CN203416175U - 一种大功率电机控制器的功率模块及大功率电机控制器 - Google Patents

Abstract

为了解决现有大功率电机控制器无法实现各并联MOSFET的均流效果，而容易导致MOSFET损坏的问题，本实用新型提供了一种大功率电机控制器的功率模块，功率模块包括第一PCB板；第一PCB板上设置有U相MOSFET模块、V相MOSFET模块和W相MOSFET模块，每相MOSFET模块包括分别由多个MOSFET组成的MOSFET上桥和MOSFET下桥；第一PCB板上还设置有至少两个正极接线柱和至少两个负极接线柱，每相MOSFET模块的一侧设置有至少一个正极接线柱，另一侧设置有至少一个负极接线柱；第一PCB板上还设置有三相输出接线柱，三相输出接线柱位于每相MOSFET模块中MOSFET上、下桥之间。本实用新型还提供了一种大功率电机控制器。

Description

一种大功率电机控制器的功率模块及大功率电机控制器

技术领域

 本实用新型涉及一种电机控制器，尤其涉及一种大功率电机控制器。

背景技术

MOSFET以其具有开关速度快、导通电阻低等优点，在电机控制器中得到广泛应用。大功率电机控制器往往需要多个MOSFET进行并联，现有大功率电机控制器仅仅是把多个MOSFET简单的平铺放在一起或采用集成MOSFET模块，这样由于驱动电路、器件参数、电路布局的不一致，很容易引起各并联MOSFET电流不均衡，使部分MOSFET漏极承受过电压或过电流导致损坏，甚至会导致功率模块短路，引发爆炸。传统大功率电机控制器的驱动模块和功率模块一般采用较长的铜条导线连接，而要满足导电电流、安全因素等安装要求，造成铜条导线结构复杂，安装也有一定难度。因此现有的电机控制器不适用于低电压、大电流的大功率应用场合。

实用新型内容

为了解决现有大功率电机控制器结构复杂，电路布局不合理，工作时无法实现各并联MOSFET的均流效果，而容易导致MOSFET损坏的问题，本实用新型提供了一种大功率电机控制器的功率模块。

本实用新型的大功率电机控制器的功率模块，包括第一PCB板；所述第一PCB板上设置有U相MOSFET模块、V相MOSFET模块和W相MOSFET模块，所述每相MOSFET模块包括分别由多个MOSFET组成的MOSFET上桥和MOSFET下桥；所述第一PCB板上还设置有至少两个正极接线柱和至少两个负极接线柱，所述每相MOSFET模块的一侧设置有至少一个正极接线柱，另一侧设置有至少一个负极接线柱；所述第一PCB板上还设置有三相输出接线柱，所述三相输出接线柱位于每相MOSFET模块中MOSFET上、下桥之间。

本实用新型的功率模块，多个MOSFET分三相控制模块均匀布置在第一PCB板上，每相MOSFET模块分为MOSFET上桥和MOSFET下桥，布局合理，结构紧凑；正负极电源接线柱采用分布式布置在所示第一PCB板上，并在每相MOSFET模块的两侧间隔式布置，使分布在每个正、负极接线柱周围的MOSFET基本相同，每个MOSFET到正、负极电源接线柱的走线基本等长，从而保证了每个并联MOSFET的均流特性，工作时不会因为个别MOSFET承受过流或过压而损坏。本实用新型将U、V、W三相输出接线柱设置在每相MOSFET模块中MOSFET上、下桥之间，保证了信号走线最短及整个电路的对称性，每个MOSFET到三相输出接线柱的距离基本相等，有效提高了各个MOSFET的均流特性，提高了工作稳定性和使用寿命。

