CN220798619U - 一种三相无刷电机功率驱动模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电路驱动模块，尤其涉及一种带温度感测功能的三相无刷电机功率驱动模块。包括底层电路，底层电路包括：第一基岛、第二基岛、第三基岛和第四基岛，所述第一基岛~第四基岛分别设有承载面，将六个MOS三极管芯片集成在一个底层电路上，大大缩小了器件的尺寸，应用时，占用空间小；并且在应用时，只需将器件直接焊接到PCB板上，简化了应用时焊接工艺，节约焊接材料；缩短了器件电路之间的连接线路的长度，减小了分布参数产生的高频干扰。对外可输出温度感应信号，为监控模块工作状态提供方便，有利于系统电路的可靠工作。形成的产品为扁平式贴片封装外形，适用于SMT自动化安装工艺，具有体积小、内部分布参数影响小且成本低的优点。

Description

一种三相无刷电机功率驱动模块

技术领域

本实用新型涉及一种电路驱动模块，尤其涉及一种带温度感测功能的三相无刷电机功率驱动模块。

背景技术

随着三相无刷电机在各个领域的广泛应用，其高转速、低噪声、平滑性、可靠性要求越来越高；系统成本要求越来越低。实现上述要求，除电机、控制板以外，功率驱动电路具有至关重要作用。

现有技术的驱动电路，一般采用六只MOS三极管分立器件，通过PCB线路板进行电路连接，实现三相电机驱动功能。从电路性能看，分立器件在线路板上需要通过较多、较长的线路排布来完成相互之间的连接，在高速电机要求控制频率较高的情况下，PCB板中的排线会因长且曲折，存在分布电感或电容，从而影响电器性能，引起电机运转平滑性欠佳和驱动电路功耗增加；由于功率MOS三极管体积大、数量多（6只），占用了较大的PCB板面积，影响了产品的小型化及材料成本；功率MOS三极管芯片的装配焊接占用人工成本较高的问题。

发明内容

本实用新型针对以上问题，提供了一种可靠性高、性能平稳、安装应用方便、成本低、适应于产品小型化、生产自动化的三相无刷电机功率驱动模块。

本实用新型的技术方案是：包括底层电路，

所述底层电路包括：第一基岛、第二基岛、第三基岛和第四基岛，所述第一基岛~第四基岛分别设有承载面，

所述第一基岛设有正电源电源输入端子和三个承载面，所述三个承载面分别连接MOS三极管芯片一~三的D极；

在所述第一基岛的外侧设有：

与所述MOS三极管芯片一的位置相适配的MOS三极管芯片一G极引出端子；

与所述MOS三极管芯片二的位置相适配的MOS三极管芯片二G极引出端子；

与所述MOS三极管芯片三的位置相适配的MOS三极管芯片三G极引出端子；

所述MOS三极管芯片一G极引出端子、MOS三极管芯片二G极引出端子和MOS三极管芯片三G极引出端子分别采用连接丝与MOS三极管芯片一的G极、MOS三极管芯片二的G极和MOS三极管芯片三的G一一对应连接；

所述MOS三极管芯片一的S极通过连接线连接所述第二基岛；

所述MOS三极管芯片二的S极通过连接线连接所述第三基岛；

所述MOS三极管芯片三的S极通过连接线连接所述第四基岛；

在所述第二基岛的承载面上连接MOS三极管芯片四的D极，所述MOS三极管芯片四的G极通过连接丝连接MOS三极管芯片四的G极引出端子，所述MOS三极管芯片四的源极通过连接线连接MOS三极管芯片四的S极引出端子，所述第二基岛还设有U极端子，用于连接三相无刷电机的U极；

在所述第三基岛的承载面上连接MOS三极管芯片五的D极，所述MOS三极管芯片五的G极通过连接丝连接MOS三极管芯片五的G极引出端子，所述MOS三极管芯片五的源极通过连接线连接MOS三极管芯片五的S极引出端子，所述第三基岛还设有V极端子，用于连接三相无刷电机的V极；

