CN219999843U - 一种高集成的单相功率装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高集成的单相功率装置，包括降温器、多个两两并联的功率芯片管、复合Busbar组件和驱动控制PCBA，其中，功率芯片管固定在降温器的上表面，复合Busbar组件通过降温器的固定安装柱与降温器连接，并与功率芯片管的端子电气连接；驱动控制PCBA固定在复合Busbar组件上方，驱动控制PCBA的针脚焊接孔与功率芯片管的驱动针脚电气连接。与现有技术相比，本实用新型具有实现功率芯片管的集成式热管理等优点。

Description

一种高集成的单相功率装置

技术领域

本实用新型涉及功率组件领域，尤其是涉及一种高集成的单相功率装置。

背景技术

随着新能源汽车技术的快速发展，市场新能源汽车的市场普及率也得到大幅提升。驱动电机控制器作为新能源汽车核心三电之一，起着直流向交流逆变、交流向直流的整流作用。IGBT模块作为实现电流逆变和整流的功率器件，其散热性能、输出功率以及集成度，是制约IGBT乃至控制器集成化、轻量化、小型化发展的重要瓶颈。

传统新能源电机控制器，通常采用单独封装的IGBT模块，单个模块功率受限于模块厂商封装方式的限制，很难实现单个模块所有电流范围内的兼容，想要精确匹配市场对不同功率电机控制器的使用需求存在一定难度。此外，常规IGBT模块本体为长方体封装壳，内部封装有半导体芯片，通常模块只预留散热PIN针或散热底板，很少有散热水道与模块的集成方案，模块需要单独在外壳上设计独立的冷却水道；另一方面，现有模块封装时，通常只留出动力端子和信号PIN针，控制器端通常需要设计转接动力Busbar、驱动电路板，控制器总成装配工艺相对复杂。

现有技术的技术方案如图2所示，图2中的技术方案公开了一种常规的IGBT模块，该IGBT模块封装时已设定了额定电压和电流，只能在指定电压平台和额定电流的控制器中使用，对于低电压和小电流平台控制器，该方案模块输出性能存在过多富余，经济效益差，对于更高电压或更大电流的平台控制器中，无法实现输出性能的扩展。除此之外，该模块底部为平板式结构，需要在控制器内部额外设置散热水道进行接触式散热，散热效果有待进一步提升和优化。其次，常规IGBT模块只设有驱动针脚和动力端子，模块封装内无法实现与驱动控制PCBA的有效集成，需要控制器内部独自设计驱动电路单元，加大的控制器开发难度和开发成本，不利于控制器结构集成化、小型化设计。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种高集成的单相功率装置，本实用新型通过并联功率芯片管，实现了功率模组输出电流的大范围覆盖，同时集成了功率芯片管的降温器，实现功率芯片管的集成式热管理。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高集成的单相功率装置，包括降温器、多个两两并联的功率芯片管、复合Busbar组件和驱动控制PCBA，其中，

功率芯片管固定在降温器的上表面，

复合Busbar组件通过降温器的固定安装柱与降温器连接，并与功率芯片管的端子电气连接；

驱动控制PCBA固定在复合Busbar组件上方，驱动控制PCBA的针脚焊接孔与功率芯片管的驱动针脚电气连接；

所述降温器包括降温壳体和密封盖板，所述降温壳体内设有冷却槽，所述冷却槽设有均匀布置的冷却PIN针，密封盖板与降温壳体形成一个封闭腔体，降温壳体上表面设有导热陶瓷板，降温器通过导热陶瓷板将功率芯片管固定在降温器的上表面；

所述功率芯片管，两端分别设有正极端子和负极端子，负极端子边缘设有两个驱动针脚。

进一步地，所述驱动针脚呈L形，垂直于功率芯片管，且竖直向上。

进一步地，所述功率芯片管底部设有散热铜板，所述散热铜板与降温器的导热陶瓷板通过高温回流焊固定连接。

进一步地，复合Busbar组件包括叠层复合盖板、下夹层盖板、上夹层盖板、正负复合载流排和交流载流排，其中，

所述正负复合载流排包括正极载流排和负极载流排，正极载流排和负极载流排之间通过PET膜热压成型叠层在一起；

所述正负复合载流排平铺在叠层复合盖板上表面，并通过上夹层盖板压紧固定；交流载流排固定在叠层复合盖板下方，并通过下夹层盖板压紧固定。

进一步地，Busbar组件设有多个端口，端口包括：正极载流排上设置的正极输入端口和正极输出端口；负极载流排上设置的负极输入端口和负极输出端口；交流载流排上设置的交流输出端口和交流输入端口；

