CN206962703U - 车载dc/dc变换器系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种车载DC/DC变换器系统，其中，所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路、电源控制器电路设于所述M块PCB板，所述变压器通过所述厚铜PCB板作绕组；若所述输出滤波电路包括输出滤波电感，则所述输出滤波电感通过所述厚铜PCB板作绕组；所述逆变电路包括至少一个第一功率开关管，所述第一功率开关管被所述第一驱动电路控制实现所述逆变电路的通断。
Description
技术领域
本实用新型涉及车载领域，尤其涉及一种车载DC/DC变换器系统。
背景技术
现有直流变换器的输出端或功率器件等涉及低压大电流的设计方案多数阐述的是电路设计或控制策略，参见申请号为CN01132209.8的专利“一种双向直流－直流变换器”，申请号为CN200710124892.6的专利“一种直流变换器”，申请号为CN201210002151.1的专利“一种隔离直流双向变换器”和申请号为CN201310637120.8的专利“一种双变压器串并联式隔离型软开关直流变换器及其控制方法”，其中，均没有涉及PCB电路板的大电流散热问题而设计的解决方案，尤其未涉及车载环境下的散热解决方案。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是如何实现变换器的大电流散热问题。
为了解决以上技术问题，本实用新型提供了一种车载DC/DC变换器系统，包括输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、第二驱动电路、输出滤波电路和电源控制器电路；
所述输入滤波电路连接输入连接器，所述第一驱动电路被所述电源控制器电路控制驱动所述逆变电路工作，所述输入滤波电路通过所述逆变电路连接所述变压器的第一侧，所述变压器的第二侧通过所述整流电路连接所述输出滤波电路，所述输出滤波电路连接输出连接器；所述第二驱动电路被所述电源控制器电路控制驱动所述整流电路工作；
还包括M块PCB板，所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路、电源控制器电路设于所述M块PCB板，M为大于等于1的整数，所述M块PCB板包括N块厚铜PCB板，N为大于等于1且小于等于M的整数，所述变压器通过所述厚铜PCB板作绕组，所述厚铜PCB板的其中一层或多层的铜厚度大于等于105微米；所述输出滤波电路包括输出滤波电感和/或输出滤波电容，若所述输出滤波电路包括输出滤波电感，则所述输出滤波电感通过所述厚铜PCB板作绕组；
所述逆变电路包括至少一个第一功率开关管，所述第一功率开关管被所述第一驱动电路控制实现所述逆变电路的通断。
可选的，所述的车载DC/DC变换器系统还包括第二驱动电路，所述整流电路包括至少一个第二功率开关管，所述功率开关管被所述第二驱动电路控制实现所述全桥电路的通断，所述第二驱动电路被所述电源控制器电路控制驱动所述整流电路工作。
可选的，所述第一功率开关管和/或所述第二功率开关管贴装于所述厚铜PCB板。
可选的，所述厚铜PCB板的数量为一块，所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路和电源控制器电路设于同一所述厚铜PCB板。
可选的，所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路设于同一所述厚铜PCB板。
可选的，所述变压器、整流电路和输出滤波电路设于同一所述厚铜PCB板。
可选的，所述厚铜PCB板上设有传热通孔。
可选的，所述的车载DC/DC变换器系统还包括散热器外壳和导热绝缘垫片，所述厚铜PCB板设于所述外壳内，且所述导热绝缘垫片设于所述散热器外壳和厚铜PCB板之间。
可选的，所述输出滤波电路直接或者通过转接装置连接所述输出连接器。
可选的，所述的车载DC/DC变换器系统还包括信号调理和保护电路，所述信号调理和保护电路分别连接所述输入滤波电路、逆变电路、整流电路和输出滤波电路，从而采集电流、电压和温度数据中至少之一，所述信号调理和保护电路还与所述电源控制器电路连接。