在所述第四基岛的承载面上连接MOS三极管芯片六的D极，所述MOS三极管芯片六的G极通过连接丝连接MOS三极管芯片六的G极引出端子，所述MOS三极管芯片六的源极通过连接线连接MOS三极管芯片六的S极引出端子，所述第四基岛还设有W极端子，用于连接三相无刷电机的W极。

进一步地，还包括感温电路，所述感温电路包括感温端子一、感温端子二和感温电阻；所述感温电阻串联连接在所述感温端子一与感温端子二之间，所述感温电阻与所述第一~四基岛共同设于封装体内。

进一步地，感温端子一和感温端子二的端口从矩形形状范围的顶边或侧边伸出。

进一步地，所述感温电阻设在所述封装体内的热量敏感区。

进一步地，在所述第二基岛、第三基岛和第四基岛上分别设有段差面。

进一步地， 在所述第一基岛朝向两侧边的位置分别设有工艺凸边，在所述第二基岛和第四基岛朝向所述矩形形状范围的侧边方向分别设有工艺凸边。

进一步地，还设有控制电路，所述控制电路分别连接所述MOS三极管芯片一~六的G极，以控制所述MOS三极管芯片一~六的通断状态；所述控制电路还连接三相无刷电机的霍尔元件一~三。

进一步地，还设有控制电路，所述控制电路分别连接所述MOS三极管芯片一~六的G极，用以控制所述MOS三极管芯片一~六的通断状态；所述控制电路还连接三相无刷电机的霍尔元件一~三；所述控制电路还连接所述感温端子一和感温端子二。

进一步地，在所述第一基岛的上侧边设有至少三个容置凹槽，用于容置所述MOS三极管芯片一G极引出端子、MOS三极管芯片二G极引出端子和MOS三极管芯片三G极引出端子的根部。

进一步地，在所述第一基岛的下侧边设有三个容置凹槽，用于容置所述第二基岛的U极端子的顶端、第三基岛的V极端子的顶端和第四基岛的W极端子的顶端。

本实用新型相比于现有技术，将六个MOS三极管芯片集成在一个底层电路上，大大缩小了器件的尺寸，在应用时，占用空间小；并且在应用时，只需将本实用新型的器件直接焊接到PCB板上，简化了应用时焊接工艺，节约焊接材料；缩短了器件（MOS芯片）电路之间的连接线路的长度，减小了分布参数产生的高频干扰。

此外，本实用新型对外可输出温度感应信号，为监控模块工作状态提供方便，有利于系统电路的可靠工作。

本实用新型采用模块化设计，形成的产品为扁平式贴片封装外形，适用于SMT自动化安装工艺，具有体积小、内部分布参数影响小且成本低的优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例1底层框架的结构示意图，

图2是本实用新型实施例1的内部构造示意图，

图3是本实用新型实施例1的结构示意图，

图4是本实用新型实施例1的外部形状示意图，

图5是图4的左视图，

图6是本实用新型实施例2底层框架的结构示意图，

图7是本实用新型实施例2的内部构造示意图，

图8是本实用新型实施例2的结构示意图，

图9是本实用新型实施例2的外部形状示意图，

图10是图9的左视图，

图11是本实用新型实施例3的内部构造示意图，

图12是本实用新型使用状态参考图，

图13是控制电路的原理图。

图中：

Ⅰ是第一基岛，Ⅰ1是MOS三极管芯片一，Ⅰ2是MOS三极管芯片二，Ⅰ3是MOS三极管芯片三，

Ⅱ是第二基岛，Ⅱ1是MOS三极管芯片四，

Ⅲ是第三基岛，Ⅲ1是MOS三极管芯片五，

Ⅳ是第四基岛，Ⅳ1是MOS三极管芯片六，Ⅳ11是段差面，

Ⅴ是感温电路，Ⅴ1是感温电阻，

Ⅵ是封装体，

Ⅶ是工艺凸边，

1是MOS三极管芯片四的G极引出端子，

2是MOS三极管芯片四的S极引出端子，

3是U极端子，

4是MOS三极管芯片五的G极引出端子，

5是MOS三极管芯片五的S极引出端子，

6是V极端子，

7是MOS三极管芯片六的G极引出端子，

8是MOS三极管芯片六的S极引出端子，

9是W极端子，

10是感温端子一，

11是感温端子二，

12是MOS三极管芯片三的G极引出端子，

13是MOS三极管芯片二的G极引出端子，

14是MOS三极管芯片一的G极引出端子，

15是电源输入端子，

H1是霍尔元件一，

H2是霍尔元件二，

H3是霍尔元件三。

具体实施方式

下面结合附图1-12详细描述本实用新型的实施例，在以下对本实用新型的描述中， MOS三极管芯片的栅极简称为：G极，MOS三极管芯片的源极简称为：S极，MOS三极管芯片的漏极简称为：D极。