所述正极输出端口与正极端子通过激光焊接，负极输出端口与负极端子通过激光焊接，交流输入端口同时与功率芯片管的正极端子和负极端子通过激光焊接。

进一步地，所述叠层复合盖板上表面设有直流槽，直流槽内容纳正负复合载流排；

叠层复合盖板下表面设有交流槽，交流槽内容纳交流载流排；

叠层复合盖板中间设有两个安装过孔，通过安装过孔固定叠层复合盖板；

叠层复合盖板的一侧设有两个安装避让孔，通过安装避让孔固定正负复合载流排。

进一步地，所述叠层复合盖板的四周设有四个PCBA安装支柱，驱动控制PCBA通过PCBA安装支柱固定在复合Busbar组件上方。

进一步地，所述下夹层盖板与叠层复合盖板相对应，下夹层盖板的中间设有底层安装过孔；

下夹层盖板的背面设有芯片管限位槽，芯片管限位槽内容纳功率芯片管，芯片管限位槽的一周设有限位凸台，限位凸台限制固定功率芯片管的正极端子、负极端子和驱动针脚。

进一步地，驱动控制PCBA为一长方形驱动电路板，驱动控制PCBA两侧长边设有两组针脚焊接孔，针脚焊接孔与功率芯片管的驱动针脚锡焊电气连接。

进一步地，驱动控制PCBA两侧短边设有两组PCBA安装限位孔，PCBA安装支柱穿过PCBA安装限位孔，驱动控制PCBA固定在复合Busbar组件上方。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型采用两两并联的方式布置功率芯片管，这种结构也可以通过增加并联的功率芯片管数量来提升功率模组的电流输出能力，实现三并联或者四并联等，以此匹配不同功率平台的电机控制器，实现了功率模组输出电流的大范围覆盖。

(2)本实用新型集成降温器，降温器内部集成有冷却PIN针，可以通过调整降温器内部的冷却PIN针密集程度，来提升功率模组的散热效果，降低功率芯片管温升，散热效果好，且集成度高，可以满足功率芯片管在复杂工况下的热管理使用需求，降低了功率芯片管因温升过高而发生故障的风险。

附图说明

图1为本实用新型的结构爆炸示意图；

图2为本实用新型的结构和常规IGBT模块的结构对比图，图2(a)为本实用新型的结构示意图，图2(b)为常规IGBT模块的结构示意图；

图3为本实用新型的降温器的结构示意图；

图4为本实用新型的功率芯片管的结构示意图；

图5为本实用新型的复合Busbar组件的结构示意图；

图6为本实用新型的复合Busbar组件的结构爆炸示意图；

图7为本实用新型的叠层复合盖板的结构示意图；

图8为本实用新型的下夹层盖板的结构示意图；

图9为本实用新型的驱动控制PCBA的结构示意图；

图中，1.降温器；2.功率芯片管；3.复合Busbar组件；4.驱动控制PCBA；11.降温壳体；12.密封盖板；11-1.冷却槽；11-2.冷却PIN针；11-3.导热陶瓷板；11-4.固定安装柱；21.正极端子；22.负极端子；23.驱动针脚；24.散热铜板；3A.正极输入端口；3B.负极输入端口；3C.交流输出端口；3D.正极输出端口；3E.负极输出端口；3F.交流输入端口；31.叠层复合盖板；32.下夹层盖板；33.上夹层盖板；34.正负复合载流排；34A.正极载流排；34B.负极载流排；35.交流载流排；31-1.直流槽；31-2.交流槽；31-3.安装过孔；31-4.安装避让孔；31-5.PCBA安装支柱；32-1.底层安装过孔；32-2.芯片管限位槽；32-3.限位凸台；41.针脚焊接孔；42.PCBA安装限位孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

本实用新型旨在提供一种高集成单相功率模组。相对于图2中常规IGBT模块结构，本实用新型的高集成单相功率模组，集成了驱动控制PCBA、复合功率载流排、功率芯片管及相应的降温器。本实用新型有以下优点：

第一，通过并联功率芯片管，实现了功率模组输出电流的大范围覆盖；第二，集成了功率芯片管的降温器，实现功率芯片管的集成式热管理；第三，该方案集成了复合功率载流排，降低了功率模组的寄生和杂散电感，降低浪涌电压对功率芯片管的冲击；第四，该方案自上而下叠层布置了驱动控制PCBA、复合功率载流排、功率芯片管及降温器，层次清晰，集成度高，安装便捷，互换性高，易于维护，降低了控制器的开发难度和开发成本。