可选的，所述的车载DC/DC变换器系统还包括微处理器电路，所述微处理器分别与所述信号调理电路和电源控制器电路连接。
本实用新型引入了输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路和电源控制器电路形成变换器系统；其中，由于所述变压器安装在厚铜PCB上，其可以通过磁芯的上下表面分别与上下冷却面紧密接触，进行散热；解决了如何实现变换器的大电流散热问题。
进一步地，变压器采用PCB的铜走线作为绕组，其绕组允许的密度远大于独立变压器绕组的功率密度，有助于减小对应功能变压器的体积。其简化了传统变压器的绕线工艺，且无须对骨架单独开模，有助于快速生产。
进一步地，电感采用PCB走线作为绕组，简化了大电流电感的绕线工艺，且无须对骨架单独开模，有助于快速生产。
进一步地，其中一种可选方案中，采用贴片式功率开关管，比如场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)或其他功率开关管，可以减小功率开关管引脚的寄生参数，进一步减少引脚处电压电流波形的振荡和功率开关管的损耗；可以采用回流焊生产工艺，相比插件器件，更易安装，其生产效率更高；可以同时利用功率开关管的上表面和下表面进行散热，减少器件的温升，提高器件的电流处理能力。
附图说明
图1至图3是本实用新型三个可选实施例中车载DC/DC变换器系统的示意图；
图4是本实用新型一可选实施例中散热器外壳的示意图；
图5是本实用新型一可选实施例中厚铜PCB板的示意图；
图6是本实用新型一可选实施例中PCB底壳的示意图；
图7是本实用新型一可选实施例中PCB板的示意图一；
图8是本实用新型一可选实施例中PCB板的示意图二；
图9是本实用新型一可选实施例中效率示意图。
具体实施方式
以下将结合图1至图9对本实用新型提供的车载DC/DC变换器系统进行详细的描述，其为本实用新型可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本实用新型精神和内容的范围内，对其进行修改和润色。
请参考图1至图9，本实用新型提供了一种车载DC/DC变换器系统，包括输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路和电源控制器电路；
所述输入滤波电路连接输入连接器，所述第一驱动电路被所述电源控制器电路控制驱动所述逆变电路工作，所述输入滤波电路通过所述逆变电路连接所述变压器的第一侧，所述变压器的第二侧通过所述整流电路连接所述输出滤波电路，所述输出滤波电路连接输出连接器；
还包括至少M块厚铜PCB板，M为大于等于1的整数，所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路、电源控制器电路设于所述PCB板，所述M块PCB板包括N块厚铜PCB板，N为大于等于1且小于等于M的整数，所述变压器通过所述厚铜PCB板作绕组；，所述厚铜PCB板的其中一层或多层的铜厚度大于等于105微米；所述输出滤波电路包括输出滤波电感和/或输出滤波电容，若所述输出滤波电路包括输出滤波电感，则所述输出滤波电感通过所述厚铜PCB板作绕组；
所述逆变电路和/或整流电路包括功率开关管，所述功率开关管分别被所述第一驱动电路和/或第二驱动电路控制实现所述逆变电路和/或整流电路的通断。
所述功率开关管，可以采用场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)或其他类型功率开关管。
图9是本系统的效率测试图。
本实用新型可选方案中，多个功率元件共用一块PCB厚铜板做散热及走线设计；厚铜PCB走功率线，相比普通的PCB板外走线的方式走功率线的方案，其功率密度可以高很多；
所有非功率元件与功率元件都安装在同一个厚铜PCB板上，可以减少信号之间的连接器与线束。非功率元件和部分小电流功率元件也可以安装在另一块PCB板上，再通过信号连接线或者小电流连接线与厚铜PCB板连接。
