CN209461457U - 高集成智能功率模块及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高集成智能功率模块及空调器，该高集成智能功率模块包括：整流桥及功率组件；安装基板，安装基板具有供整流桥和功率组件的电子元件安装的安装位；其中，供整流桥安装的安装位包括第一安装位、第二安装位和第三安装位；整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管，第一二极管和第二二极管设置于第一安装位上；第三二极管和第四二极管分设于第二安装位和第三安装位上；第一二极管的阴极与第三二极管的阳极电连接；第二二极管的阴极与第四二极管的阳极电连接。本实用新型提高了集成智能功率模块的集成度，从而减小电控板的体积，方便安装。

Description

高集成智能功率模块及空调器

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种高集成智能功率模块及空调器。

背景技术

在空调器的电控板上大多设置有智能功率模块，主控制模块，整流桥，电源模块等功能模块。这些功能模块大多采用分立或者部分集成的电路模块来实现，各个模块例如整流桥、主控制模块、只鞥你功率模块大多采用单独封装，浪费了封装材料，在电控板上占用较大面积，生产时需要多次插件。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种高集成智能功率模块及空调器，旨在提高集成智能功率模块的集成度，从而减小电控板的体积，方便安装。

为实现上述目的，本实用新型提出一种高集成智能功率模块，所述高集成智能功率模块包括：

整流桥及功率组件；

安装基板，所述安装基板具有供所述整流桥和所述功率组件的电子元件安装的安装位；其中，供所述整流桥安装的安装位包括第一安装位、第二安装位和第三安装位；

所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管，所述第一二极管和所述第二二极管设置于所述第一安装位上；所述第三二极管设置于所述第二安装位上，所述第四二极管设置于第三安装位上；所述第一二极管的阴极与所述第三二极管的阳极电连接；所述第二二极管的阴极与所述第四二极管的阳极电连接。

可选地，所述第一二极管和所述第二二极管的阳极与所述安装基板的安装位贴合，所述第一二极管和所述第二二极管的阴极背离所述安装基板设置；

所述第三二极管和所述第四二极管的阳极与所述安装基板的安装位贴合，所述第三二极管和所述第四二极管的阴极背离所述安装基板设置。

可选地，高集成智能功率模块还包括两个交流输入引脚和两个直流输出引脚；

所述安装基板还包括第四安装位，两个所述交流输入引脚的一端分设于所述第二安装位和所述第三安装位上；两个所述直流输出引脚分设于所述第一安装位和第四安装位。

可选地，所述第一安装位、第二安装位、第三安装位、第四安装位呈田字形分布，所述第四安装位具有沿所述基板宽度方向延伸至所述第一安装位和第三安装位之间的延伸部；

所述第一二极管的阴极通过连接线与所述第二安装位连接；

所述第二二极管的阴极通过连接线与所述第三安装位连接；

所述第三二极管的阴极通过连接线与所述延伸部连接；

所述第四二极管的阴极通过连接线与所述第四安装位连接。

可选地，通过设置多个所述连接线的导电框架将各所述连接线整体安装至所述安装基板上对应位置，并在安装后切割掉所述导电框架，以形成所述整流桥的连接线，以及两个所述交流输入引脚和两个所述直流输出引脚。