本实用新型的结构爆炸示意图如图1所示，本实用新型提出一种高集成的单相功率装置。装置包括降温器1、功率芯片管2、复合Busbar组件3、驱动控制PCBA4。功率芯片管2采用两两并联的方式布置，通过高温回流焊固定在降温器1的上表面。复合Busbar组件3，通过螺栓固定在降温器上固定安装柱11-4上，并通过激光焊接与功率芯片管2的端子电气连接。驱动控制PCBA 4固定复合在Busbar组件3上方，PCBA针脚焊接孔41与功率芯片管2的驱动针脚23通过锡焊电气连接。在一些实施例中，功率芯片管2的数量为4个。

如图3所示，降温器1为长条状的铝合金腔体结构，包含降温壳体11、密封盖板12。降温壳体11内部设有冷却槽11-1，冷却槽设有均匀布置的冷却PIN针11-2，密封盖板12通过搅拌摩擦焊接实现与降温壳体11形成一个封闭腔体。降温壳体11上表面设有导热陶瓷板11-3，用于固定功率芯片管2，导热陶瓷板11-3两侧设有一对固定安装柱11-4，用于安装固定复合Busbar组件3。

如图4所示，功率芯片管2，两端分别设有正极端子21和负极端子22，负极端子22边缘设有两个驱动针脚23，驱动针脚23呈L形，垂直于功率芯片管2，竖直向上。功率芯片管2底部设有散热铜板24，散热铜板24与降温器1的导热陶瓷板通过高温回流焊固定连接，并实现热量传递。

如图5和图6所示，复合Busbar组件3,由叠层复合盖板31、下夹层盖板32、上夹层盖板33、正负复合载流排34、交流载流排35构成。正负复合载流排34，包含正极载流排34A、负极载流排34B,正极载流排34A和负极载流排34B，彼此之间通过PET膜热压成型叠层在一起。正负复合载流排34平铺在叠层复合盖板31上表面，并通过上夹层盖板33压紧固定；交流载流排35固定在叠层复合盖板31下方，并通过下夹层盖板32压紧固定。以此方式，实现正极载流排34A、负极载流排34B、交流载流排35的空间上叠层式布局结构，以降低复合Busbar组件3的杂散电感。如图5所示，复合Busbar组件3，设有多个端口，正极载流排34A上分别为正极输入端口3A、正极输出端口3D；负极载流排34B上分别为负极输入端口3B、负极输出端口3E；交流载流排35上分别为交流输出端口3C、交流输入端口3F。复合Busbar组件3的正极输出端口3D与正极端子21通过激光焊接，负极输出端口3E与负极端子22通过激光焊接，交流输入端口3F同时与功率芯片管2的正极端子21和负极端子22通过激光焊接。

如图7所示，叠层复合盖板31为长条状薄板结构，叠层复合盖板31上表面设有直流槽31-1，用于容纳正负复合载流排34，叠层复合盖板31下表面设有交流槽31-2，用于容纳交流载流排35；叠层复古盖板31中间设有两个安装过孔31-3，用于固定叠层复合盖板31；叠层复合盖板31的一侧设有两个安装避让孔31-4，用于固定正负复合载流排34。叠层复合盖板31的四周设有四个PCBA安装支柱31-5。

如图8所示，下夹层盖板32为长条状薄板结构，下夹层盖板32与叠层复合盖板31相对应，中间设有底层安装过孔32-1。下夹层盖板32的背面设有芯片管限位槽32-2，用于容纳功率芯片管2,芯片管限位槽32-2一周设有限位凸台32-3，用于限制固定功率芯片管2的正极端子21、负极端子22和驱动针脚23。

如图9所示，驱动控制PCBA 4为一长方形驱动电路板，驱动控制PCBA 4两侧长边设有两组针脚焊接孔41，用于与功率芯片管2的驱动针脚23锡焊电气连接；驱动控制PCBA 4两侧短边设有两组PCBA安装限位孔42，用于将驱动PCBA 4与叠层复合盖板31的PCBA安装支柱31-5相固定。

叠层复合盖板31为长条状薄板结构，叠层复合盖板31上表面设有直流槽31-1，用于容纳正负复合载流排34，叠层复合盖板31下表面设有交流槽31-2，用于容纳交流载流排35；叠层复古盖板31中间设有两个安装过孔31-3，用于固定叠层复合盖板31；叠层复合盖板31的一侧设有两个安装避让孔31-4，用于固定正负复合载流排34。叠层复合盖板31的四周设有四个PCBA安装支柱31-5。

