的间距，μ0为真空磁导率。
可见，最大程度减小杂散电感可降低浪涌电压V1，当浪涌电压V1过大时有可能导致功率模块被击穿损坏，因此，如何降低功率模块中的杂散电感是一个重要的研究课题。
如图2和图3所示，通常控制器驱动主回路由功率模块和支撑电容构成，其中功率模块与支撑电容之间通过母排采用螺栓连接在一起，功率模块1的正母排11和负母排12与支撑电容2的正母排21和负母排22通过螺栓3及外部嵌件连接在一起，功率模块1的正母排11和负母排12连接功率模块1的覆铜陶瓷基板13，覆铜陶瓷基板13上设有功率芯片16，覆铜陶瓷基板13设于散热器15上，塑壳14包裹正母排11和负母排12，功率模块1的正母排11和负母排12穿出塑壳14。但是，该结构中，由于功率模块1的正母排11和负母排12与支撑电容2的正母排21和负母排22连接的螺栓区域L1为螺栓3的连接部分,正负母排11、12无法采用叠层方式,因此螺栓区域L1的杂散电感较大；同时，位于螺栓区域L1两侧的区域L2、L3是考虑装配空间及正负母排的绝缘距离，该区域同样无法采用叠层的方式降低电感，因此区域L2、L3的杂散电感也较大。功率模块与支撑电容之间母排采用螺栓连接在一起，电流由电容的母排流向功率模块的母排，其中连接处的电流环路可以看成是与大地形成的电流环路，此时电流流经的环路面积S较大，也就是式2中的S较大，根据式2可知，导致杂散电感L较大。因此，在功率模块与支撑电容的母排连接部位，由于存在螺栓区域L1以及两侧的区域L2、L3的杂散电感，严重影响功率模块的开关特性，降低电机驱动控制的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种功率模块正负母排的优化结构，本优化结构克服传统控制器驱动主回路杂散电感较高的缺陷，减少由杂散电感引起的浪涌电压，避免功率模块被击穿的危险，确保功率模块的开关特性，提高电机驱动控制的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明功率模块正负母排的优化结构包括连接功率模块的覆铜陶瓷基板并从塑壳内延伸出来的正母排和负母排，所述正母排和负母排分别沿着所述覆铜陶瓷基板的水平方向向外延伸，形成第一水平面、向所述覆铜陶瓷基板上方折弯延伸，形成垂直面、再向所述覆铜陶瓷基板内侧方向水平折弯延伸，形成第二水平面；所述正母排和负母排的第一水平面和垂直面间隔叠层布置，所述正母排和负母排的第二水平面形成与支撑电容的正负母排连接的螺栓连接部。
进一步，所述正母排和负母排的第一水平面和垂直面间隔叠层布置的间距小于2mm。
进一步，所述正母排第一水平面的宽度与负母排第一水平面的宽度差值小于等于2mm；所述正母排垂直面的宽度与负母排垂直面的宽度差值小于等于2mm；所述正母排和负母排的第二水平面位于塑壳上方。
进一步，所述正母排和负母排的第二水平面的底面分别设有连接支撑电容正负母排的螺母。
进一步，所述覆铜陶瓷基板分别设有正极覆铜纹路和负极覆铜纹路，所述正母排和负母排分别连接正极覆铜纹路和负极覆铜纹路，所述正极覆铜纹路位于所述覆铜陶瓷基板的两侧或中部，所述负极覆铜纹路位于所述覆铜陶瓷基板的中部或两侧。
进一步，所述正母排和负母排的第一水平面上对称设有开孔，或所述开孔向第一水平面外沿端面设有槽口，塑壳通过开孔或槽口固定于所述覆铜陶瓷基板底部的散热器。
进一步，所述功率模块是单相或三相功率模块。
进一步，所述的三相功率模块设有三组逆变回路，所述的单相功率模块设有一组逆变回路。