可选地，所述连接线在各所述整流桥的二极管与对应的所述安装位之间呈弧形或者台阶设置。

可选地，所述基板沿长度方向从左到右依次包括第一区域和第二区域；所述整流桥和所述功率组件分设于所述第一区域和所述第二区域。

可选地，所述功率组件包括PFC功率开关模块和IPM模块；

所述PFC功率开关模块设置于所述第二区域靠近所述第一区域的一侧，所述IPM模块设置于所述第二区域远离所述第一区域的一侧。

可选地，所述IPM模块的数量为多个；

所述IPM模块至少包括风机IPM模块和压缩机IPM模块。

本实用新型还提出一种空调器，包括如上所述的高集成智能功率模块。

本实用新型高集成智能功率模块通过设置安装基板，并在安装基板上设置安装位，以将整流桥、功率组件集成于安装基板上，整流桥输出的直流电压输出至各功率组件，以使各功率组件驱动对应的负载工作。本实用新型将整流桥和功率组件集成于一体，可以缩短整流桥和功率组件之间的距离，并减小跳线过长及过多引起的电磁干扰，并且可以提高集成智能功率模块的集成度，从而减小电控板的体积，方便安装。同时还可以减少电控板的元器件，简化了电控板的PCB板布局，有效的降低了空调器的生产成本。本实用新型解决了电控板采用多个分立的元器件实现时器件较多，导致空调器装配复杂，以及自身的功耗较大，发热等也较严重，导致空调的热效率，不利于空调器实现节能减排的问题。本实用新型高集成智能功率模块集成度高，且体积较小，抗干扰能力强，适用于驱动电机的变频器及各种逆变电源中，以实现变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动等功能，尤其适用于驱动空调、冰箱等压缩机和风机的电机工作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型高集成智能功率模块一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型高集成智能功率模块另一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型高集成智能功率模块又一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型高集成智能功率模块一实施例的电路结构示意图；

图5为本实用新型高集成智能功率模块中整流桥一实施例的电路结构示意图；

图6为本实用新型高集成智能功率模块一实施例的制作流程示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

本实用新型提出一种高集成智能功率模块。

空调器一般包括室内机和室外机，室外机和室内机中均设置电机及驱动电机工作的电控板。以室外机的电控板为来说，室外机的电控板上大多设置有驱动压缩机的智能功率模块，驱动风机的智能功率模块，主控制模块，整流桥，电源模块等功能模块。这些功能模块大多采用分立或者部分集成的电路模块来实现，且分散的排布在电控PCB板的各个部分，但是由于电控板自身结构、强弱电隔离、防信号干扰、散热等要求，要求各功能模块之间的间距保证在安全距离内，使得室外机电控板的体积较大，不利于安装。或者将这些分散在多块电路板上，再采用跳线的方式来实现主控制模块与其他功能模块之间，以及各功能模块之间相互的电气连接，但是分散设置各功能模块会导致跳线较多且长，导致电器EMC性能下降。并且这两种结构的电控板均会出现电控板的器件较多，导致室外机的装配复杂，同时还会增加空调器的生产成本，且维修率也会增加，不利于空调器的稳定使用。更重要的是，电控板在采用多个分立的元器件来实现时，多个元器件自身的能耗较大，发热等也较严重，导致空调的热效率，不利于空调器实现节能减排。

为了解决上述问题，参照图1至图4，在本实用新型一实施例中，该高集成智能功率模块包括：

整流桥10及功率组件20；

安装基板30，所述安装基板30具有供所述整流桥10和所述功率组件20的电子元件安装的安装位；其中，供所述整流桥10安装的安装位包括第一安装位301、第二安装位302和第三安装位303；

所述整流桥10包括第一二极管11、第二二极管12、第三二极管13及第四二极管14，所述第一二极管11和所述第二二极管12设置于所述第一安装位301上；所述第三二极管13和所述第四二极管14分设于所述第二安装位302和第三安装位303上；所述第一二极管11的阴极与所述第三二极管13的阳极电连接；所述第二二极管12的阴极与所述第四二极管14的阳极电连接。

本实施例中，安装基板30为整流桥10和功率组件20的安装基板30，安装基板30可以采用铝或铝质合金、铜或铜质合金等金属材料所制成的基板实现，本实施例优选采用铝基板来实现。安装基板30的形状可以根据功率开关管的具体位置、数量及大小确定，可以为方形，但不限于方形。当然在其他实施例中，安装基板30还可以采用导电框架或者氮化铝陶瓷基板来实现，氮化铝陶瓷基板包括绝缘导热基板31及形成于所述绝缘导热基板31上的电路布线层32。

