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CN110071098A - 一种功率模组电容布局的方法 - Google Patents

一种功率模组电容布局的方法 Download PDF

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杨光
杜野
马伯乐
黄小华
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Abstract

本发明提出了一种功率模组电容布局的方法，包括以下步骤：S1.选取电容芯群组、驱动器、MOSFET器件，MOSFET器件为SIC MOSFET器件；S2.从下到上依次设置MOSFET器件、驱动器及电容芯群组；电容芯群组与驱动器间具有间隙，电容芯群组与MOSFET器件电连接并置于MOSFET器件上方，驱动器通过焊接在MOSFET器件的辅助端子上安装固定；S3.将SIC MOSFET器件、驱动器及电容芯群组进行灌装。本发明的技术方案采用环氧树脂整体灌封模式，由于电容芯和功率器件布局连接的结构优化，杂散电感减小，满足了开关速度更快的SIC MOSFET功率器件的应用条件。

Description

一种功率模组电容布局的方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车控制器领域，特别涉及一种功率模组电容布局的方法。
背景技术
功率模块是为了满足功率半导体器件工作而将必备的部件按一定的组合方式集成后的一个独立的功能体，这种模块内部各部件采用紧固件连接或锡焊接，外部壳体可以使用铝合金外壳，也可以整体灌封不使用外壳。在现有技术中，功率模块的方式主要出现在兆瓦级大功率变流装置中，功率半导体器件是以IGBT为主，而在电动汽车行业现有的产品都是功率控制器，即功率模块和电机控制单元(MCU)的组合，半导体功率器件也是IGBT。
现有汽车控制器内的布局方式主要为：独立的电容器，IGBT分体式布局，通过螺栓连接的传统型式。已有独立电容器的安装布置型式，由于内部存在较大紧固件安装间隙，部件绝缘间隙，部件布局间隙，使控制器体积大，重量大，功率密度比较低。受已有独立电容器和IGBT布局连接的结构限制，主电路杂散电感难以进一步减小优化，在开关速度更快的新型功率器件应用中受到限制。已有独立电容器，在工作环境温度较高时散热性能受到限制，发热只能依靠辐射散热，工作寿命降低。
发明内容
为了进一步提高汽车控制器的功率密度比，同时满足下一代新型半导体功率器件对内部电路更低的杂散电感的要求，本发明提供一种功率模组电容布局的方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明公开了一种功率模组电容布局的方法，包括以下步骤：
S1.选取电容芯群组、驱动器、MOSFET器件，其中，MOSFET器件为SICMOSFET器件；
S2.从下到上依次设置MOSFET器件、驱动器及电容芯群组；所述的电容芯群组与驱动器间具有间隙，所述的电容芯群组与MOSFET器件电连接并置于MOSFET器件上方，所述的驱动器通过焊接在MOSFET器件的辅助端子上安装固定；
S3.将所述的SIC MOSFET器件、驱动器及电容芯群组进行灌装。
进一步地，在所述的步骤S3具体是：
将所述的SIC MOSFET器件、驱动器及电容芯群组进行整体灌装。
进一步地，所述的电容芯群组包括：正母排、电容芯、负母排，所述的正母排布置在电容芯的下表面并与之锡焊连接，所述的负母排布置在电容芯的上表面并与之锡焊连接；所述的正母排侧部包含有与SIC MOSFET器件相连接的三个正端子，负母排包含有与SICMOSFET器件相连接的三个负端子。
进一步地，所述的电容芯群组无封闭外壳。
进一步地，灌封材料为环氧树脂，采用真空浸渍和高温固化的灌封技术将所含部件灌封为一个整体，所述的整体无外壳，所述的整体内部填充环氧树脂。
实施本发明的一种功率模组电容布局的方法，具有以下有益的技术效果：
由于采用灌封绝缘技术，内部安装间隙小，部件绝缘间隙小，部件布局紧凑，合理利用的空间，而使得电容、母排、半导体器件整体结构达到体积小，重量轻，功率密度比大的要求，进一步实现控制器的小型化，高效率的发展需求。
采用功率薄膜电容芯的灌封模式，由于电容芯和功率器件布局连接的结构优化，杂散电感减小，满足了开关速度更快的SIC MOSFET功率器件的使用条件。内部的铜排也不用另做绝缘处理，电容器无封装外壳，降低构件的成本，更加有利于推广和被接受。
由于汽车的行驶环境差异大，在工作环境温度较高时整体灌封的方式通过热传导散热，散热性能好，工作寿命得到提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例一种功率模组电容布局的方法流程图；
图2为本发明的实施例一种功率模组的结构示意图；
图3为本发明的实施例一种功率模组的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，实施例，一种功率模组电容布局的方法，包括以下步骤：
S1.选取电容芯群组、驱动器、SIC MOSFET器件；
电容芯群组包括：正母排、电容芯、负母排，所述的正母排布置在电容芯的下表面并与之锡焊连接，所述的负母排布置在电容芯的上表面并与之锡焊连接；所述的正母排侧部包含有与SIC MOSFET器件相连接的三个正端子，负母排包含有与SIC MOSFET器件相连接的三个负端子。
电容芯群组无封闭外壳。