优选情况下，所述MOSFET上桥和MOSFET下桥中MOSFET的数量均为12个。

优选情况下，所述正极和负极接线柱分别为4个，所述每相MOSFET模块的一侧设置有两个正极接线柱，另一侧设置有两个负极接线柱。

本实用新型的另一个目的是提供一种大功率电机控制器，包括上述功率模块，以及位于所述功率模块上的驱动模块；所述驱动模块包括第二PCB板，所述第二PCB板上设置有与第一PCB板上的正、负极接线柱相对应的通孔，所述功率模块上的正、负极接线柱通过第二PCB板上的通孔穿设到所述第二PCB板上方，所述第二PCB板上还设置有多个电容，所述多个电容均匀分布在正、负极接线柱周围并与所述正、负极接线柱连接；所述大功率电机控制器还包括用于产生PWM信号的驱动电路，所述驱动电路与功率模块上的MOSFET电连接。

本实用新型的大功率电机控制器，采用功率模块和驱动模块的分离式设计，功率模块上设置有多个MOSFET，驱动模块上设置有多个电容驱动模块设置在功率模块上方。同时，正负极接线柱穿设到驱动模块上，实现了电容和MOSFET以及电源之间的连接，电容分布式布置在各个接线柱周围，每个电容到正负极接线柱之间距离基本相等且走线最短，使各个电容能够快速充放电，及时给功率模块补充所需电能。整个控制器结构紧凑，占用体积较小。

优选情况下，所述第一PCB板上的MOSFET通过正、负极接线柱与所述第二PCB板上的电容连接。

优选情况下，所述驱动电路设置在驱动模块上，所述大功率电机控制器还包括连接器，所述驱动电路通过连接器与功率模块上的MOSFET电连接。

优选情况下，所述连接器包括连接器公端和连接器母端，所述第一PCB板上设置有连接器公端，所述第二PCB板上设置有连接器母端，所述连接器公端和连接器母端插接后实现第一PCB板和第二PCB板的电信号传递。

优选情况下，所述连接器的个数为三个，且每个连接器公端设置在第一PCB板上每相MOSFET上桥和MOSFET下桥之间。

优选情况下，所述第二PCB板的通孔周围设置有铜垫圈。

优选情况下，所述大功率电机控制器还包括散热片，所述散热片位于第一PCB板底部。

附图说明

     图1为本实用新型功率模块的俯视图；

     图2为本实用新型功率模块的侧视图；

     图3为本实用新型功率模块的立体图；

     图4为本实用新型驱动模块的俯视图；

     图5为本实用新型驱动模块的侧视图；

     图6为本实用新型驱动模块的立体图；

     图7为本实用新型电机控制器的立体图；

     图8为本实用新型电机控制器的侧视图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供了一种大功率电机控制器的功率模块，如图1、图2和图3所示，所述功率模块100包括第一PCB板101，第一PCB板101上设置有U相MOSFET模块110、V相MOSFET模块120和W相MOSFET模块130，所述每相MOSFET模块包括MOSFET上桥和MOSFET下桥，如U相MOSFET模块110包括MOSFET上桥111和MOSFET下桥112，MOSFET上桥或MOSFET下桥中多个MOSFET113互相并联。容易理解的是，本领域技术人员可以根据实际情况选择每相MOSFET模块中MOSFET的个数，如本实用新型的实施例中适用于大功率控制场合的驱动模块，采用12只MOSFET并联，整个功率模块共含有72只MOSFET。