安装基板30上包括导热基板31、电路布线层32及绝缘层33，电路布线层32根据高集成智能功率模块的电路设计，在电路布线基板上形成对应的线路以及对应供整流桥10、功率组件20中的各电子元件安装的安装位，即焊盘。整流桥10上的四个二极管对应设置于电路布线层32的安装位上，并通过焊锡、金属绑线等导电材料与电路布线层32实现电连接，形成电流回路。具体地，在安装基板30上设置好绝缘层33后，将铜箔铺设在绝缘层33上，并按照预设的电路设计蚀刻所述铜箔，从而形成电路布线层32。在将功率组件20中各电路模块的电子元件集成于散热基板上的电路布线层32后，还可以通过金属绑线实现各电路模块之间的电气连接。

所述功率组件20包括PFC功率开关模块21、压缩机功率模块22及风机功率模块23中的一种或者多种组合；

所述PFC功率开关模块21、所述压缩机功率模块22及所述风机功率模块23设置于对应的所述电路布线层32的安装位上。所述IPM模块的数量为多个，所述IPM模块至少包括风机IPM模块，也即风机功率模块23和压缩机IPM模块，也即压缩机功率模块22。压缩机功率模块22及风机功率模块23的数量可以根据空调器中的压缩机、风机进行设置。PFC功率开关模块21可以仅由PFC功率开关管来实现，或者还与二极管、电感等其他元器件组成PFC电路来实现对直流电源的功率因素校正。PFC电路可以采用无源PFC电路来实现，以构成升压型PFC电路，或者降压型PFC电路，或者升降压型PFC电路。PFC功率开关模块21将外部整流桥10输出的直流电进行功率因素调整，调整后的直流电输出至各IPM模块的电源输入端，以使各功率模块驱动相应的负载工作。调整后的直流电还可以通过外部开关电源电路，产生各种数值的驱动电压，例如产生5V、15V等电压，以为各IPM的驱动IC供电。

压缩机功率模块22及风机功率模块23中均集成了多个功率开关管，多个功率开关管组成驱动逆变电路，例如可以由六个功率开关管组成三相逆变桥电路，或者由四个功率开关管组成两相逆变器桥电路。其中，各功率开关管可以采用MOS管或者IGBT来实现。多个功率开关管组成功率逆变桥电路，用于驱动风机、压缩机等负载工作，各个功率开关管设置在电路布线层32对应的安装位上后，可通过焊锡等导电材料与电路布线层32实现电连接，并形成电流回路。各功率开关管还可以通过倒装的工艺贴设于电路布线层32对应的安装位上，并通过电路布线层32及金属绑线与各电路元件之间形成电流回路。

可以理解的是，上述整流桥10、PFC功率开关模块21、压缩机功率模块22及风机功率模块23中的电子元件可以采用裸晶圆来实现，也可以采用经过封装后的贴片元件来实现。

本实施例中，第一二极管11和第二二极管12为共阳极的两个二极管，第三二极管13和第四二极管14为共阴极的两个二极管。共阳极的两个二极管设置在第一安装位301上，并通过第一安装位301实现电连接，共阴极的两个二极管分别安装在第二安装位302上和第三安装位303上，并通过第四安装位304实现电连接。如此，可以减少安装位的设置，从而缩小整流桥10设置在安装基板30上的面积，使得高集成智能功率模块结构紧凑，减小整体面积。同时还可以减少布线和焊线的步骤。

