CN218549767U - 一种高功率密度功率变换模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子技术领域，一种高功率密度功率变换模块，其中所述导热基板的两侧表面包覆用于导热的铜箔，陶瓷覆铜基板焊接在导热基板正面的中部，所述SIC‑MOSFET模块焊接在陶瓷覆铜基板焊正面，所述PCB基板与SIC‑MOSFET模块对接安装，且SIC‑MOSFET模块焊接在PCB基板背面，所述电容板通过焊接螺母对接的方式安装在PCB基板的正面，所述功能板插装在PCB基板上并与PCB基板电性连接，所述控制主板与功能板电性连接，且所述功能板水平设置并与所述热基板和PCB基板平行。本功率变换模块可解决现有逆变器功率变换模块功率密度低的问题。

Description

一种高功率密度功率变换模块

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是一种高功率密度功率变换模块。

背景技术

现有市场大功率逆变器采用IGBT技术和传统生产工艺，安装工艺复杂，空间利用率低；由于IGBT的固有特性，整机设备工作频率相对较低，制约内部滤波器件的选型，内部滤波器件的整体尺寸偏大，致使整机功率密度无法实现有效提升，不能有效实现设备的小型化和特殊场合的应用。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出一种高功率密度功率变换模块，本功率变换模块可解决现有逆变器功率变换模块功率密度低的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种高功率密度功率变换模块，包括导热基板、陶瓷覆铜基板、 SIC-MOSFET模块、PCB基板、电容板、功能板和控制主板，其中所述导热基板的两侧表面包覆用于导热的铜箔，陶瓷覆铜基板焊接在导热基板正面的中部，所述SIC-MOSFET模块焊接在陶瓷覆铜基板焊正面，所述PCB基板与 SIC-MOSFET模块对接安装，且SIC-MOSFET模块焊接在PCB基板背面，所述电容板通过焊接螺母对接的方式安装在PCB基板的正面，所述功能板插装在 PCB基板上并与PCB基板电性连接，所述控制主板与功能板电性连接，且所述功能板水平设置并与所述热基板和PCB基板平行。

作为优选的，所述导热基板为矩形板，所述陶瓷覆铜基板有两块且为矩形板，且两块沿导热基板宽度方向间隔的对称设置。

作为优选的，所述导热基板的四个边角处设有第一安装孔，所述PCB基板的底面四个边角处设有第一焊接安装柱，所述PCB基板和导热基板通过螺栓穿过第一安装孔旋接于第一焊接安装柱的方式连接。

作为优选的，所述PCB基板顶面的前侧边缘和中部具有第二焊接安装柱，所述PCB基板顶面的左侧、右侧和后侧均具有通讯端子，所述功能板包括信号采样板、电源板和驱动板，所述信号采样板、电源板和驱动板均具有通讯插针，信号采样板、电源板和驱动板通过通讯插针与PCB基板的通讯端子插装。

作为优选的，所述信号采样板、电源板和驱动板均竖直设置，且信号采样板、电源板和驱动板之间形成容纳电容板上的电容的空腔。

作为优选的，所述信号采样板和电源板安装在PCB基板顶面宽度方向的两侧，驱动板安装在PCB基板顶面的后侧。

作为优选的，所述信号采样板、电源板和驱动板内侧靠近顶面位置均设有焊接安装柱，所述控制主板具有与信号采样板、电源板和驱动板上焊接安装柱位置对应的多个第二安装孔，所述控制主板与信号采样板、电源板和驱动板均通过螺栓穿过第二安装孔旋接于焊接安装柱的方式连接。

作为优选的，所述控制主板为双层主板模块。

作为优选的，所述控制主板与所述信号采样板、电源板和驱动板均通过插装端子实现模拟量传递。

使用本实用新型的有益效果是：

本高功率密度功率变换模块中，用SIC-MOSFET模块替代IGBT，可提高整机工作频率，有效降低整机尺寸，功率变换模块中各个部件之间的连接多为焊接或直接插装，各个部件简化安装，生产效率更高。SIC-MOSFET模块的安装采用陶瓷覆铜基板焊接的方式实现，增大了PCB印制板的空间利用率，为高功率密度设计提供设计空间，且安装方式有效的避免传统安装方式造成的安装工艺复杂、绝缘强度差、导热率差、一致性差等缺陷。