本实用新型包括底层电路，

底层电路包括：第一基岛Ⅰ、第二基岛Ⅱ、第三基岛Ⅲ和第四基岛Ⅳ，第一基岛~第四基岛Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ相互绝缘地布设在一矩形形状范围内，第一基岛~第四基岛Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别设有承载面，

第一基岛Ⅰ设有电源输入端子15和三个承载面，三个承载面分别连接MOS三极管芯片一~三Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3的D极；

在第一基岛的外侧设有：

与MOS三极管芯片一Ⅰ1的位置相适配的MOS三极管芯片一G极引出端子14；

与MOS三极管芯片二Ⅰ2的位置相适配的MOS三极管芯片二G极引出端子13；

与MOS三极管芯片三Ⅰ3的位置相适配的MOS三极管芯片三G极引出端子12；

MOS三极管芯片一G极引出端子14、MOS三极管芯片二G极引出端子13和MOS三极管芯片三G极引出端子12分别采用连接丝与MOS三极管芯片一Ⅰ1的G极、MOS三极管芯片二Ⅰ2的G极和MOS三极管芯片三Ⅰ3的G一一对应连接；

MOS三极管芯片一Ⅰ1的S极通过连接线连接第二基岛Ⅱ；

MOS三极管芯片二Ⅰ2的S极通过连接线连接第三基岛Ⅲ；

MOS三极管芯片三Ⅰ3的S极通过连接线连接第四基岛Ⅳ；

在第二基岛Ⅱ的承载面上连接MOS三极管芯片四Ⅱ1的D极，MOS三极管芯片四Ⅱ1的G极通过连接丝连接MOS三极管芯片四的G极引出端子1，MOS三极管芯片四Ⅱ1的S极通过连接线连接MOS三极管芯片四的S极引出端子2，第二基岛Ⅱ设有U极端子3，用于连接三相无刷电机的U极；

在第三基岛Ⅲ的承载面上连接MOS三极管芯片五Ⅲ1的D极，MOS三极管芯片五Ⅲ1的G极通过连接丝连接MOS三极管芯片五的G极引出端子4，MOS三极管芯片五Ⅲ1的S极通过连接线连接MOS三极管芯片五的S极引出端子5，第三基岛Ⅲ设有V极端子6，用于连接三相无刷电机的V极；

在第四基岛Ⅳ的承载面上连接MOS三极管芯片六Ⅳ1的D极，MOS三极管芯片六Ⅳ1的G极通过连接丝连接MOS三极管芯片六的G极引出端子7，MOS三极管芯片六Ⅳ1的S极通过连接线连接MOS三极管芯片六的S极引出端子8，第四基岛Ⅳ设有W极端子9，用于连接三相无刷电机的W极。

本实用新型还包括感温电路Ⅴ，感温电路Ⅴ包括感温端子一10、感温端子二11和感温电阻Ⅴ1；感温电阻Ⅴ1串联连接在感温端子一10与感温端子二11之间，感温电阻Ⅴ1与第一~四基岛Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共同设于封装体Ⅵ内。

如图1-5所示的实施例1：感温端子一10和感温端子二11的端口从矩形形状范围的封装体Ⅵ顶边伸出。

如图6-10所示的实施例2：感温端子一10和感温端子二11的端口从矩形形状范围的封装体Ⅵ侧边伸出。

鉴于用户在应用时，会在外部壳体上设置散热风扇，导致本实用新型的模块的设置位置存在“上风口”、“下风口”的情况，如感温电阻设置在上风口的一端，那么处于下风口部分温度会较高，而感温电阻检测不到，这样会不能客观地反应出器件的真实温度情况，因此我们提出将感温电阻设在封装体内的热量敏感区。这里的热量敏感区应该理解为能客观反应模块运行时实时平均温度的区域，本领域技术人员结合使用状况，可以改变感温电阻在封装体内的位置，进而能客观体现芯片的运行温度。以上实施方式如图11所示。