由于本发明功率模块正负母排的优化结构采用了上述技术方案，即本优化结构包括连接功率模块的覆铜陶瓷基板并从塑壳内延伸出来的正母排和负母排，正母排和负母排分别沿着覆铜陶瓷基板的水平方向向外延伸，形成第一水平面、向覆铜陶瓷基板上方折弯延伸，形成垂直面、再向覆铜陶瓷基板内侧方向水平折弯延伸，形成第二水平面；正母排和负母排的第一水平面和垂直面间隔叠层布置，正母排和负母排的第二水平面形成与支撑电容的正负母排连接的螺栓连接部。本优化结构克服传统控制器驱动主回路杂散电感较高的缺陷，减少由杂散电感引起的浪涌电压，避免功率模块被击穿的危险，确保功率模块的开关特性，提高电机驱动控制的可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为浪涌电压计算的原理示意图；
图2为功率模块与支撑电容布置示意图；
图3为功率模块与支撑电容母排连接示意图；
图4为本发明功率模块正负母排的优化结构示意图；
图5为图4中单相功率模块的正母排和负母排布置示意图；
图6为本优化结构中正母排的形状示意图；
图7为本优化结构中负母排的形状示意图；
图8为本优化结构中正负母排在第一水平面上对称设有开孔示意图；
图9为图8中开孔设有槽口示意图；
图10为本优化结构中正母排和负母排布置的平面示意图；
图11为本优化结构中功率模块正母排与支撑电容正母排连接示意图；
图12为本优化结构中正负母排位置互换示意图。
具体实施方式
实施例如图4和图5所示，本发明功率模块正负母排的优化结构包括连接功率模块1的覆铜陶瓷基板13并从塑壳14内延伸出来的正母排11和负母排12，所述正母排11和负母排12分别沿着所述覆铜陶瓷基板13的水平方向向外延伸，形成第一水平面A1、A2、向所述覆铜陶瓷基板13上方折弯延伸，形成垂直面B1、B2、再向所述覆铜陶瓷基板13内侧方向水平折弯延伸，形成第二水平面C1、C2；所述正母排11和负母排12的第一水平面A1、A2和垂直面B1、B2间隔叠层布置，所述正母排11和负母排12的第二水平面C1、C2形成与支撑电容2的正负母排21、22连接的螺栓连接部。
优选的，所述正母排11和负母排12的第一水平面A1、A2和垂直面B1、B2间隔叠层布置的间距小于2mm。间距控制在确保正母排与负母排绝缘性能的前提下越小越好，以尽量减小电流流经环路面积。
如图6和图7所示，优选的，所述正母排11第一水平面A1的宽度W1与负母排12第一水平面A2的宽度W2差值小于等于2mm；所述正母排11垂直面B1的宽度W3与负母排12垂直面B2的宽度W4差值小于等于2mm；所述正母排11和负母排12的第二水平面C1、C2位于塑壳14上方。正母排和负母排的第一水平面和垂直面的宽度理论上应相等，加工误差需小于等于2mm，以确保叠层区域。
优选的，所述正母排11和负母排12的第二水平面C1、C2的底面分别设有连接支撑电容2正负母排21、22的螺母41、42。螺母与螺栓配合用于连接紧固功率模块正负母排与支撑电容正负母排。
优选的，所述覆铜陶瓷基板13分别设有正极覆铜纹路和负极覆铜纹路，所述正母排11和负母排12分别连接正极覆铜纹路和负极覆铜纹路，所述正极覆铜纹路位于所述覆铜陶瓷基板13的两侧或中部，所述负极覆铜纹路位于所述覆铜陶瓷基板13的中部或两侧。
如图8和图9所示，优选的，所述正母排11和负母排12的第一水平面A1、A2上对称设有开孔D1、D2，或所述开孔D1、D2向第一水平面A1、A2外沿端面设有槽口E1、E2，塑壳14通过开孔D1、D2或槽口E1、E2固定于所述覆铜陶瓷基板13底部的散热器15。
