CN202713122U - 基于低电感母线的伺服驱动器的功率回路单元 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于低电感母线的伺服驱动器的功率回路单元，包括模块化组合非固体钽电容、功率管、吸收电容、驱动连接板、叠层功率传输母线和散热壳体，所述模块化组合非固体钽电容和功率管均位于散热壳体上，所述功率管的数量为六个，该六个功率管平均分为两组排列在散热壳体的两侧，同一侧的功率管为同一组，同一组中的功率管的方向相同，不同组中功率管的方向相反，功率管的开口方向与散热壳体的中心线平行，功率管的上方设置叠层功率传输母线，叠层功率传输母线的上方设置驱动连接板，该驱动连接板通过螺钉与功率管相连接，吸收电容位于驱动连接板上并与叠层功率传输母线相连接。本实用新型体积小、结构紧凑、电磁兼容性能优、散热好。
Description
技术领域
本实用新型属于电动伺服机构伺服驱动技术领域，具体地说是一种基于低电感母线的伺服驱动器的功率回路单元。
背景技术
伺服驱动器是电动伺服机构的核心部件，与通用电机驱动器不同的是，适用于伺服机构的应用场合要求其体积小、结构紧凑，并且对伺服驱动器的系统性能、可靠性以及电磁兼容性提出了很高的要求。伺服驱动器的功率回路设计对系统产生的电磁干扰影响最大，设计出合理的、符合系统性能要求和可靠性要求的功率回路是伺服驱动器的关键技术之一，关于电动伺服机构伺服驱动器的电磁兼容性的一体化的结构布置方面，国内外尚无相关专利的报道。
实用新型内容
本实用新型所解决的技术问题在于提供一种基于低电感母线的伺服驱动器的功率回路单元。
实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种基于低电感母线的伺服驱动器的功率回路单元，包括模块化组合非固体钽电容、功率管、吸收电容、驱动连接板、叠层功率传输母线和散热壳体，所述模块化组合非固体钽电容和功率管均位于散热壳体上，所述功率管的数量为六个，该六个功率管平均分为两组排列在散热壳体的两侧，同一侧的功率管为同一组，同一组中的功率管的方向相同，不同组中功率管的方向相反，功率管的开口方向与散热壳体的中心线平行，功率管的上方设置叠层功率传输母线，叠层功率传输母线的上方设置驱动连接板，该驱动连接板通过螺钉与功率管相连接，吸收电容位于驱动连接板上并与叠层功率传输母线相连接。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点为：本实用新型是针对电动伺服机构的特点提出一种符合空间限制和功率密度要求，并能很好地满足电磁兼容性要求的优化结构布置方案，设计中应用了功率器件的一体化结构布置技术和低电感叠层功率母线技术，具有功率等级高、体积小、结构紧凑、电磁兼容性能优、散热好的特点，可应用于电动伺服机构电机驱动器可靠性要求高的场合。
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
附图说明
图1是本实用新型的功率回路原理图。
图2是本实用新型的功率回路五合一体化结构安装示意图。
图3是本实用新型的功率管结构安装示意图。
图4是本实用新型的低电感叠层母线示意图。
图5是本实用新型的功率MOSFET外形图。
具体实施方式
结合附图，本实用新型的一种基于低电感母线的伺服驱动器的功率回路单元，包括模块化组合非固体钽电容1、功率管2、吸收电容3、驱动连接板4、叠层功率传输母线和散热壳体，所述模块化组合非固体钽电容1和功率管2均位于散热壳体上，所述功率管2的数量为六个，该六个功率管平均分为两组排列在散热壳体的两侧，同一侧的功率管2为同一组，同一组中的功率管的方向相同，不同组中功率管的方向相反，功率管的开口方向与散热壳体的中心线平行，功率管的上方设置叠层功率传输母线，叠层功率传输母线的上方设置驱动连接板4，该驱动连接板通过螺钉与功率管2相连接，吸收电容3位于驱动连接板4上并与叠层功率传输母线相连接。