此外，由于MOS三极管芯片一Ⅰ1， MOS三极管芯片二Ⅰ2， MOS三极管芯片三Ⅰ3要分别一一对应地与第二基岛、第三基岛和第四基岛顶面连接，而各三极管芯片的顶面高度又高于第二~四基岛顶面高度，本实用新型还提出在第二基岛、第三基岛和第四基岛顶面上分别设有段差面；如图11中仅仅对第四基岛上的段差面Ⅳ11进行了标注。当然也可以加工为V形、n形形式的凸起面，目的是使芯片顶面与连接点的段差面顶面的高度一致或降低高度差。

在第一基岛Ⅰ朝向两侧边的位置分别设有工艺凸边Ⅶ，在第二基岛Ⅱ和第四基岛Ⅳ朝向矩形形状范围的侧边方向分别设有工艺凸边Ⅶ，增加产品的封装稳定性。

本实用新型的器件需控制电路进行控制，如图12所示，控制电路分别连接MOS三极管芯片一~六的G极14、13、12、1、4、7，以控制MOS三极管芯片一~六Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅱ1、Ⅲ1、Ⅳ1的通断状态；控制电路还连接三相无刷电机的霍尔元件一~三H1、H2、H3。控制电路还连接感温端子一10和感温端子二11。关于控制电路的内部构造，鉴于属于本领域常规技术，在本案中不做赘述。

在第一基岛Ⅰ的上侧边设有至少三个容置凹槽，用于容置MOS三极管芯片一G极引出端子14、MOS三极管芯片二G极引出端子13和MOS三极管芯片三G极引出端子12的根部，需保障各引出端子与第一基岛Ⅰ绝缘。

在第一基岛Ⅰ的下侧边设有三个容置凹槽，用于容置第二基岛Ⅱ的U极端子3的顶端、第三基岛Ⅲ的V极端子6的顶端和第四基岛Ⅳ的W极端子9的顶端。上述方案可以减小打丝距离，利于焊接工艺的实施。

以下结合图11进一步说明本实用新型的工作原理：

图11中虚线方框为本实用新型的器件。本实用新型是由六颗MOS三极管芯片、底层电路（基岛）上层连接电路、NTC电阻组成的三相无刷电机的驱动模块。模块设有电机工作电源“+”电源输入端子、可连接外部电流取样电阻或连接电机工作电源“-”的MOS三极管“S”（源极）三个端子、可接收控制信号，实现MOS三极管开通或关断的六个控制端子、可输出模块整体温度变化信号的NTC（感温）电阻引出端子两只。

模块是由Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3高边和Ⅱ1、Ⅲ1、Ⅳ1低边开关组成的MOS三极管驱动器，在控制电路的控制下，对三相无刷电机线圈U、V、W进行换相和驱动，实现正弦波激励PWM驱动功能。

其基本工作原理是控制电路将来自三个霍尔传感器或电机线圈感应电压信号输入至放大器的输入端，经过波形合成的信号通过比较器和三角波转换为PWM信号，由本模块来驱动电机的线圈。U、V、W的电流通、断及换相。PWM信号的等效电压相位为120度相位差的正弦激励波形。120度激励是120度导通60度关断的矩形波激励方法，由于是通过正弦波对零到最大值实施激励，因此工作更平稳，噪声更低。另外，PWM还有助于提高效率。

本实用新型模块内部增设的感温电阻可以即时向控制电路传送模块整体的温度信息，以方便控制电路给出即时的处理信号和保护措施。

Claims (10)