优选的，所述功率模块1是单相或三相功率模块。
优选的，所述的三相功率模块设有三组逆变回路，所述的单相功率模块设有一组逆变回路。
如图10所示，本优化结构中功率模块的正母排11和负母排12通过第一水平面A1、A2、垂直面B1、B2和第二水平面C1、C2构成U形形状，且正母排11和负母排12间隔叠层布置，使得功率模块正母排在各个位置的电流I1、I2、I3与功率模块负母排在对应位置的电流I1’、I2’、I3’方向相反，此时正母排11和负母排12的电流流经环路面积最小；由式2可知。S越小，则杂散电感L越小，从而克服控制器驱动主回路杂散电感较高的缺陷，减少由杂散电感引起的浪涌电压。
如图11所示，当支撑电容2的正母排21沿安装平面延伸至螺栓3及螺母41的安装位置时，功率模块正母排11的电流I4、I5方向与支撑电容2正母排21的电流I4’、I5’方向相反，同样，功率模块负母排的电流方向与支撑电容负母排的电流方向在重叠区域相反，功率模块的正负母排与支撑电容的正负母排在螺栓、螺母位置连接紧固。
本优化结构中功率模块的正母排和负母排的叠层位置可任意布置，图5示出了正母排11位于负母排12内侧，图12示出了正母排11位于负母排12外侧，同样起到降低杂散电感的作用。
本优化结构减少由杂散电感引起的浪涌电压，避免功率模块被击穿的危险，确保功率模块的开关特性，提高电机驱动控制的可靠性。

Claims (8)

1.一种功率模块正负母排的优化结构，包括连接功率模块的覆铜陶瓷基板并从塑壳内延伸出来的正母排和负母排，其特征在于：所述正母排和负母排分别沿着所述覆铜陶瓷基板的水平方向向外延伸，形成第一水平面、向所述覆铜陶瓷基板上方折弯延伸，形成垂直面、再向所述覆铜陶瓷基板内侧方向水平折弯延伸，形成第二水平面；所述正母排和负母排的第一水平面和垂直面间隔叠层布置，所述正母排和负母排的第二水平面形成与支撑电容的正负母排连接的螺栓连接部。
2.根据权利要求1所述的功率模块正负母排的优化结构，其特征在于：所述正母排和负母排的第一水平面和垂直面间隔叠层布置的间距小于2mm。
3.根据权利要求1或2所述的中功率模块正负母排的优化结构，其特征在于：所述正母排第一水平面的宽度与负母排第一水平面的宽度差值小于等于2mm；所述正母排垂直面的宽度与负母排垂直面的宽度差值小于等于2mm；所述正母排和负母排的第二水平面位于塑壳上方。
4.根据权利要求3所述的功率模块正负母排的优化结构，其特征在于：所述正母排和负母排的第二水平面的底面分别设有连接支撑电容正负母排的螺母。
5.根据权利要求1所述的功率模块正负母排的优化结构，其特征在于：所述覆铜陶瓷基板分别设有正极覆铜纹路和负极覆铜纹路，所述正母排和负母排分别连接正极覆铜纹路和负极覆铜纹路，所述正极覆铜纹路位于所述覆铜陶瓷基板的两侧或中部，所述负极覆铜纹路位于所述覆铜陶瓷基板的中部或两侧。
6.根据权利要求3所述的功率模块正负母排的优化结构，其特征在于：所述正母排和负母排的第一水平面上对称设有开孔，或所述开孔向第一水平面外沿端面设有槽口，塑壳通过开孔或槽口固定于所述覆铜陶瓷基板底部的散热器。
7.根据权利要求1所述的功率模块正负母排的优化结构，其特征在于：所述功率模块是单相或三相功率模块。
8.根据权利要求7所述的功率模块正负母排的优化结构，其特征在于：所述的三相功率模块设有三组逆变回路，所述的单相功率模块设有一组逆变回路。
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