本实用新型功率模块的第一PCB板101上还设置有正、负极接线柱，所述正、负极接线柱间隔分布在每相MOSFET模块周围。为保证每只MOSFET到正、负极接线柱的距离相等，正、负极接线柱的数量应根据MOSFET的数量进行选择，当MOSFET的数量较多时，相应地，正、负极接线柱的数量也应增多，并且每相MOSFET模块的一侧设置有至少一个正极接线柱，另一侧设置有至少一个负极接线柱，如本实用新型的一个实施例，当功率模块100上设置有72只MOSFET时，采用四个正极接线柱141、142、143和144，以及四个负极接线柱151、152、153和154。如图1所示，正极接线柱141和142设置在U相MOSFET的一侧，负极接线柱151和152设置在U相MOSFET的另一侧，并且在U相MOSFET和V相MOSFET之间，正极接线柱143和144设置在V相MOSFET和W相MOSFET之间，负极接线柱153和154设置在W相接线柱的另一侧。当功率模块上的MOSFET数量较少时，也可以采用较少的正、负极接线柱，如可采用两个正极接线柱和两个负极接线柱，同样采用上述规律进行间隔式排布，每相MOSFET模块的一侧设有一个正极或负极接线柱。当然， MOSFET数量较多时也可以采用较多的正、负极接线柱。本领域技术人员在设计时可根据实际情况进行选择，在保证正负极接线柱间隔式分布，以及每个MOSFET到正负极接线柱的距离尽量相等及走线最短的前提下，某个接线柱的具体位置可以根据第一PCB板的大小等因素灵活调整。本实用新型的功率模块100，三相MOSFET模块依次排列在第一PCB板上，正、负极接线柱间隔式分布在每相MOSFET模块的两侧，使每个MOSFET到正负极接线柱的距离基本相等，保证了每个并联MOSFET的均流特性，工作时不会因为个别MOSFET承受过流或过压而损坏。本实用新型的PCB板上还设置有三相输出接线柱，所述三相输出接线柱为3对，如图中所示的接线柱161、162和163，分别设置在每相MOSFET模块中MOSFET上桥和下桥之间，这样可以使走线最短，同时保证了各MOSFET的均流效果，提高了电机控制的稳定性。本实用新型中每个MOSFET113的漏极接正极接线柱，源极接负极接线柱，且MOSFET上桥或下桥中的各MOSFET并联。

本实用新型还提供了一种包括上述功率模块100的大功率电机控制器，所述控制器还包括驱动模块，如图4、图5和图6所示，所述驱动模块200包括第二PCB板201，所述第二PCB板上设置有通孔202，所述通孔202的位置与第一PCB板上的正负极接线柱相对应，正负极接线柱可以通过所述通孔202穿设到第二PCB板201的上方，这样驱动模块200设置在功率模块100的上方。优选情况下，第二PCB板201上的通孔202的个数与正、负极接线柱以及三相输出接线柱的数量相等，位置对应，所述三相输出接线柱161、162和163也从通孔穿设到第二PCB板201上方，方便与电机的U、V、W三相连接。所述第二PCB板上还设置有多个电容203，所述多个电容203分布在每个正负极接线柱的周围，这样可以保证每个电容203到正负极接线柱的走线最短，且距离基本相同，起到均流的作用，可以使电容迅速充放电。本实用新型的正负极接线柱与电源连接，所述电源可以为电池（图中未示出），电容203通过正负极接线柱与功率模块100上的MOSFET连接，为MOSFET启动时提供补充电流，当MOSFET闭合后，电池可以通过正负极接线柱为电容203进行充电，为MOSFET的下一次启动做准备。由于电容203分布在正负极接线柱周围，具有均流效果，充放电速度快，可以快速为MOSFET补充电能，在亏电的情况下所有电容又可以快速一致的进行充电。如图4所示，所述每个通孔202的周围设置有铜垫片，所述铜垫片202起到导电的作用，同时使导电介质接触均匀，防止接触不均匀造成冒火花的现象。本领域技术人员可以根据实际情况自行设计电容203在第二PCB板201上的具体分布形状，如考虑第二PCB板201的大小等因素，只要满足电容203平均分布在每个正负极接线柱周围，使每个电容203到正负极接线柱的距离基本相等且走线最短即可。所述电容203为铝电解电容。