图1至图3示意的实施方式中，所述的车载DC/DC变换器系统还包括信号调理和保护电路，所述信号调理和保护电路分别连接所述输入滤波电路、逆变电路、整流电路和输出滤波电路，从而采集电流、电压和温度数据中至少之一，当然，也可采集其他数据，而不限于以上，所述信号调理和保护电路还与所述电源控制器电路连接。所述的车载DC/DC变换器系统还包括微处理器电路，所述微处理器分别与所述信号调理电路和电源控制器电路连接。
图1至图3示意的实施方式中，所述的车载DC/DC变换器系统还包括第二驱动电路，所述整流电路包括至少一个第二功率开关管，所述功率开关管被所述第二驱动电路控制实现所述全桥电路的通断，所述第二驱动电路被所述电源控制器电路控制驱动所述整流电路工作，所述第二功率开关管贴装于所述厚铜PCB板。第二功率开关管可以采用场效应管(MOSFET)，在其他可选实施方式中，第二功率开关管可以替换为二极管，此基础上，则无需驱动，故而，该方式下，可以无第二驱动电路；
图1示意的实施方式中，所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、第二驱动电路、输出滤波电路和电源控制器电路设于同一所述厚铜PCB板。若其他可选方式中不包括第二驱动电路，则所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路和电源控制器电路设于同一所述厚铜PCB板；
图2示意的实施方式中，所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、第二驱动电路、输出滤波电路设于同一所述厚铜PCB板，系统的其余电路部分可以设于另一PCB板，所述另一PCB板可以为厚铜PCB板，也可以为非厚铜PCB板。若其他可选方式中不包括第二驱动电路，则所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、第二驱动电路、输出滤波电路设于同一所述厚铜PCB板
图3示意的实施方式中，所述变压器、整流电路、第二驱动电路和输出滤波电路设于同一所述厚铜PCB板，系统的其余电路部分设于另一所述PCB板，所述另一PCB板可以为厚铜PCB板，也可以为非厚铜PCB板。若其他可选方式中不包括第二驱动电路，则所述变压器、整流电路和输出滤波电路设于同一所述厚铜PCB板；
有关变压器，对应的厚铜PCB板由多层构成；部分层为变压器一次侧绕组，部分层为变压器二次侧绕组。采用厚铜PCB板的铜走线作为绕组，其绕组允许的密度远大于非PCB绕线的传统变压器绕组的功率密度，有助于减小对应功能变压器的体积。采用厚铜PCB板走线作为绕组，简化了传统变压器的绕线工艺，且无须对骨架单独开模，有助于快速生产。一次侧与二次侧之间的耦合可以比传统变压器更高，漏感寄生参数也更小，减少变压器的损耗。
变压器的输入与输出端子，可以利用PCB走线与板上的其他功率器件连接，无需外部线束或其他连接装置，避免连接装置带来的寄生电感，且无需考虑此端子处的连接可靠性限制。当然，其他可选方案中也可用PCB板外的走线与板上的其他功率器件连接。
安装在厚铜PCB上的变压器可以通过磁芯的上表面和/或下表面分别与上冷却面和/或下冷却面紧密接触，进行散热；同时，也可以利用厚铜PCB板的横向传热能力拓展散热面，热量传递到磁芯轮廓外部的厚铜PCB处，再利用该处厚铜PCB与冷却面的紧密贴合，从而减小变压器与冷却面的热阻。
有关输出滤波电路，包括输出滤波电感以外，还可包括输出滤波电容，输出滤波电容可以直接安装在厚铜PCB上，有助散热；且避免了因为电容连接线过长，影响滤波效果。输出滤波电感可以利用厚铜PCB作为绕组，无需外部大电流铜排或者其他大电流线束；从而减小体积。
采用PCB走线作为绕组，简化了大电流电感的绕线工艺，且无须对骨架单独开模，有助于快速生产。PCB平面电感的输入与输出端子，可以利用PCB走线与板上的其他功率器件连接，无需外部线束或其他连接装置，改善端子处的连接可靠性。当然，其他可选方案中也可用PCB板外的走线或铜排连接输出端子和/或板上的其他功率器件。
安装在厚铜PCB上的电感可以通过磁芯的上表面和/或下表面分别与上冷却面和/或下冷却面紧密接触，进行散热；同时，也可以利用厚铜板的横向传热能力可以拓展散热面，热量传递到磁芯轮廓外部的厚铜PCB处，再利用该处厚铜PCB与冷却面的紧密贴合，从而减小电感内部走线与冷却面的热阻。