所述叠层功率传输母线包括正母线5、负母线6、第一交流母线7、第二交流母线8和第三交流母线9，其中第一交流母线7、第二交流母线8和第三交流母线9相互平行并通过螺钉与功率管2相连接，正母线5和负母线6与模块化组合非固体钽电容1相连接；
模块化组合非固体钽电容1正极连接端子通过正母线5分别与第一组功率管漏极D连接端、吸收电容3的一端相连接，模块化组合非固体钽电容1负极连接端子通过负母线6分别与第二组功率管源极S连接端、吸收电容3的另一端相连接，第一组功率管源极S连接端分别通过第一交流母线7、第二交流母线8、第三交流母线9与第二组功率管漏极D连接端连接。
驱动连接板4位于模块化组合非固体钽电容1的一侧，该驱动连接板与散热壳体之间设置功率管2，驱动连接板4与所有功率管2的G、S端通过螺钉连接。
下面对本实用新型做进一步详细的描述。
本实用新型功率回路主要包括滤波储能电容、功率管、吸收电容、叠层功率传输母线、驱动连接板和散热壳体，原理图见附图1所示。
本实用新型的一种基于低电感母线技术的伺服驱动器，其功率回路主要包括滤波储能电容、功率管、吸收电容、低电感叠层母线、驱动连接板和散热壳体，滤波储能电容正极通过叠层正母线分别与功率管源极D端、吸收电容的一端相连接，滤波储能电容负极通过叠层负母线分别与功率管源极S端、吸收电容的一端相连接，三相逆变输出通过叠层交流母线连接端子引出，所有功率器件直接安装在散热壳体。驱动信号通过驱动连接板连接，吸收电容固定在驱动连接板上。
在满足电磁兼容性设计的前提下利用功率器件五合一空间优化布置技术，把滤波电容、功率管、吸收电容形成一个整体，叠层功率传输母线用于在各功率器件之间传输能量，驱动连接板用于实现功率管电气驱动信号的有效连接，通过这些技术将功率器件形成一个整体，可以直接安装在壳体上进行散热，做到模块化设计，具有很大的实用性和新颖性，其结构示意图见附图2和附图3所示。
实施例中逆变电路采用三相六桥臂拓扑结构，滤波储能电容为模块化组合非固体钽电容1，其正极连接端子通过正母线5分别与第一组功率管漏极D连接端、吸收电容3的一端相连接，模块化组合非固体钽电容1负极连接端子通过负母线6分别与第二组功率管源极S连接端、吸收电容3的另一端相连接，第一组功率管源极S连接端分别通过第一交流母线7、第二交流母线8、第三交流母线9与第二组功率管漏极D连接端连接。驱动连接板4与所有功率管2的G、S端通过螺钉连接，实现电气信号的可靠连接。功率管连接端子见附图5所示。
本实施例中伺服驱动器输出功率较大，而且安装空间、重量等方面受到严格的限制，功率EMI滤波器无法应用，同时伺服驱动器存在控制电路，对功率管开关过程中产生的电磁干扰比较敏感，因此在设计中，必须同时对其进行电磁兼容性设计。新型低电感母线设计是伺服驱动器电磁兼容设计的关键，在功率回路中，开关过程中引起的浪涌电压与成正比，能量与成正比，其中L为母线寄生电感，i为工作电流，从式中可得出，在同等工作电流的条件下，要降低浪涌电压的影响，必须降低母线电感。母线电感主要由以下部分组成：滤波储能电容自身寄生电感、功率传输母线寄生电感、吸收电容走线寄生电感，下面对如何降低母线电感进行详细的介绍：
1）滤波储能电容设计
本实施例中，特殊的高可靠性应用场合及严格的结构限制只能选用非固体钽电容进行滤波，为了满足功率需求，非固体钽电容单体远不能满足要求，必须进行串并联提高电容的耐压和容量，为降低组合后电容的寄生电感，直接选用厂家封装好的组合非固体钽电容进行设计，大大减少滤波电容电感带来的影响。
2）功率传输母线设计
功率传输母线设计是低电感母线技术设计的关键，功率传输母线把滤波电容、功率管、吸收电容形成一个整体，直接安装在散热表面，安装示意图见附图3所示。对功率传输母线进行设计必须先对功率器件进行优化布置才能使母线性能达到最优，设计时采用附2所示布置，六个功率管平均分为两组排列在散热壳体的两侧，同一侧的功率管2为同一组，同一组中的功率管的方向相同，不同组中功率管的方向相反，功率管的开口方向与散热壳体的中心线平行，功率管的上方设置叠层功率传输母线。这种结构布置有利于提高叠层母线的性能，而且可以对功率模块产生的空间交变磁场起到很好的屏蔽作用，降低对控制电路的影响。
