CN116614005A - 一种全桥电路的布局结构 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种全桥电路的布局结构，包括PCB板主体，PCB板主体上设置有直流输入座、多个功率器件和多个连接线柱，功率器件两两电连接形成全桥臂，连接线柱连接全桥臂的正输入端和直流输入座的正极；连接线柱还连接全桥臂的负输入端和直流输入座的负极；连接线柱包括水平支柱和垂直支柱；连接直流输入座的正极的多个水平支柱以及连接直流输入座的负极的多个水平支柱在垂直面上均呈叠层分布，且相邻的两个水平支柱之间存在间隔。本申请中全桥电路的功率器件和直流输入侧之间的线路通过多个连接线柱进行连接，并且连接线柱中设置有位于PCB主板外的水平支柱；全桥线路和PCB主板之间存在分离情况，降低了全桥线路对PCB主板的热量影响。
Description
技术领域
本申请涉及电路结构布局的技术领域，尤其是涉及一种全桥电路的布局结构。
背景技术
随着新能源技术的发展，光伏储能系统以及移动式储能系统得到了快速发展。这些储能系统的核心部分是逆变模块，并且随着储能系统处理的功率提高，对逆变模块的稳定性要求也越来越大，同时还要尽可能减低逆变模块产生的温度。
目前，现有的一些大功率逆变模块在利用全桥电路进行逆变过程中，为了每一个桥臂上功率器件都会承受的较大的功率，同时还会由功率器件产生较多的热量。除此之外，针对电路板上的全桥线路而言，工作过程承受的电流值也比较大，电流不仅会在电路板的铜箔上产生热量，同时也会传递由全桥电路中功率器件中引脚传递出来的热量。较高的热量不仅会影响到电路板的安全性，还会影响到电路板上其他元器件的工作性能。
发明内容
为了降低全桥电路在工作时电路板上会有较多热量的情况，本申请提供一种全桥电路的布局结构。
本申请提供的一种全桥电路的布局结构，采用如下的技术方案。
一种全桥电路的布局结构，包括PCB板主体，所述PCB板主体上设置有直流输入座、多个功率器件和多个连接线柱，所述功率器件两两电连接形成全桥臂，所述连接线柱连接所述全桥臂的正输入端和所述直流输入座的正极，所述连接线柱还连接所述全桥臂的负输入端和所述直流输入座的负极；所述连接线柱包括水平支柱和固定在所述水平支柱两端的垂直支柱，同一个所述连接线柱中的两个所述垂直支柱对应连接所述全桥臂的正输入端和所述直流输入座的正极，或者是对应连接所述全桥臂的负输入端和所述直流输入座的负极，所述水平支柱位于所述PCB主板外；连接所述直流输入座的正极的多个所述水平支柱以及连接所述直流输入座的负极的多个所述水平支柱在垂直面上均呈叠层分布，且相邻的两个水平支柱之间存在间隔。
通过采用上述技术方案，在PCB主板上设置全桥电路时，直流输入侧和全桥电路中的全桥臂之间采用连接线柱的方式进行电连接，并且连接线柱中设置有和PCB板分离的水平支柱。通过水平支柱的设置，将全桥臂和直流输入侧之间的线路，设置在PCB主板外的空间内。在全桥线路中流过大电流时，由全桥臂和直流输入侧之间的线路产生的热量大部分在空气中进行散发，而只有少部分热量会经过垂直支柱传递到PCB主板上，从而大幅度降低了PCB主板上的温度。
并且利用和PCB主板分离的水平支柱，能够降低原先全桥臂和直流输入侧之间的铜箔线路所需要占据的PCB主板的宽度，节省了PCB主板的空间。
可选的，连接所述直流输入座的正极的多个所述水平支柱在垂直面中沿由低到高的顺序对应的所述连接线柱，和水平面中所述全桥臂的正输入端与所述直流输入座的正极之间的距离沿从近到远的顺序对应的所述全桥臂的正输入端连接；连接所述直流输入座的负极的多个所述水平支柱在垂直面中沿由低到高的顺序对应的所述连接线柱，和水平面中所述全桥臂的负输入端与所述直流输入座的负极之间的距离沿从近到远的顺序对应的所述全桥臂的负输入端连接。
