变换器模块中的低阻抗缓冲电容器布置的制作方法

1.本发明涉及一种用于驱动电动马达、或例如在栅极变换器和/或功率变换器中的ac驱动器。该ac驱动器包括三相二极管桥、逆变器和具有多层印刷电路板元件的缓冲板，其中每个元件的每一层中的电力通道仅连接到一个电势dc-或dc+，每个元件包括反向极性的两个电容器，其中每个元件包括两个c形的汇流条，并且其中两个相邻的元件的c形的汇流条彼此紧密靠近放置。


背景技术：

2.ac驱动器易于在其igbt处发生缓冲电压。在这种情况期间，当igbt被关断时，驱动器内的电压可能会显著地升高。电压升高是由igbt与dc链路电容器和/或该驱动器的汇流条之间的电感所引起的。电压升高可能导致驱动器出现问题表现和/或损坏该驱动器的部件。随着驱动器的尺寸及其制造成本降低，可以帮助缓解该问题的定制的缓冲电容器解决方案由于成本原因而被排除在外。
3.或者，如果使用低成本的电容器来克服该问题，则需要匹配的定制的汇流条，这反过来会增加驱动器的总体成本。此外，标准电容器的电容器规格是固定的，并且对于当前描述的ac驱动器来说通常太大。因此，必须使用多个较小的并联的电容器，这会通过定制的汇流条解决方案的所增加的电感而降低ac驱动器的性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种改进的ac驱动器，其克服了这些问题。通过根据权利要求1所述的ac驱动器实现了该目的。本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。
5.根据本发明，提供了一种用于驱动电动马达的ac驱动器。所述ac驱动器包括三相二极管桥、逆变器和具有多层印刷电路板元件的缓冲板，其中每个元件的每一层中的电力通道仅连接到一个电势dc-或dc+，并且每个元件包括反向极性的两个电容器。每个元件包括两个c形的汇流条，其中两个相邻的元件的所述c形的汇流条彼此紧密靠近放置。所述c形的汇流条可以不限于c形，而是可以是任何形状，例如i形形状、l形形状。
6.多层印刷电路板元件可以被理解为包括汇流条。或者，可以将汇流条视为与多层印刷电路板元件分离的部件。汇流条的紧密靠近可以被理解为这些汇流条仅被一个部件(诸如，绝缘体)分离开，同时与所述部件紧密接触。
7.本发明使用带有缓冲电容器的多层pcb，从而为igbt或驱动器的其他有源部件提供低电感路径。采用低电感设计来实施从pcba到igbt的路径，其中dc+汇流条和dc-汇流条尽可能地彼此紧密地机械连接在一起。另外，在它们之间具有大且平坦的区域。通过c形的汇流条的大且平坦的中间区段有助于实现这一点。
8.当前描述的驱动器提供了一种解决方案，该解决方案形成用于缓冲电容器的非常低的电感电路，并因此降低igbt的缓冲电压。与以上所提及的已知的替代性解决方案相比，当前描述的驱动器提供了更便宜的解决方案。因为可以容易地在自动化的组装过程中组装
该驱动器，因此提高了该驱动器的制造质量。
9.在本发明的优选实施例中，在两个相邻的元件的c形的汇流条之间设置绝缘体，并且所述c形的汇流条彼此间隔开所述绝缘体的厚度。绝缘体可以平行于c形的汇流条的中间区段对齐。该绝缘体可以胶合到或以其他方式连接到c形的汇流条。因此，两个汇流条之间的距离可以略微大于绝缘体的厚度。
10.在本发明的另一优选实施例中，相邻的c形的汇流条的中间区段与所述绝缘体紧密接触。中间区段可以胶合到或以其他方式连接到绝缘体。
11.在本发明的另一优选实施例中，设置5个多层印刷电路板元件。可以自由地选择多层印刷电路板元件的数量，以便向驱动器提供所需的特性。这些多层印刷电路板元件可以彼此一致。
12.在本发明的另一优选实施例中，所述多层印刷电路板元件包括交替地连接到dc+和dc-的层，其中所述层通过气隙和/或pcb芯材料和/或预浸料而彼此分离。
13.在本发明的另一优选实施例中，所述多层印刷电路板元件包括连接到dc-的顶层、连接到dc+的第二层、连接到dc-的第三层和连接到dc+的底层。相应地，可以存在两组层，一组连接到dc+，另一组连接到dc-。一组的层可以不在其整个层表面上重叠。层的非重叠区域可以被用于将该层连接到dc+或dc-。这些层可以通过气隙和/或pcb芯材料和/或预浸料而彼此分离。
14.在本发明的另一优选实施例中，所述c形的汇流条经由螺钉和/或垫片(优选地，smd垫片)和/或螺母和/或通孔来连接到所述元件。螺母可以是六角螺母。
15.在本发明的另一优选实施例中，所述缓冲板直接安装到所述驱动器的igbt的dc+端子和dc-端子。
16.在本发明的另一优选实施例中，所述c形的汇流条设置在所述缓冲板的一侧，并且所述电容器设置在所述缓冲板的相反侧。
17.在另一优选实施例中，所述多层印刷电路板元件安装在高电流汇流条后面，具有足够间隙以避免电压拱起。
18.在另一优选实施例中，所述多层印刷电路板元件安装在高电流汇流条后面，并且包括用于电流在所述电容器与所述高电流汇流条之间流动的低阻抗路径。
附图说明
19.将参考附图来描述本发明的其他细节和优点。附图示出：
20.图1：ac驱动器的电路图；
21.图2：示出缓冲电容器的电路图；
22.图3：c形的汇流条与多层印刷电路板元件之间的连接的详细视图；
23.图4：c形的汇流条之间的绝缘体的详细视图；