1.一种三相无刷电机功率驱动模块，包括底层电路，其特征在于，

所述底层电路包括：第一基岛、第二基岛、第三基岛和第四基岛，所述第一基岛~第四基岛分别设有承载面；

所述第一基岛设有正电源电源输入端子和三个承载面，所述三个承载面分别连接MOS三极管芯片一~三的D极；

在所述第一基岛的外侧设有：

与所述MOS三极管芯片一的位置相适配的MOS三极管芯片一G极引出端子；

与所述MOS三极管芯片二的位置相适配的MOS三极管芯片二G极引出端子；

与所述MOS三极管芯片三的位置相适配的MOS三极管芯片三G极引出端子；

所述MOS三极管芯片一G极引出端子、MOS三极管芯片二G极引出端子和MOS三极管芯片三G极引出端子分别采用连接丝与MOS三极管芯片一的G极、MOS三极管芯片二的G极和MOS三极管芯片三的G一一对应连接；

所述MOS三极管芯片一的S极通过连接线连接所述第二基岛；

所述MOS三极管芯片二的S极通过连接线连接所述第三基岛；

所述MOS三极管芯片三的S极通过连接线连接所述第四基岛；

在所述第二基岛的承载面上连接MOS三极管芯片四的D极，所述MOS三极管芯片四的G极通过连接丝连接MOS三极管芯片四的G极引出端子，所述MOS三极管芯片四的源极通过连接线连接MOS三极管芯片四的S极引出端子，所述第二基岛还设有U极端子，用于连接三相无刷电机的U极；

在所述第三基岛的承载面上连接MOS三极管芯片五的D极，所述MOS三极管芯片五的G极通过连接丝连接MOS三极管芯片五的G极引出端子，所述MOS三极管芯片五的源极通过连接线连接MOS三极管芯片五的S极引出端子，所述第三基岛还设有V极端子，用于连接三相无刷电机的V极；

在所述第四基岛的承载面上连接MOS三极管芯片六的D极，所述MOS三极管芯片六的G极通过连接丝连接MOS三极管芯片六的G极引出端子，所述MOS三极管芯片六的源极通过连接线连接MOS三极管芯片六的S极引出端子，所述第四基岛还设有W极端子，用于连接三相无刷电机的W极。

2.根据权利要求1所述的一种三相无刷电机功率驱动模块，其特征在于，还包括感温电路，所述感温电路包括感温端子一、感温端子二和感温电阻；所述感温电阻串联连接在所述感温端子一与感温端子二之间，所述感温电阻与所述第一~四基岛共同设于封装体内。

3.根据权利要求2所述的一种三相无刷电机功率驱动模块，其特征在于，感温端子一和感温端子二的端口从矩形形状范围的顶边或侧边伸出。

4.根据权利要求2所述的一种三相无刷电机功率驱动模块，其特征在于，所述感温电阻设在所述封装体内的热量敏感区。

5.根据权利要求1所述的一种三相无刷电机功率驱动模块，其特征在于，在所述第二基岛、第三基岛和第四基岛上分别设有段差面。

6.根据权利要求1所述的一种三相无刷电机功率驱动模块，其特征在于， 在所述第一基岛朝向两侧边的位置分别设有工艺凸边，在所述第二基岛和第四基岛朝向矩形形状范围的侧边方向分别设有工艺凸边。

7.根据权利要求1所述的一种三相无刷电机功率驱动模块，其特征在于，还设有控制电路，所述控制电路分别连接所述MOS三极管芯片一~六的G极，以控制所述MOS三极管芯片一~六的通断状态；所述控制电路还连接三相无刷电机的霍尔元件一~三。

8.根据权利要求2所述的一种三相无刷电机功率驱动模块，其特征在于，还设有控制电路，所述控制电路分别连接所述MOS三极管芯片一~六的G极，用以控制所述MOS三极管芯片一~六的通断状态；所述控制电路还连接三相无刷电机的霍尔元件一~三；所述控制电路还连接所述感温端子一和感温端子二。

9.根据权利要求1所述的一种三相无刷电机功率驱动模块，其特征在于，在所述第一基岛的上侧边设有至少三个容置凹槽，用于容置所述MOS三极管芯片一G极引出端子、MOS三极管芯片二G极引出端子和MOS三极管芯片三G极引出端子的根部。

10.根据权利要求1所述的一种三相无刷电机功率驱动模块，其特征在于，在所述第一基岛的下侧边设有三个容置凹槽，用于容置所述第二基岛的U极端子的顶端、第三基岛的V极端子的顶端和第四基岛的W极端子的顶端。