通过采用上述技术方案，将全桥臂的正负输入端和对应的直流输入座的正负极之间的距离，沿着由近到远的顺序，和水平支柱在垂直面上的由低到高的顺序对应，确保了连接线柱在安装过程中不会出现因为位置交叉而无法安装的问题。
可选的，所述垂直支柱和所述直流输入座的正极的连接点以及所述垂直支柱和所述全桥臂的正输入端的连接点均处于同一直线上；所述垂直支柱和所述直流输入座的负极的连接点以及所述垂直支柱和所述全桥臂的负输入端的连接点也均处于同一直线上。
通过采用上述技术方案，将连接线柱和直流输入座的正极的连接点以及和全桥臂的正输入端的连接点设置成位于同一直线上，同时也将连接线柱和直流输入座的负极的连接点以及和全桥臂的负输入端的连接点设置成位于同一直线上，最大程度上减少了连接线柱在水平面上的分布，减少了PCB板的空间占用情况。
可选的，所述PCB主板上还设置有多个中线输出座，所述全桥臂中的两个所述功率器件之间的连接节点对应连接一个所述中线输出座，所述中线输出座用于连接外部的LLC变压器，所述中线输出座在水平面上的高度呈阶梯型递增。
通过采用上述技术方案，利用呈阶梯型递增的中线输出座来连接外部的LLC变压器，可以使得LLC变压器的输入线也呈阶梯型分布，减少了LLC变压器的输入线在水平面上的占用空间情况。
可选的，所述直流输入座、所述连接线柱和所述中线输出座均分布在所述PCB主板的正面，所述功率器件分布在所述PCB主板的背面，且所述功率器件以插件式进行安装固定。
通过采用上述技术方案，将功率器件和直流输入座、连接线柱以及中线输出座设置在PCB主板的两个不同表面上，以此来保证功率器件表面以外的空间不会受到直流输入座、连接线柱以及中线输出座的影响，方便对功率器件进行集中散热。
可选的，所述功率器件和所述PCB主板之间设置有隔离座，所述隔离座用于隔绝热量传递。
通过采用上述技术方案，利用隔离座来分隔功率器件和PCB主板，减少功率器件向PCB主板传递的热量。
可选的，所述直流输入座和连接所述直流输入座的垂直支柱之间、所述全桥臂和连接所述全桥臂的垂直支柱之间、所述全桥臂和所述中线输出座之间以及一个所述全桥臂中两个功率器件之间均设置有铜箔线，且铜箔线上设置有多个散热孔。
通过采用上述技术方案，在铜箔线上设置多个散热孔，增加铜箔的散热情况，降低铜箔在大电流情况下容易出现温度过高而出现异常的情况。
可选的，所述水平支柱和所述垂直支柱均为由铜质材料制成圆柱状结构。
通过采用上述技术方案，利用铜质材料，可提高导电效果。将水平支柱和垂直支柱均设置成圆柱状结构，方便制作。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.将线路结构从PCB主板上分离至PCB主板外部，在全桥线路中流过大电流时，由全桥臂和直流输入侧之间的线路产生的热量大部分在空气中进行散发，而只有少部分热量会经过垂直支柱传递到PCB主板上，从而大幅度降低了PCB主板上的温度。
2.能够降低原先全桥臂和直流输入侧之间的铜箔线路所需要占据的PCB主板的宽度，节省了PCB主板的空间。
3.能够对功率器件进行集中散热，并且隔离了功率器件和PCB主板之间的热量传递，保证了PCB主板不会受到功率器件的过多的温度影响。
附图说明
图1是本申请实施例一种全桥电路的布局结构的整体结构图。
图2是本申请实施例一种全桥电路的布局结构的背面结构图。
图3是本申请实施例一种全桥电路的布局结构中四个中线输出座的阶梯分布结构图。
图4是本申请实施例一种全桥电路的布局结构中连接线柱的分布结构图。
附图标记说明：1、PCB主板；11、直流输入座；12、功率器件；13、连接线柱；131、水平支柱；132、垂直支柱；14、中线输出座；15、隔离座。
具体实施方式