本实用新型的大功率电机控制器，如图7和图8所示，驱动模块的第二PCB板201位于功率模块的第一PCB板101的上方，所述第二PCB板201上还设置有驱动电路（图中未示出），所述驱动电路为功率模块上的MOSFET提供PWM脉冲信号。所述第一PCB板和第二PCB板通过连接器300连接，所述连接器300包括连接器公端301和连接器母端302，所述公端301设置在第一PCB板101上，母端302设置在第二PCB板201上。所述连接器300为三个，分别位于每相MOSFET模块附近，优选位于每相MOSFET上桥和下桥之间，这样可以保证每路信号到每相MOSFET模块中各MOSFET的走线最短，距离基本相同，实现均流效果，使MOSFET不易损坏，提高了电机控制的稳定性。所述驱动电路输出的PWM信号通过连接器300与功率模块上的各MOSFET的栅极连接。采用连接器将驱动电路产生的PWM脉冲信号传递给功率模块上的MOSFET，能够保证驱动电路与功率模块的紧密连接，大大减少了电路中产生的寄生电感和寄生电容，从而减少了寄生振荡的产生，提高了整个大功率电机控制器各元器件及信号传递的稳定性。

本实用新型的电机控制器还包括散热片400，所述功率模块100和驱动模块200依次设置在散热片400之上，由于控制器工作时会产生较大热量，增加散热片有利于热量的传导。本实用新型的功率模块上，还可以设置温度传感器，用于检测功率模块的温度。

本实用新型的大功率电机控制器，元器件采用分布式和间隔式设计，有效提高了整个系统的可靠性和驱动均衡作用，结构紧凑，大大降低了制造成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的特征和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大功率电机控制器的功率模块，其特征在于，包括第一PCB板；所述第一PCB板上设置有U相MOSFET模块、V相MOSFET模块和W相MOSFET模块，所述每相MOSFET模块包括分别由多个MOSFET组成的MOSFET上桥和MOSFET下桥；所述第一PCB板上还设置有至少两个正极接线柱和至少两个负极接线柱，所述每相MOSFET模块的一侧设置有至少一个正极接线柱，另一侧设置有至少一个负极接线柱；所述第一PCB板上还设置有三相输出接线柱，所述三相输出接线柱位于每相MOSFET模块中MOSFET上、下桥之间。

2.根据权利要求1所述的大功率电机控制器的功率模块，其特征在于，所述MOSFET上桥和MOSFET下桥中MOSFET的数量均为12个。

3.根据权利要求2所述的大功率电机控制器的功率模块，其特征在于，所述正极和负极接线柱分别为4个，所述每相MOSFET模块的一侧设置有两个正极接线柱，另一侧设置有两个负极接线柱。

4.一种大功率电机控制器，其特征在于，包括如权利要求1-3中任意一项所述的功率模块，以及位于所述功率模块上的驱动模块；所述驱动模块包括第二PCB板，所述第二PCB板上设置有与第一PCB板上的正、负极接线柱相对应的通孔，所述功率模块上的正、负极接线柱通过第二PCB板上的通孔穿设到所述第二PCB板上方，所述第二PCB板上还设置有多个电容，所述多个电容均匀分布在正、负极接线柱周围并与所述正、负极接线柱连接；所述大功率电机控制器还包括用于产生PWM信号的驱动电路，所述驱动电路与功率模块上的MOSFET电连接。

5.根据权利要求4所述的大功率电机控制器，其特征在于，所述第一PCB板上的MOSFET通过正、负极接线柱与所述第二PCB板上的电容连接。

6.根据权利要求4所述的大功率电机控制器，其特征在于，所述驱动电路设置在驱动模块上，所述大功率电机控制器还包括连接器，所述驱动电路通过连接器与功率模块上的MOSFET电连接。

7.根据权利要求6所述的大功率电机控制器，其特征在于，所述连接器包括连接器公端和连接器母端，所述第一PCB板上设置有连接器公端，所述第二PCB板上设置有连接器母端，所述连接器公端和连接器母端插接后实现第一PCB板和第二PCB板的电信号传递。

8.根据权利要求7所述的大功率电机控制器，其特征在于，所述连接器的个数为三个，且每个连接器公端设置在第一PCB板上每相MOSFET上桥和MOSFET下桥之间。

9.根据权利要求4所述的大功率电机控制器，其特征在于，所述第二PCB板的通孔周围设置有铜垫圈。

10.根据权利要求4所述的大功率电机控制器，其特征在于，所述大功率电机控制器还包括散热片，所述散热片位于第一PCB板底部。

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