有关所述功率开关管，采用贴片功率开关管，可以减小功率开关管引脚的寄生参数，进一步减少引脚处电压电流波形的振荡和功率开关管的损耗；采用贴片功率开关管，可以采用回流焊生产工艺，相比插件器件，更易安装，其生产效率更高；采用贴片功率开关管，可以同时利用功率开关管的上表面和下表面进行散热，减少器件的温升，提高器件的电流处理能力；
本实用新型可选的实施方式中，所述厚铜PCB板上设有传热通孔。用PCB板的层间的通孔，将功率开关管器件发出的热量，从所在贴片层传输到更靠近冷却面的PCB层。通孔具有一定壁厚的铜层构成，利用铜的强导热能力，可以减小厚铜PCB两个外层之间的热阻，从而减小总热阻，降低系统温升。
可选的，所述的车载DC/DC变换器系统还包括散热器外壳和导热绝缘垫片，所述厚铜PCB板设于所述外壳内，且所述导热绝缘垫片设于所述散热器外壳和厚铜PCB板之间。
本实用新型可选的实施方式中，所述输出滤波电路直接或者通过转接装置连接所述输出连接器。此设计通过提供输出连接器与厚铜PCB之间的接触处足够的接触面积，且可以通过紧密接触冷却面，减小热阻，从而减小输出连接器的温升。厚铜PCB与散热器外壳之间加上导热绝缘垫片，进行散热；厚铜PCB可以由螺丝紧固在外壳上，进一步改善热阻；多个元件安装在厚铜板上，要求厚铜板的面积较大；厚铜板与冷却面之间加上导热绝缘垫片并由螺丝紧固后，两者之间的缝隙得到填充，厚铜板与冷却面之间的热阻可以进一步减少；从而有降低温升和提高电流能力的作用。
本实用新型可选方案可以具有以下效果：
1).功率元器件的散热效果好；
2).一体化设计，线束少，连接可靠性高，易生产安装；
3).PCB走大电流线，功率密度高，体积小；
4).线束少，机械件少，采用PCB集成平面磁芯器件，成本低。
综上所述，本实用新型引入了输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路和电源控制器电路形成变换器系统；其中，由于所述变压器安装在厚铜PCB上，其可以通过磁芯的上下表面分别与上下冷却面紧密接触，进行散热；解决了如何实现变换器的大电流散热问题。
进一步地，变压器采用PCB的铜走线作为绕组，其绕组允许的密度远大于独立变压器绕组的功率密度，有助于减小对应功能变压器的体积。其简化了传统变压器的绕线工艺，且无须对骨架单独开模，有助于快速生产。
进一步地，电感采用PCB走线作为绕组，简化了大电流电感的绕线工艺，且无须对骨架单独开模，有助于快速生产。
进一步地，其中一种可选的实施方式中，采用贴片式第一功率开关管，比如场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)或其他功率开关管，可以减小功率开关管引脚的寄生参数，进一步减少引脚处电压电流波形的振荡和功率开关管的损耗；可以采用回流焊生产工艺，相比插件器件，更易安装，其生产效率更高；可以同时利用功率开关管的上表面和下表面进行散热，减少器件的温升，提高器件的电流处理能力。
Claims (10)
1.一种车载DC/DC变换器系统，其特征在于：包括输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路和电源控制器电路；
所述输入滤波电路连接输入连接器，所述第一驱动电路被所述电源控制器电路控制驱动所述逆变电路工作，所述输入滤波电路通过所述逆变电路连接所述变压器的第一侧，所述变压器的第二侧通过所述整流电路连接所述输出滤波电路，所述输出滤波电路连接输出连接器；
还包括M块PCB板，M为大于等于1的整数，所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路、电源控制器电路设于所述M块PCB板，所述M块PCB板包括N块厚铜PCB板，N为大于等于1且小于等于M的整数，所述变压器安装于所述厚铜PCB板，且所述变压器通过所述厚铜PCB板作绕组；所述厚铜PCB板的其中一层或多层的铜厚度大于等于105微米；所述输出滤波电路包括输出滤波电感和/或输出滤波电容，若所述输出滤波电路包括输出滤波电感，则所述输出滤波电感通过所述厚铜PCB板作绕组；
所述逆变电路包括至少一个第一功率开关管，所述第一功率开关管被所述第一驱动电路控制实现所述逆变电路的通断。