的下夹层盖板32为长条状薄板结构，下夹层盖板32与叠层复合盖板31相对应，中间设有底层安装过孔32-1。下夹层盖板32的背面设有芯片管限位槽32-2，用于容纳功率芯片管2,芯片管限位槽32-2一周设有限位凸台32-3，用于限制固定功率芯片管2的正极端子21、负极端子22和驱动针脚23。

驱动控制PCBA 4为一长方形驱动电路板，驱动控制PCBA 4两侧长边设有两组针脚焊接孔41，用于与功率芯片管2的驱动针脚23锡焊电气连接；驱动控制PCBA 4两侧短边设有两组PCBA安装限位孔42，用于将驱动PCBA 4与叠层复合盖板31的PCBA安装支柱31-5相固定。

本实用新型设计了一种可拓展的功率组件集成方式。功率芯片管共有四个，采用两两并联的方式布置，这种结构也可以通过增加并联的功率芯片管数量来提升功率模组的电流输出能力，实现三并联或者四并联等，以此匹配不同功率平台的电机控制器。同时，本实用新型设计了一种集成式散热系统的功率组件。功率芯片管与底板降温器通过回流焊实现固定。降温器内部集成有冷却PIN针，可以通过调整降温器内部的冷却PIN针密集程度，来提升功率模组的散热效果，降低功率芯片管温升，以此提升功率芯片管的电流输出能力。本实用新型还设计了一种与功率芯片管集成的busbar组件。正负复合载流排、交流载流排与上夹层盖板、叠层复合盖板、下夹层盖板，交叉叠层组合形成Busbar组件，Busbar组件固定在功率芯片管上方，通过激光焊接与功率芯片管电气连接。这样整个零部件安装结构可靠性更高，抗振动性更好；同时，叠层式的Busbar组件，电流分布均匀，杂散电感低，电磁兼容性好。

组装本实用新型得到具体步骤为：

首先，组装降温器。

将降温壳体11和密封盖板12通过搅拌摩擦焊接成为一体式结构，然后导热陶瓷板11-3通过钎焊方式，固定到降温壳体11的上端面。

然后，组装复合Busbar组件3。

将正极载流排34A、负极载流排34B采用PET膜热压成一体式正负复合载流排34，然后将正负复合载流排34放置到叠层复合盖板31的直流槽31-1内，再将交流载流排35放置到叠层复合盖板的交流槽32-1内。然后，分别将上夹层盖板33和下夹层盖板32扣在叠层复合盖板31的上下两侧，并将正负复合载流排34、交流载流排35分别压住。

接着，合装复合Busbar组件3、功率芯片管2、降温器1。

将功率芯片管2的散热铜板24上涂上钎料，然后将功率芯片管2放置到降温器1的导热陶瓷板11-3上，通过高温焊接固定好功率芯片管2。再将复合Busbar组件3放置到降温器1的正上方，并通过螺栓穿过复合Busbar组件3的安装过孔31-3、底层安装过孔32-1，将复合Busbar组件3固定到降温器1的固定安装柱11-4上。

最后，安装驱动控制PCBA 4。

将驱动控制PCBA 4放置到复合Busbar组件3的上方，并将功率芯片管2的驱动针脚23穿过驱动控制PCBA 4的针脚焊接孔。并通过螺栓穿过驱动控制PCBA4的PCBA安装限位孔42，固定到复合Busbar组件3的PCBA安装支柱31-5上。最后，通过锡焊的方式，将功率芯片管2的驱动针脚23和驱动控制PCBA 4电气连接。

至此，本实用新型装配完成。本单相功率组件可以选用三个同时使用，就可以作为一个完整的功率逆变组件，搭配相应的控制可以实现对电池短的直流高压电进行逆变，用以驱动电机控制器运转。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高集成的单相功率装置，其特征在于，包括降温器(1)、多个两两并联的功率芯片管(2)、复合Busbar组件(3)和驱动控制PCBA(4)，其中，