本实用新型高集成智能功率模块通过设置安装基板30，并在安装基板30上设置安装位，以将整流桥10、功率组件20集成于安装基板30上，整流桥10输出的直流电压输出至各功率组件20，以使各功率组件20驱动对应的负载工作。本实用新型将整流桥10和功率组件20集成于一体，可以缩短整流桥10和功率组件20之间的距离，并减小跳线过长及过多引起的电磁干扰，并且可以提高集成智能功率模块的集成度，从而减小电控板的体积，方便安装，可以简化生工序。同时还可以减少电控板的元器件，简化了电控板的PCB板布局，有效的降低了空调器的生产成本。本实用新型解决了电控板采用多个分立的元器件实现时器件较多，导致空调器装配复杂，以及自身的功耗较大，发热等也较严重，导致空调的热效率，不利于空调器实现节能减排的问题。本实用新型高集成智能功率模块集成度高，且体积较小，抗干扰能力强，适用于驱动电机的变频器及各种逆变电源中，以实现变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动等功能，尤其适用于驱动空调、冰箱等压缩机和风机的电机工作。

参照图1或图2，在一实施例中，所述第一二极管11和所述第二二极管12的阳极与所述安装基板30的安装位贴合，所述第一二极管11和所述第二二极管12的阴极背离所述安装基板30设置；

所述第三二极管13和所述第四二极管14的阳极与所述安装基板30的安装位贴合，所述第三二极管13和所述第四二极管14的阴极背离所述安装基板30设置。

本实施例中，整流桥10的四个二极管中，第一二极管11和第二二极管12、第三二极管13、第四二极管14的阳极均与安装基板30的安装位贴合，可以通过导电胶或者锡膏固定于安装基板30上。也即第一二极管11和第二二极管12、第三二极管13、第四二极管14的阴极相对安装基板30朝上设置，第一二极管11和第二二极管12、第三二极管13、第四二极管14的阳极相对安装基板30朝下设置。第一二极管11和第二二极管12通过安装基板30实现电连接。第三二极管13的阴极和第四二极管14的阴极则可以通过第四安装位304连接，第一二极管11的阴极与第三二极管13的阳极可以通过导电件实现电连接；第二二极管12的阴极与第四二极管14的阳极可以通过导电件实现电连接。将四个二极管安装在对应的安装位上，可以快速准确的定位各二极管的位置，提高了生产效率。

参照图1或图2，在一实施例中，高集成智能功率模块还包括两个交流输入引脚(AC-L、AC-N)和两个直流输出引脚(DC+、DC-)；

所述安装基板30还包括第四安装位304，两个所述交流输入引脚的一端分设于所述第二安装位302和所述第三安装位303上；两个所述直流输出引脚分设于所述第一安装位301和第四安装位304。

本实施例中，两个直流输出引脚直接安装在第一安装部和第四安装部上，两个交流输入引脚直接安装在第二安装位302和第三安装位303上，无需另行设置安装部，可以减少高集成智能功率模块的工艺步骤，并且可以进一步的缩小整流桥10整体所占高集成智能功率模块的面积。

参照图1或图2，在一实施例中，所述第一安装位301、第二安装位302、第三安装位303、第四安装位304呈田字形分布，所述第四安装位304具有沿所述基板宽度方向延伸至所述第一安装位301和第三安装位303之间的延伸部；

所述第一二极管11的阴极通过连接线与所述第二安装位302连接；

所述第二二极管12的阴极通过连接线与所述第三安装位303连接；

所述第三二极管13的阴极通过连接线与所述延伸部连接；

所述第四二极管14的阴极通过连接线与所述第四安装位304连接。

本实施例中，可以采用铜或铜质合金，金或金质合金，银或银质合金等金属所制得的金属压条或者金属绑线来实现，当然在其他实施例还可以采用其他导电材料来实现，此处不做限制。第三二极管13的阴极和第四二极管14的阴极坤可以通过连接线与第四安装位304的延伸部连接，如此设置，可以缩短连接线的长度，使整流桥10的整体结构紧凑，并且还可以减少由于连接线过长，导致整流桥10的寄生电感的产生。

参照图6，在一实施例中，通过设置多个所述连接线的导电框架100将各所述连接线整体安装至所述安装基板30上对应位置，并在安装后切割掉所述导电框架100，以形成所述整流桥10的连接线，以及两个所述交流输入引脚和两个所述直流输出引脚。