结合功率器件的优化布置功率传输母线采用七层式叠层模块化设计，由正母线5、负母线6、交流母线7、交流母线8、交流母线9及四层电气绝缘板组成，其结构见附图4，交流母线的引入大大简化了电机A、B、C三相线的安装，并减少了电磁辐射。这种功率传输母线模块化设计具有电气安全、电磁辐射小、集成度高的特点。
3）吸收电容走线设计
由于母线寄生电感的存在，伺服驱动器功率模块在开关过程中产生高的di/dt，根据功率回路的设计布局及采用低电感叠层母线设计技术，采用单只无感电容作为功率模块的吸收回路，这种方式简化了吸收回路的结构和安装，吸收电容可直接安装在功率模块的正负功率母线上，缩短了走线的距离，能够减小吸收电路走线引入的寄生电感带来的影响。
Claims (3)
1.一种基于低电感母线的伺服驱动器的功率回路单元，其特征在于，包括模块化组合非固体钽电容（1）、功率管（2）、吸收电容（3）、驱动连接板（4）、叠层功率传输母线和散热壳体，所述模块化组合非固体钽电容（1）和功率管（2）均位于散热壳体上，所述功率管（2）的数量为六个，该六个功率管平均分为两组排列在散热壳体的两侧，同一侧的功率管（2）为同一组，同一组中的功率管的方向相同，不同组中功率管的方向相反，功率管的开口方向与散热壳体的中心线平行，功率管的上方设置叠层功率传输母线，叠层功率传输母线的上方设置驱动连接板（4），该驱动连接板通过螺钉与功率管（2）相连接，吸收电容（3）位于驱动连接板（4）上并与叠层功率传输母线相连接。
2.根据权利要求1所述的基于低电感母线的伺服驱动器的功率回路单元，其特征在于，所述叠层功率传输母线包括正母线（5）、负母线（6）、第一交流母线（7）、第二交流母线（8）和第三交流母线（9），其中第一交流母线（7）、第二交流母线（8）和第三交流母线（9）相互平行并通过螺钉与功率管（2）相连接，正母线（5）和负母线（6）与模块化组合非固体钽电容（1）相连接；
模块化组合非固体钽电容（1）正极连接端子通过正母线（5）分别与第一组功率管漏极D连接端、吸收电容（3）的一端相连接，模块化组合非固体钽电容（1）负极连接端子通过负母线（6）分别与第二组功率管源极S连接端、吸收电容（3）的另一端相连接，第一组功率管源极S连接端分别通过第一交流母线（7）、第二交流母线（8）、第三交流母线（9）与第二组功率管漏极D连接端连接。
3.根据权利要求1所述的基于低电感母线的伺服驱动器的功率回路单元，其特征在于，驱动连接板（4）位于模块化组合非固体钽电容（1）的一侧，该驱动连接板与散热壳体之间设置功率管（2），驱动连接板（4）与所有功率管（2）的G、S端通过螺钉连接。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN104682819A (zh) * | 2014-08-27 | 2015-06-03 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种叠层母排式机电伺服驱动器 |
| CN113645814A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-12 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种小型发射系统的散热结构、功放模块、方法 |
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| CN113645814B (zh) * | 2021-08-24 | 2023-05-16 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种小型发射系统的散热结构、功放模块、方法 |
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