以下结合附图1-附图4对本申请作进一步详细说明。
目前，随着新能源技术的发展，各种储能系统功率也在逐步提高。储能系统中，起到关键作用的就是逆变模块。逆变模块无论是使用全桥电路，还是使用半桥电路，均离不开功率器件的作用。功率器件在工作时，本身就会产生较大的热量；除此之外，在全桥电路或者是半桥电路中，全桥线路承受的电流值也比较大，电流不仅会在电路板的铜箔上产生热量，同时也会传递由全桥电路中功率器件中引脚传递出来的热量。
除此之外，为了降低全桥电路中桥臂上的功率器件承受的功率大小，通常会在桥臂上并联相同数量的功率器件，以此来降低每一个功率器件的承受功率，保证全桥电路的稳定性，但是同时增加了功率器件和全桥线路之间的接触途径，增加了电路板的发热情况。
本申请实施例公开一种全桥电路的布局结构。参照图1和图2，全桥电路的布局结构包括PCB主板1、直流输入座11、功率器件12、连接线柱13、中线输出座14和隔离座15。PCB主板1是全桥电路的承载主体，直流输入座11、功率器件12、连接线柱13、中线输出座14和隔离座15均设置在PCB主板1上。直流输入座11、连接线柱13、功率器件12和中线输出座14构成全桥电路，由直流输入座11输入直流电，经过连接线柱13将电流传输到由功率器件12组成的全桥臂中，再由和全桥臂中间连接的中线输出座14对电流进行输出。本申请实施例中，中线输出座14和外部的LLC变压器的输入线连接，从而实现全桥逆变。
具体的，PCB主板1上设置的功率器件12有八个，并且八个功率器件12中两两组合形成四个全桥臂。再将四个全桥臂分为两组，将每组中的两个全桥臂，通过连接线柱13和直流输入座11连接。全桥臂中的两个功率器件12之间的连接节点对应连接一个中线输出座14，中线输出座14作为引出端子，可以和外部的LLC变压器连接。在中线连接座和外部LLC变压器连接之后，即可形成两个并联的全桥电路。参照图3，中线输出座14在PCB主板1上具有不同的高低，且四个中线输出座14的高度在水平面上的呈阶梯型递增。
在本实施例中，直流输入座11、连接线柱13和中线输出座14均分布在PCB主板1的正面，而功率器件12则是分布在PCB主板1的背面。PCB主板1的正面中还安装有其他元器件，例如电感器、电容器等，而PCB主板1的背面则较为平整。功率器件12以插件式在PCB主板1的背面安装固定，利用较为平整的背面，可为功率器件12提供散热方式。例如安装散热器，或者是直接和具有导热和散热的外壳接触。
为了减少功率器件12产生的热量传递到PCB主板1上，在功率器件12和PCB主板1之间设置有隔离座15。隔离座15固定在PCB主板1的背面上，并且功率器件12固定在隔离座15上。隔离座15采用隔热效果较好的塑料材质制成，以减少热量的传递。
对于全桥臂而言，全桥臂的两端分别通过连接线柱13和直流输入座11连接。即全桥臂的正输入端通过连接线柱13和直流输入座11的正极连接，全桥臂的负输入端也通过连接线柱13和直流输入座11的负极连接。连接线柱13为焊接固定在PCB主板1上的铜柱，相比于在PCB主板1上铜箔，铜柱和PCB主板1的接触面积能够大幅度减少。功率器件12产生的热量，由原先的铜箔传递更改为铜柱传递，减少了热量在PCB主板1上的传递过程。
参照图4，本实施例中，连接线柱13包括水平主柱和垂直支柱132，水平支柱131和垂直支柱132均为圆柱状结构。垂直支柱132设置有两个，且水平支柱131的两端分别固定一个垂直支柱132。
由水平支柱131连接的两个垂直支柱132，来对应连接全桥臂的正输入端和直流输入座11的正极，或者是对应连接全桥臂的正输入端和直流输入座11的正极。而水平支柱131在固定垂直支柱132上之后，水平支柱131保持在PCB主板1的外部，并且由垂直支柱132来保持水平支柱131和PCB主板1之间的距离。