在焊接引脚和连接线时，具体可提供一导电框架100结构，该导电框架100结构包括末端连接在一起的两个固定脚及末端连接在一起的多个电引脚，焊接各个电引脚的首端于安装位和二极管上，以形成连接各二极管和安装位的连接线，以及交流输入脚、直流输出脚，焊接两个固定脚于第三安装位303和第四安装位304的延伸部上。再放置焊接有固定脚与电引脚的高集成智能功率模块于模具的型腔内，并利用模具夹持所述固定脚的末端及所述电引脚的末端，随后将电引脚连接在一起的部分切除，而使各个电引脚的末端部分成为各自独立的部分，同时，将固定脚伸出封装体外的部分全部切除。所述固定脚的切断面与所述封装体的外表面相平齐，固定脚的设置可以方便导电框架100放置使，与二极管、安装位之间的对位。通过导电框架100来连接各个安装位、二极管以及直接形成引脚，使得整流桥10的整体性高，并且整流桥10的制作简单便捷，易于实现，可以减少高集成智能功率模块绑线的工艺步骤，并且可以解决绑线在生产过程中容易折断的问题。

参照图1或图2，在一实施例中，连接所述第二二极管12阴极和所述第三安装位303的连接线具有横跨所述延伸部设置的跨接部。

本实施例中，在第四安装位304具有沿所述基板宽度方向延伸至所述第一安装位301和第三安装位303之间的延伸部时，第二二极管12的阴极和第三安装位303的连接线需要与延伸部绝缘，因此，本实施例可以将该连接线设置为跨接在第二二极管12的阴极和第三安装位303的跨接部。

参照图1或图2，在一实施例中，所述连接线在各所述整流桥10的二极管与对应的所述安装位之间呈弧形或者台阶设置。

本实施例中，连接线相对安装基板30的一侧表面可以通过设置绝缘层33，例如涂抹绝缘胶来实现绝缘设置，或者，各连接线与所述固定平面间隔预设距离，使得各连接线呈拱桥形、弧形或者台阶设置，以实现跨接在安装部和二极管的连接线与其下方的电路布线层32绝缘，保证整流桥10能够正常工作。

参照图1，在一实施例中，所述安装基板30沿长度方向从左到右依次包括第一区域A和第二区域B；所述整流桥10和所述功率组件20分设于所述第一区域A和所述第二区域B。其中，所述PFC功率开关模块21设置于所述第二区域B靠近所述第一区域A的一侧，所述压缩机功率模块22及风机功率模块23设置于所述第二区域B远离所述第一区域A的一侧。

参照图3，在一实施例中，所述高集成智能功率模块还包括封装壳体40，所述封装壳体40罩设于所述安装基板30上，以对所述驱动芯片及所述功率开关管进行封装。

本实施例中，封装壳体40可以采用环氧树脂、氧化铝、导热填充材料等材料制成，其中，导热填充材料可以是氮化硼、氮化铝材质，氮化铝和氮化硼的绝缘性较好，且导热率较高，耐热性及热传导性较佳，使得氮化铝和氮化硼有较高的传热能力。在制作封装壳体40时，可以将环氧树脂、氧化铝、氮化硼或者氮化铝等材料进行混料，然后将混合好的封装材料进行加热；待冷却后，粉碎所述封装材料，再以锭粒成型工艺将封装壳体40材料进行轧制成形，以形成封装壳体40后将整流桥10和功率组件20封装在封装壳体40内。或者通过注塑工艺将整流桥10和功率组件20封装在封装壳体40内。高集成智能功率模块中，可以将所述封装壳体40罩设于所述安装基板30及所述功率组件20上。使得铝基板的下表面裸露在封装件外，而加速功率元件的散热。若高集成智能功率模块还设置有散热器来给功率开关管散热，则可以将封装壳体40包裹于整流桥10、所述安装基板30及所述功率组件20的外周，以使功率模块与安装基板30及功率组件20一体成型设置。