功率芯片管(2)固定在降温器(1)的上表面，

复合Busbar组件(3)通过降温器(1)的固定安装柱(11-4)与降温器(1)连接，并与功率芯片管(2)的端子电气连接；

驱动控制PCBA(4)固定在复合Busbar组件(3)上方，驱动控制PCBA(4)的针脚焊接孔(41)与功率芯片管(2)的驱动针脚(23)电气连接；

所述降温器(1)包括降温壳体(11)和密封盖板(12)，所述降温壳体(11)内设有冷却槽(11-1)，所述冷却槽(11-1)设有均匀布置的冷却PIN针(11-2)，密封盖板(12)与降温壳体(11)形成一个封闭腔体，降温壳体(11)上表面设有导热陶瓷板(11-3)，降温器(1)通过导热陶瓷板(11-3)将功率芯片管(2)固定在降温器(1)的上表面；

所述功率芯片管(2)，两端分别设有正极端子(21)和负极端子(22)，负极端子(22)边缘设有两个驱动针脚(23)。

2.根据权利要求1所述的一种高集成的单相功率装置，其特征在于，所述驱动针脚(23)呈L形，垂直于功率芯片管(2)，且竖直向上。

3.根据权利要求1所述的一种高集成的单相功率装置，其特征在于，所述功率芯片管(2)底部设有散热铜板(24)，所述散热铜板(24)与降温器(1)的导热陶瓷板(11-3)通过高温回流焊固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种高集成的单相功率装置，其特征在于，复合Busbar组件(3)包括叠层复合盖板(31)、下夹层盖板(32)、上夹层盖板(33)、正负复合载流排(34)和交流载流排(35)，其中，

所述正负复合载流排(34)包括正极载流排(34A)和负极载流排(34B)，正极载流排(34A)和负极载流排(34B)之间通过PET膜热压成型叠层在一起；

所述正负复合载流排(34)平铺在叠层复合盖板(31)上表面，并通过上夹层盖板(33)压紧固定；交流载流排(35)固定在叠层复合盖板(31)下方，并通过下夹层盖板(32)压紧固定。

5.根据权利要求4所述的一种高集成的单相功率装置，其特征在于，Busbar组件(3)设有多个端口，端口包括：正极载流排(34A)上设置的正极输入端口(3A)和正极输出端口(3D)；负极载流排(34B)上设置的负极输入端口(3B)和负极输出端口(3E)；交流载流排(35)上设置的交流输出端口(3C)和交流输入端口(3F)；

所述正极输出端口(3D)与正极端子(21)通过激光焊接，负极输出端口(3E)与负极端子(22)通过激光焊接，交流输入端口(3F)同时与功率芯片管(2)的正极端子(21)和负极端子(22)通过激光焊接。

6.根据权利要求4所述的一种高集成的单相功率装置，其特征在于，所述叠层复合盖板(31)上表面设有直流槽(31-1)，直流槽(31-1)内容纳正负复合载流排(34)；

叠层复合盖板(31)下表面设有交流槽(31-2)，交流槽(31-2)内容纳交流载流排(35)；

叠层复合盖板(31)中间设有两个安装过孔(31-3)，通过安装过孔(31-3)固定叠层复合盖板(31)；

叠层复合盖板(31)的一侧设有两个安装避让孔(31-4)，通过安装避让孔(31-4)固定正负复合载流排(34)。

7.根据权利要求4所述的一种高集成的单相功率装置，其特征在于，所述叠层复合盖板(31)的四周设有四个PCBA安装支柱(31-5)，驱动控制PCBA(4)通过PCBA安装支柱(31-5)固定在复合Busbar组件(3)上方。

8.根据权利要求4所述的一种高集成的单相功率装置，其特征在于，所述下夹层盖板(32)与叠层复合盖板(31)相对应，下夹层盖板(32)的中间设有底层安装过孔(32-1)；

下夹层盖板(32)的背面设有芯片管限位槽(32-2)，芯片管限位槽(32-2)内容纳功率芯片管(2)，芯片管限位槽(32-2)的一周设有限位凸台(32-3)，限位凸台(32-3)限制固定功率芯片管(2)的正极端子(21)、负极端子(22)和驱动针脚(23)。

9.根据权利要求1所述的一种高集成的单相功率装置，其特征在于，驱动控制PCBA(4)为一长方形驱动电路板，驱动控制PCBA(4)两侧长边设有两组针脚焊接孔(41)，针脚焊接孔(41)与功率芯片管(2)的驱动针脚(23)锡焊电气连接。

10.根据权利要求7所述的一种高集成的单相功率装置，其特征在于，驱动控制PCBA(4)两侧短边设有两组PCBA安装限位孔(42)，PCBA安装支柱(31-5)穿过PCBA安装限位孔(42)，驱动控制PCBA(4)固定在复合Busbar组件(3)上方。