在本实施例中，连接直流输入座11的正极的多个连接线柱13对应的垂直支柱132的高度并不相同，以使得连接直流输入座11的正极的多个连接线柱13对应的水平支柱131在垂直面上呈高低不同层次分布。并且在垂直面上处于叠层分布的两个相邻的水平支柱131之间，还存在有间隔，以满足安全的爬电距离。
同样的，对于连接直流输入座11的负极的多个连接线柱13对应的垂直支柱132的高度也并不相同，并且相邻的两个水平支柱131之间同样存在满足安全爬电距离的间隔，同样使得连接直流输入座11的负极的多个连接线柱13对应的水平支柱131在垂直面上呈高低不同层次分布。
为了避免连接线柱13在水平面中占据太多的空间，连接线柱13均采用竖排分布。具体的，在连接直流输入座11的正极和全桥臂的正输入端的连接线柱13中，垂直支柱132和直流输入座11的正极的连接点，以及垂直支柱132和全桥臂的正输入端的连接点均处于同一直线上。而连接直流输入座11的负极和全桥臂的负输入端的连接线柱13中，垂直支柱132和直流输入座11的负极的连接点，以及垂直支柱132和全桥臂的负输入端的连接点也均处于同一直线上。在整个PCB主板1的安装环境中，连接线柱13在水平面方向上占据的范围，就只是连接线柱13在水平面中的投影面积大小，很大程度上降低了空间占用率。
在本实施例中，在直流输入座11和连接直流输入座11的垂直支柱132之间、全桥臂和连接全桥臂的垂直支柱132之间、全桥臂和中线输出座14之间以及一个全桥臂中两个功率之间均设置有铜箔线，利用铜箔线来实现直流输入座11的正负极和垂直支柱132之间的电连接、全桥臂和垂直支柱132之间的电连接以及同一全桥臂中两个功率器件12之间的电连接。
因此，对于垂直支柱132和直流输入座11的正极的连接点，即为垂直支柱132和直流输入座11的正极所在的铜箔线之间的连接点；对于垂直支柱132和全桥臂的正输入端的连接点，即为垂直支柱132和全桥臂的正输入端所在的铜箔线之间的连接点；对于垂直支柱132和直流输入座11的负极的连接点，即为垂直支柱132和直流输入座11的负极所在的铜箔线之间的连接点；对于垂直支柱132和全桥臂的负输入端的连接点，即为垂直支柱132和全桥臂的负输入端所在的铜箔线之间的连接点。
并且在本实施例中，铜箔线上设置有多个散热孔。利用开设的散热孔来增加铜箔线所在位置的热量散失，提高线路散热效果。
为了更好地实现多个连接线柱13在PCB主板1上具有更小的空间布局，在本实施例中，连接直流输入座11的正极的多个水平支柱131在垂直面中沿由低到高的顺序对应的连接线柱13，和水平面中全桥臂的正输入端与直流输入座11的正极之间的距离沿从近到远的顺序对应的全桥臂的正输入端连接。
连接直流输入座11的负极的多个水平支柱131在垂直面中沿由低到高的顺序对应的连接线柱13，和水平面中全桥臂的负输入端与直流输入座11的负极之间的距离沿从近到远的顺序对应的全桥臂的负输入端连接。
例如：在PCB主板1上高度最低的连接线柱13，同时连接距离最近的全桥臂的正输入端和直流输入座11的正极，以及同时连接距离最近的全桥臂的负输入端和直流输入座11的负极。而在PCB主板1上高度最高的连接线柱13，同时连接距离最远的全桥臂的正输入端和直流输入座11的正极，以及同时连接距离最远的全桥臂的负输入端和直流输入座11的负极。