本高功率密度功率变换模块整体功率密度高，集成度高，体积小，可作为一个组件同其他组件进行组合，可有效提高设计灵活度和降低整机尺寸。

附图说明

图1为本实用新型高功率密度功率变换模块的爆炸图。

图2为本实用新型高功率密度功率变换模块的结构示意图。

图3为导热基板、陶瓷覆铜基板及SIC-MOSFET模块的结构示意图。

图4为PCB基板、电容板的结构示意图。

图5为信号采样板、电源板、驱动板的结构示意图。

附图标记包括：

1-导热基板、2-陶瓷覆铜基板、3-SIC-MOSFET模块、4-PCB基板、5-电容板、6-信号采样板、7-电源板、8-驱动板、9-控制主板；

11-第一安装孔、41-第一焊接安装柱、42-通讯端子、43-第二焊接安装柱、51-电容块、52-安装螺钉、61-通讯插针、62-第三焊接安装柱、71-第五焊接安装柱，81-第四焊接安装柱、91-第二安装孔。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

如图1-图5所示，本实施例提出一种高功率密度功率变换模块，包括导热基板1、陶瓷覆铜基板2、SIC-MOSFET模块3、PCB基板4、电容板5、功能板和控制主板9，其中导热基板1的两侧表面包覆用于导热的铜箔，陶瓷覆铜基板2焊接在导热基板1正面的中部，SIC-MOSFET模块3焊接在陶瓷覆铜基板2焊正面，PCB基板4与SIC-MOSFET模块3对接安装，且SIC-MOSFET 模块3焊接在PCB基板4背面，电容板5通过焊接螺母对接的方式安装在PCB 基板4的正面，功能板插装在PCB基板4上并与PCB基板4电性连接，控制主板9与功能板电性连接进行模拟量传递，且功能板水平设置并与热基板和 PCB基板4平行。本实施例中，SIC-MOSFET模块3为功率MOS管。

本实施例中，在结构上，SIC-MOSFET模块3选用TO-247封装，体积小，空间利用率高。导热基板1、陶瓷覆铜基板2、SIC-MOSFET模块3、PCB基板 4、电容板5和控制主板9基本采用叠层设计，各功能组件均采用模块化设计，有效利用空间尺寸，实现体积最小化。

在技术上，SIC-MOSFET模块3安装采用陶瓷覆铜基板2焊接的安装方式，通过陶瓷覆铜基板2实现SIC-MOSFET模块3中的功率MOS管与导热基板1 的连接，满足功率管绝缘和散热的要求，整个SIC-MOSFET模块3的安装固定无需螺钉固定，安装工艺简单，降低安装难度，因无需预留SIC-MOSFET模块3的安装孔，可有效节省顶部PCB板设计空间。

如图3所示，本实用新型中，采用陶瓷覆铜基板2(DBC)焊接的方式实现实现SIC-MOSFET模块3的安装，陶瓷覆铜基板2为双面陶瓷覆铜基板2，两面为铜箔，中间为陶瓷绝缘片。安装时，首先采用高温焊料将陶瓷覆铜基板2焊接铝或铜基板上，再用低温焊料将SIC-MOSFET模块3焊接在陶瓷覆铜基板2另一覆铜面，陶瓷覆铜基板2具有良好的绝缘和高导热的特性，可满足SIC-MOSFET模块3的导热和绝缘需求；陶瓷覆铜基板2焊接的优势是 SIC-MOSFET模块3的安装无需进行螺钉固定，顶部PCB板无需设计螺钉安装孔和考虑安全间距，可有效增强PCB和产品的设计空间，为高功率密度设计提供空间设计基础。

导热基板1为矩形板，陶瓷覆铜基板2有两块且为矩形板，且两块沿导热基板1宽度方向间隔的对称设置。

如如3、图4所示，导热基板1的四个边角处设有第一安装孔11，PCB 基板4的底面四个边角处设有第一焊接安装柱41，PCB基板4和导热基板1 通过螺栓穿过第一安装孔11旋接于第一焊接安装柱41的方式连接。PCB基板4顶面的前侧边缘和中部具有第二焊接安装柱43，第二焊接安装柱43用于连接PCB基板4和电容板5，PCB基板4顶面的左侧、右侧和后侧均具有通讯端子42，功能板包括信号采样板6、电源板7和驱动板8，信号采样板6、电源板7和驱动板8均具有通讯插针61，信号采样板6、电源板7和驱动板 8通过通讯插针61与PCB基板4的通讯端子42插装。信号采样板6、电源板 7和驱动板8均竖直设置，且信号采样板6、电源板7和驱动板8之间形成容纳电容板5上的电容的空腔。信号采样板6和电源板7安装在PCB基板4顶面宽度方向的两侧，驱动板8安装在PCB基板4顶面的后侧。

