[实用新型]采用功率模块的电机控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种控制器，尤其是一种采用功率模块的电机控制器，属于功率控制的技术领域。

背景技术

随着电池技术和大功率电力电子技术的成熟，新能源电动车迅速发展，优化了能源生产结构，改善了环境。新能源车辆主要有电机系统、电控系统、电池系统组成，电池系统是能源存储机构，电机系统是运动机构，电控系统是主要的控制机构，电控系统的核心是电机控制器。

目前市场上常见的电机控制器包含控制驱动电路、功率管电路、散热器等，控制驱动电路根据传感信号产生电机控制信号，控制功率管电路的开关，通过功率管电路驱动电机系统；散热器将电机控制器热量向外界传输。一般地，电机控制器内的所有功能单元设计在一块PCB（PrintedCircuitBoard，印制电路板）上，即通过一块PCB实现电机控制器所有的功能。在PCB上，功率管电路采用分立的半导体功率器件实现，一个电机控制器需要多个分立的功率器件，通常3KW的电机控制器要用到36个MOSFET功率管，而8KW的控制器，功率管电路内更是达到了96个MOSFET功率管。

随着功率的增大，电机控制器用到的功率管数量也增加。当功率管数量增加后，产生了如下诸多问题：首先是生产过程中需要对各个功率管的驱动电路设计与安装，为减少功率管的栅极干扰，对PCB的布线要求较高；此外，需要对每个功率管进行焊接，安装繁琐，成品率低；同时在后期维修时检测困难，更换繁琐。

其次，由于在功率管生产过程中，不同功率管间存在着导通电阻、击穿电压等的不同，实际工作工程中，在大负载运行时，电机控制器内功率管散热不均，会导致不同功率管之间的电流不均匀，容易导致部分功率管因电流过大而失效；此外，由于不同功率管击穿电压的不一致性，在受到电压冲击时，一些低击穿电压的功率管提前击穿，导致故障。功率管参数分布的不均匀，使得电机控制器设计和故障排查更加复杂。而在市场竞争激烈中，为降低成本而极限使用功率管时，上述问题更加严重。随着二轮车、三轮车、四轮电动汽车对电机控制器的功率要求逐步提高，在大功率、大电流的情况下，采用大量分立功率管的电机控制器可靠性等问题进一步突出。

为解决多功率管并联的问题，现有技术往往采用在MOSFET管的源、漏连接处加装铜条，以提高通过大电流的可靠性；或将分立MOSFET分组形成U、V、W三相模块，进行安装。上述方式虽有效扩展了MOSFET的适用范围，但没有解决根本问题，制造过程复杂，在大功率大电流下仍然存在隐患。

再者，分立的功率管的封装形式决定了其本身的热容量比较小，散热通过热传导传出，存在着散热效率低的问题。而且，分立的功率管有各自的封装，在多管安装时，占用较大的空间，体积较大。如上所述，随着功率增大，分立的功率管引起了诸多问题，功率管数量的增加，使得控制器的可靠性降低，同时引起了控制和驱动电路进一步的复杂化，使得控制器的生产率下降，体积增大，这些成为电机控制器成本上升的主要原因，限制了电机控制器的使用范围，成为电机控制器设计生产的瓶颈。

分立器件的缺点被广泛认识，技术上也逐渐倾向于在控制器中采用功率模块。功率模块提供了新的机遇，在大功率电源变换场合，出现了利用IGBT功率模块的应用。而在电动车控制器领域，出现了将多个分立器件集成在一块PCB上构成功率模块，模块中利用合理布线，一定程度上解决分立器件间的一致性问题，降低了分立器件的缺陷，但未能从根本上解决问题。

在控制器设计中迫切需要进一步引入新的功率器件降低控制器设计的复杂性，同时需要研究新的布局和结构，研究控制器各个部分的有效信号连接方式，以及相互嵌套的装配方法，以此设计更为可靠、紧凑、散热效率高的低成本控制器。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种采用功率模块的电机控制器，其结构紧凑，降低电机控制器的空间体积，提高电机控制器的可靠性以及生产效率，降低安装维修成本，满足大功率的使用要求。

按照本实用新型提供的技术方案，所述采用功率模块的电机控制器，包括散热底板以及位于所述散热底板上的外壳体，所述外壳体与散热底板固定连接；在散热底板上设置用于连接并驱动电机的功率模块，在所述功率模块上方设置用于产生电机控制信号且控制功率模块开关状态的控制板，在所述控制板与功率模块间设有功率电路板，功率模块通过功率电路板上的插针与控制板电连接；在功率电路板还设置用于功率模块与外部电源连接的电源连接柱以及用于功率模块与电机连接的电机连接柱，所述电源连接柱、电机连接柱的端部穿出外壳体外。