电容芯由专用的功率电容安全膜卷绕而成，安全膜为一定厚度的绝缘材料蒸镀导电金属而成。卷绕完成后经过多道生产工艺完成两端的金属化等工作，形成满足特定工作电压、电容容量、外形尺寸等应用要求的电容芯单元。
功率模组的直流电源输入为电动汽车的储能电池，外部电源通过接口与正母排和负母排连接。电容芯与正母排和负母排通过锡焊连接，在主电路系统中起到直流电压的支撑作用，稳定主电路的直流电压。正母排和负母排同时连接到MOSFET的正负极，通过低电感的结构设计极大的降低了电容和MOSFET之间的杂散电感，减小了MOSFET在开关过程中的振荡和过电压，对其高速开关下的可靠工作十分重要。由三只功率MOSFET组成的三相桥臂受控制器发来的脉宽调制(PWM)信号指令将直流电逆变成变压变频(VVVF)三相交流电，用于驱动电动汽车的牵引电机工作。
驱动器为焊接在MOSFET辅助端子上面的控制板，将上一级控制信号转化为MOSFET的门极驱动信号，同时能够提供在故障情况下对MOSFET进行保护关断，避免故障扩大。
MOSFET器件为SIC MOSFET器件，相比于硅(SI)半导体器件，碳化硅(SIC)器件的工作温度高、耐压高、开关速度快，这为电动汽车原有的SI IGBT替换为功率MOSFET提供了条件。用了SIC的MOSFET能够满足电动汽车功率模组对高电压、大电流的要求，而且SIC器件的高频特性使牵引电机的PWM信号频率更高，汽车电机的人耳可听到的噪音小，SIC的高温特性可以使原有汽车控制器的水冷散热方式能够转换成风冷散热方式，使散热系统更加简单可靠。
S2.从下到上依次设置MOSFET器件、驱动器及电容芯群组；所述的电容芯群组与驱动器间具有间隙，所述的电容芯群组与MOSFET器件用螺钉电连接并置于MOSFET器件上方，所述的驱动器通过焊接在MOSFET器件的辅助端子上安装固定。
S3.将所述的SIC MOSFET器件、驱动器及电容芯群组进行灌装。
灌封材料为环氧树脂，采用真空浸渍和高温固化的灌封技术将所含部件灌封为一个整体，整体无外壳，所述的整体内部填充环氧树脂。
请参阅图2及图3，一种功率模组6，包括：电容芯群组1、正母排2、驱动器3、MOSFET器件4、负母排5。电容芯群组1与驱动器3间具有间隙，电容芯群组1与MOSFET器件4通过正母排2和负母排5电连接并固定于MOSFET器件4上方，驱动器3焊接在MOSFET器件4的辅助端子上，MOSFET器件4为SICMOSFET器件。
驱动器3焊接于MOSFET器件4上。
电容芯群组1与MOSFET器件4通过螺接固定于MOSFET器件4上。
驱动器3与电容芯群组之间具有间隔。
电容芯群组1包括：正母排2、电容芯、负母排5，正母排2布置在电容芯的下表面并与之锡焊连接，负母排5布置在电容芯的上表面并与之锡焊连接；正母排2侧部包含有与MOSFET器件4(SIC)相连接的三个正端子7，负母排5与MOSFET器件4相连接的三个负端子8。
正母排2接外部电源的正极，负母排5接外部电源的负极。
功率模组6为无外壳的灌装件。
实施本发明的一种功率模组电容布局的方法，具有以下有益的技术效果：
由于采用灌封绝缘技术，内部安装间隙小，部件绝缘间隙小，部件布局紧凑，合理利用的空间，而使得电容，母排，半导体器件整体结构达到体积小，重量轻，功率密度比大的要求：进一步实现控制器的小型化，高效率的发展需求。
采用功率薄膜电容芯的灌封模式，由于降低了耐压爬电的难度，电容芯和功率器件布局设计连接的结构优化，杂散电感减小，满足了开关速度更快的SICMSOFET功率器件的使用条件。内部的铜排也不用另做绝缘处理，电容器无封装外壳，降低构件的成本，更加有利于推广和被接受。
由于汽车的行驶环境差异大，在工作环境温度较高时整体灌封的方式通过热传导散热，散热性能好，工作寿命得到提高。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种功率模组电容布局的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.选取电容芯群组、驱动器、MOSFET器件，其中，MOSFET器件为SIC MOSFET器件；
S2.从下到上依次设置MOSFET器件、驱动器及电容芯群组；所述的电容芯群组与驱动器间具有间隙，所述的电容芯群组与MOSFET器件电连接并置于MOSFET器件上方，所述的驱动器通过焊接在MOSFET器件的辅助端子上安装固定；
S3.将所述的SIC MOSFET器件、驱动器及电容芯群组进行灌装。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的步骤S3具体是：
将所述的SIC MOSFET器件、驱动器及电容芯群组进行整体灌装。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电容芯群组包括：正母排、电容芯、负母排，所述的正母排布置在电容芯的下表面并与之锡焊连接，所述的负母排布置在电容芯的上表面并与之锡焊连接；所述的正母排侧部包含有与SIC MOSFET器件相连接的三个正端子，负母排包含有与SIC MOSFET器件相连接的三个负端子。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的电容芯群组无封闭外壳。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，灌封材料为环氧树脂，采用真空浸渍和高温固化的灌封技术将所含部件灌封为一个整体，所述的整体无外壳，所述的整体内部填充环氧树脂。
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