电容板5为双层结构，其上层板焊接电容块51，电容板5的上层板、电容板的下层板均通过安装螺钉52安装在第二焊接安装柱43上，形成PCB基板4和电容板5的连接。

如图5所示，信号采样板6、电源板7和驱动板8内侧靠近顶面位置均设有焊接安装柱，控制主板9具有与信号采样板6、电源板7和驱动板8上焊接安装柱位置对应的多个第二安装孔91，控制主板9与信号采样板6、电源板7和驱动板8均通过螺栓穿过第二安装孔91旋接于焊接安装柱的方式连接。本实施例中，信号采样板6的内侧顶部具有第三焊接安装柱62，驱动板 8内侧顶部具有第四焊接安装柱81，类似的电源板7的内侧顶部具有第五焊接安装柱71，控制主板9与信号采样板6、电源板7和驱动板8通过第三焊接安装柱62、第四焊接安装柱81和第五焊接安装柱71连接，安装和拆卸非常简便。

控制主板9为双层主板模块。控制主板9与信号采样板6、电源板7和驱动板8均通过插装端子实现电性连接，从而实现模拟量传递。

本高功率密度功率变换模块的安装步骤为：

步骤一、先将陶瓷覆铜基板2通过高温焊料焊接到导热基板1，待冷却后，再通过低温焊料将SIC-MOSFET模块3焊接到陶瓷覆铜基板2(DBC)2 中。

步骤二、将PCB基板4与SIC-MOSFET模块3对接安装，将SIC-MOSFET 模块3焊接在PCB基板4中

步骤三、通过焊接螺母对接的方式，将电容板5安装在PCB基板4的上方

步骤四、将电源板7、信号采样板6、驱动板8插入PCB基板4对应的接口，并通过固定焊接螺母固定；

步骤五、将主控板通过接插件同电源板7、信号采样板6、驱动板8对接，并通过固定焊接螺母固定。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本实用新型的构思，均属于本专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种高功率密度功率变换模块，其特征在于：包括导热基板、陶瓷覆铜基板、SIC-MOSFET模块、PCB基板、电容板、功能板和控制主板，其中所述导热基板的两侧表面包覆用于导热的铜箔，陶瓷覆铜基板焊接在导热基板正面的中部，所述SIC-MOSFET模块焊接在陶瓷覆铜基板焊正面，所述PCB基板与SIC-MOSFET模块对接安装，且SIC-MOSFET模块焊接在PCB基板背面，所述电容板通过焊接螺母对接的方式安装在PCB基板的正面，所述功能板插装在PCB基板上并与PCB基板电性连接，所述控制主板与功能板电性连接，且所述功能板水平设置并与所述热基板和PCB基板平行。

2.根据权利要求1所述的高功率密度功率变换模块，其特征在于：所述导热基板为矩形板，所述陶瓷覆铜基板有两块且为矩形板，且两块沿导热基板宽度方向间隔的对称设置。

3.根据权利要求1所述的高功率密度功率变换模块，其特征在于：所述导热基板的四个边角处设有第一安装孔，所述PCB基板的底面四个边角处设有第一焊接安装柱，所述PCB基板和导热基板通过螺栓穿过第一安装孔旋接于第一焊接安装柱的方式连接。

4.根据权利要求1所述的高功率密度功率变换模块，其特征在于：所述PCB基板顶面的前侧边缘和中部具有第二焊接安装柱，所述PCB基板顶面的左侧、右侧和后侧均具有通讯端子，所述功能板包括信号采样板、电源板和驱动板，所述信号采样板、电源板和驱动板均具有通讯插针，信号采样板、电源板和驱动板通过通讯插针与PCB基板的通讯端子插装。

5.根据权利要求4所述的高功率密度功率变换模块，其特征在于：所述信号采样板、电源板和驱动板均竖直设置，且信号采样板、电源板和驱动板之间形成容纳电容板上的电容的空腔。

6.根据权利要求4所述的高功率密度功率变换模块，其特征在于：所述信号采样板和电源板安装在PCB基板顶面宽度方向的两侧，驱动板安装在PCB基板顶面的后侧。

7.根据权利要求4所述的高功率密度功率变换模块，其特征在于：所述信号采样板、电源板和驱动板内侧靠近顶面位置均设有焊接安装柱，所述控制主板具有与信号采样板、电源板和驱动板上焊接安装柱位置对应的多个第二安装孔，所述控制主板与信号采样板、电源板和驱动板均通过螺栓穿过第二安装孔旋接于焊接安装柱的方式连接。

8.根据权利要求1所述的高功率密度功率变换模块，其特征在于：所述控制主板为双层主板模块。

9.根据权利要求4所述的高功率密度功率变换模块，其特征在于：所述控制主板与所述信号采样板、电源板和驱动板均通过插装端子实现模拟量传递。

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