2.如权利要求1所述的车载DC/DC变换器系统，其特征在于：还包括第二驱动电路，所述整流电路包括至少一个第二功率开关管，所述功率开关管被所述第二驱动电路控制实现所述整流电路的通断，所述第二驱动电路被所述电源控制器电路控制驱动所述整流电路工作，所述第二功率开关管贴装于所述厚铜PCB板。
3.如权利要求1或2所述的车载DC/DC变换器系统，其特征在于：所述厚铜PCB板的数量为一块，所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路和电源控制器电路设于同一所述厚铜PCB板。
4.如权利要求1或2所述的车载DC/DC变换器系统，其特征在于：所述输入滤波电路、逆变电路、第一驱动电路、变压器、整流电路、输出滤波电路设于同一所述厚铜PCB板。
5.如权利要求1或2所述的车载DC/DC变换器系统，其特征在于：所述变压器、整流电路和输出滤波电路设于同一所述厚铜PCB板。
6.如权利要求1或2所述的车载DC/DC变换器系统，其特征在于：所述厚铜PCB板上设有传热通孔。
7.如权利要求1或2所述的车载DC/DC变换器系统，其特征在于：还包括散热器外壳和导热绝缘垫片，所述厚铜PCB板设于所述外壳内，且所述导热绝缘垫片设于所述散热器外壳和厚铜PCB板之间。
8.如权利要求1所述的车载DC/DC变换器系统，其特征在于：所述输出滤波电路直接或者通过转接装置连接所述输出连接器。
9.如权利要求1所述的车载DC/DC变换器系统，其特征在于：还包括信号调理和保护电路，所述信号调理和保护电路分别连接所述输入滤波电路、逆变电路、整流电路和输出滤波电路，从而采集电流、电压和温度数据中至少之一，所述信号调理和保护电路还与所述电源控制器电路连接。
10.如权利要求9所述的车载DC/DC变换器系统，其特征在于：还包括微处理器电路，所述微处理器分别与所述信号调理和保护电路和电源控制器电路连接。
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Cited By (2)
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| CN107017773A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-08-04 | 上海逸伏汽车电子科技有限公司 | 车载dc/dc变换器系统 |
| CN114845462A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-08-02 | 东南大学 | 一种平面集成lcl交流滤波器 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Shenzhen Blue Sea Huateng Technology Co., Ltd. Assignor: Shanghai Yi Yi Automotive Electronic Technology Co., Ltd. Contract record no.: X2019440020010 Denomination of utility model: Vehicle DC/DC Converter System Granted publication date: 20180202 License type: Common License Record date: 20190911 |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191122 Address after: Room 2, No. 495, Tongji New Village, Zhangwu Road, Yangpu District, Shanghai 200092 Patentee after: Liu Xiaotao Address before: 201206 Room 401, Block E, No. 501, Jingang Road, Pudong New Area, Shanghai Patentee before: Shanghai Yi Yi Automotive Electronic Technology Co., Ltd. |