上述实施例中，高集成智能功率模块还包括连接导线、电阻元件和电容元件中的至少一种，所述连接导线、所述电阻元件和所述电容元件设置在所述基板上的空余区域。由此，可以充分利用空余区域的空间，提高高集成智能功率模块的集成度、可靠性，降低成本，减小了电控体积。需要说明的是，空余区域指的是没有被功率器件覆盖的区域。

本实用新型还提出一种空调器，包括如上所述的高集成智能功率模块。该高集成智能功率模块的详细结构可参照上述实施例，此处不再赘述；可以理解的是，由于在本实用新型空调器中使用了上述高集成智能功率模块，因此，本实用新型空调器的实施例包括上述高集成智能功率模块全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高集成智能功率模块，其特征在于，所述高集成智能功率模块包括：

整流桥及功率组件；

安装基板，所述安装基板具有供所述整流桥和所述功率组件的电子元件安装的安装位；其中，供所述整流桥安装的安装位包括第一安装位、第二安装位和第三安装位；

所述整流桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管，所述第一二极管和所述第二二极管设置于所述第一安装位上；所述第三二极管设置于所述第二安装位上，所述第四二极管设置于第三安装位上；所述第一二极管的阴极与所述第三二极管的阳极电连接；所述第二二极管的阴极与所述第四二极管的阳极电连接。

2.如权利要求1所述的高集成智能功率模块，其特征在于，所述第一二极管和所述第二二极管的阳极与所述安装基板的安装位贴合，所述第一二极管和所述第二二极管的阴极背离所述安装基板设置；

所述第三二极管和所述第四二极管的阳极与所述安装基板的安装位贴合，所述第三二极管和所述第四二极管的阴极背离所述安装基板设置。

3.如权利要求2所述的高集成智能功率模块，其特征在于，高集成智能功率模块还包括两个交流输入引脚和两个直流输出引脚；

所述安装基板还包括第四安装位，两个所述交流输入引脚的一端分设于所述第二安装位和所述第三安装位上；两个所述直流输出引脚分设于所述第一安装位和第四安装位。

4.如权利要求3所述的高集成智能功率模块，其特征在于，所述第一安装位、第二安装位、第三安装位、第四安装位呈田字形分布，所述第四安装位具有沿所述基板宽度方向延伸至所述第一安装位和第三安装位之间的延伸部；

所述第一二极管的阴极通过连接线与所述第二安装位连接；

所述第二二极管的阴极通过连接线与所述第三安装位连接；

所述第三二极管的阴极通过连接线与所述延伸部连接；

所述第四二极管的阴极通过连接线与所述第四安装位连接。

5.如权利要求4所述的高集成智能功率模块，其特征在于，通过设置多个所述连接线的导电框架将各所述连接线整体安装至所述安装基板上对应位置，并在安装后切割掉所述导电框架，以形成所述整流桥的连接线，以及两个所述交流输入引脚和两个所述直流输出引脚。

6.如权利要求4所述的高集成智能功率模块，其特征在于，所述连接线在各所述整流桥的二极管与对应的所述安装位之间呈弧形或者台阶设置。

7.如权利要求1至6任意一项所述的高集成智能功率模块，其特征在于，所述基板沿长度方向从左到右依次包括第一区域和第二区域；所述整流桥和所述功率组件分设于所述第一区域和所述第二区域。

8.如权利要求7所述的高集成智能功率模块，其特征在于，所述功率组件包括PFC功率开关模块和IPM模块；

所述PFC功率开关模块设置于所述第二区域靠近所述第一区域的一侧，所述IPM模块设置于所述第二区域远离所述第一区域的一侧。

9.如权利要求8所述的高集成智能功率模块，其特征在于，所述IPM模块的数量为多个；

所述IPM模块至少包括风机IPM模块和压缩机IPM模块。

10.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的高集成智能功率模块。