本申请实施例的实施原理为：直流输入侧和全桥电路中的全桥臂之间采用连接线柱13的方式进行电连接，并且连接线柱13中设置有和PCB板分离的水平支柱131。通过水平支柱131的设置，将全桥臂和直流输入侧之间的线路，设置在PCB主板1外的空间内。在全桥线路中流过大电流时，由全桥臂和直流输入侧之间的线路产生的热量大部分在空气中进行散发，而只有少部分热量会经过垂直支柱132传递到PCB主板1上，从而大幅度降低了PCB主板1上的温度。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种全桥电路的布局结构，其特征在于：包括PCB板主体，所述PCB板主体上设置有直流输入座(11)、多个功率器件(12)和多个连接线柱(13)，所述功率器件(12)两两电连接形成全桥臂，所述连接线柱(13)连接所述全桥臂的正输入端和所述直流输入座(11)的正极，所述连接线柱(13)还连接所述全桥臂的负输入端和所述直流输入座(11)的负极；所述连接线柱(13)包括水平支柱(131)和固定在所述水平支柱(131)两端的垂直支柱(132)，所述连接线柱(13)中的两个所述垂直支柱(132)对应连接所述全桥臂的正输入端和所述直流输入座(11)的正极，或者是对应连接所述全桥臂的负输入端和所述直流输入座(11)的负极，所述水平支柱(131)位于所述PCB主板(1)外；连接所述直流输入座(11)的正极的多个所述水平支柱(131)以及连接所述直流输入座(11)的负极的多个所述水平支柱(131)在垂直面上均呈叠层分布，且相邻的两个水平支柱(131)之间存在间隔。
2.根据权利要求1所述的全桥电路的布局结构，其特征在于：连接所述直流输入座(11)的正极的多个所述水平支柱(131)在垂直面中沿由低到高的顺序对应的所述连接线柱(13)，和水平面中所述全桥臂的正输入端与所述直流输入座(11)的正极之间的距离沿从近到远的顺序对应的所述全桥臂的正输入端连接；连接所述直流输入座(11)的负极的多个所述水平支柱(131)在垂直面中沿由低到高的顺序对应的所述连接线柱(13)，和水平面中所述全桥臂的负输入端与所述直流输入座(11)的负极之间的距离沿从近到远的顺序对应的所述全桥臂的负输入端连接。
3.根据权利要求1所述的全桥电路的布局结构，其特征在于：所述垂直支柱(132)和所述直流输入座(11)的正极的连接点以及所述垂直支柱(132)和所述全桥臂的正输入端的连接点均处于同一直线上；所述垂直支柱(132)和所述直流输入座(11)的负极的连接点以及所述垂直支柱(132)和所述全桥臂的负输入端的连接点也均处于同一直线上。
4.根据权利要求1所述的全桥电路的布局结构，其特征在于：所述PCB主板(1)上还设置有多个中线输出座(14)，所述全桥臂中的两个所述功率器件(12)之间的连接节点对应连接一个所述中线输出座(14)，所述中线输出座(14)用于连接外部的LLC变压器，所述中线输出座(14)在水平面上的高度呈阶梯型递增。
5.根据权利要求4所述的全桥电路的布局结构，其特征在于：所述直流输入座(11)、所述连接线柱(13)和所述中线输出座(14)均分布在所述PCB主板(1)的正面，所述功率器件(12)分布在所述PCB主板(1)的背面，且所述功率器件(12)以插件式进行安装固定。
6.根据权利要求5所述的全桥电路的布局结构，其特征在于：所述功率器件(12)和所述PCB主板(1)之间设置有隔离座(15)，所述隔离座(15)用于隔绝热量传递。
7.根据权利要求1所述的全桥电路的布局结构，其特征在于：所述直流输入座(11)和连接所述直流输入座(11)的垂直支柱(132)之间、所述全桥臂和连接所述全桥臂的垂直支柱(132)之间、所述全桥臂和所述中线输出座(14)之间以及一个所述全桥臂中两个功率器件(12)之间均设置有铜箔线，且铜箔线上设置有多个散热孔。
8.根据权利要求1所述的全桥电路的布局结构，其特征在于：所述水平支柱(131)和所述垂直支柱(132)均为由铜质材料制成圆柱状结构。
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