24.图5：缓冲板的详细视图；
25.图6：缓冲板的电路图；和
26.图7：高电流汇流条后面的多层印刷电路板元件的视图。
具体实施方式
27.图1示出了根据本发明的ac驱动器的电路图的实施例。该驱动器被设置用于驱动电动马达，特别是三相电动马达10。该驱动器包括三相二极管桥7、逆变器8和具有多层印刷电路板元件20、21的缓冲板(snubber board)9。将在图3和图4中更详细地示出多层印刷电路板元件20、21。三相二极管桥7可以是有源前端，并且逆变器8可以是三相igbt逆变器。
28.在每个多层印刷电路板元件20、21的每一层中的电力通道(power lane)仅连接到一个电势dc-1或dc+2，并且每个元件20、21包括反向极性的两个电容器c1-c10。
29.在图1的实施例中，仅示出了两对电容器c1-c4，其中第一电容器c1和第二电容器c2的对以及第三电容器c3和第四电容器c4的对相对彼此具有切换的极性。缓冲板9的电容器c1-c4用作驱动器的缓冲电容器(snubber capacitor)。
30.图2示出了带有缓冲电容器的电路图。缓冲电容器是用于减小电线的寄生电感的目的而连接到大电流的切换节点的电容器。寄生电感在关断时(即，当电流被阻断时)会引起较大的浪涌。当此类浪涌超过部件额定值时，所述部件可能因此而损坏。为了减小线的寄生电感，必须在图2中的由附图标记100所指示的区域附近连接电容器。
31.图3是c形的汇流条19与多层印刷电路板元件21之间的连接的详细视图，如杯状层构建(cupper layer build-up)所示的。如下图将示出的，每个多层印刷电路板元件20、21可以设置在两个分离的汇流条18、19之间。这两个分离的汇流条18、19中的每个汇流条连接到dc-或dc+。
32.尽管在图3中仅示出一个多层印刷电路板元件21，但是多层印刷电路板元件20、21的其余部分可以具有类似或一致的构架。附图标记13指代元件21的连接到dc-的顶层。附图标记14指代连接到dc+的第二层。附图标记15指代连接到dc-的第三层。附图标记16指代连接到dc+的底层。螺钉12可以被设置成用于将顶层13或底层16电连接到汇流条19。
33.可以借助于通孔17和相对应地放置的导体来提供每隔一层之间的电连接。为了有利于每隔一层的电连接，可以选择相邻的层(诸如，顶层13和第二层14)的延伸部，特别是沿缓冲板9的纵向方向的延伸部，使得它们不在其整个长度和/或表面区域上重叠。
34.在图3的实施例中，顶层13和第三层15一直延伸到汇流条19，而底层16和第二层14较短并且不一直延伸到汇流条19。因此，第二层14和底层16不干扰顶层13、第三层15与汇流条19中的一个汇流条之间的电连接。底层16和第二层14可以一直延伸到与汇流条19相对的另一汇流条18，其中在图3中未示出该另一汇流条18。
35.在图3的实施例中，多层印刷电路板元件21包括连接到dc-(即，汇流条19)的顶层13。第二层14连接到dc+，即连接到与汇流条19相对的并且图3中未示出的汇流条18。第三层15经由通孔17和相对应的导电部分与顶层13相同地再次连接到dc-，并因此连接到汇流条19。底层16再次连接到dc+。
36.如果在多层印刷电路板元件20、21中使用超过四层，则附加层也可以连接到交替的汇流条18、19。相应地，可以存在两组层，一组连接到dc+2，另一组连接到dc-1。一个组的层可以不在这些层的整个层表面上重叠。这些层的非重叠区域可以被用于将层连接到dc+2或dc-1。
37.底层16，或更一般地多层印刷电路板元件20、21的最底层可以至少在垂直于汇流条18、19的方向上延伸。附加地或替代性地，上层可以在所述方向上比多层印刷电路板元件
20、21的下层延伸得更远。从顶层13到底层16，一对相邻的层中的每一层可以在垂直于汇流条18、19的方向上具有相等或相似的长度。在垂直于汇流条18、19的方向上，顶对的层可以具有最大长度，并且底对的层可以具有最小长度。在垂直于汇流条18、19的方向上并且相对于顶对的层和底对的层，中间对的层可以具有中间长度。
38.多层印刷电路板元件20、21的各层的微小偏差几何结构使得可以容易地提供交替地连接到dc+和dc-或者更确切地说连接到相对应的汇流条18、19的层。根据图3的实施例，各个层可以通过气隙而彼此分离。替代性地或附加地，可以在层之间设置pcb芯材料和/或预浸料(prepreg)。
39.汇流条19和/或多层印刷电路板元件21可以包括圆形的或部分圆形的孔或凹部。所述孔和/或凹部可以至少部分地重叠，例如用于提供用于工具和/或部件的空间。
40.图4是c形的汇流条18、19之间的绝缘体22的详细视图。尽管这里示出了c形的汇流条18、19，但任何形状的汇流条18、19都可以与相对应的绝缘体22组合。两个汇流条18、19在垂直于多层印刷电路板元件20、21的表面的方向上部分地封围其相对应的多层印刷电路板元件20、21。绝缘体22可以在垂直于多层印刷电路板元件20、21的表面的方向上定向。多层印刷电路板元件20、21的表面可以被理解为元件20、21的平坦侧。
41.绝缘体22可以与两条汇流条18、19具有相同或相似的长度。绝缘体22的竖直方向可以对应于螺钉12的方向。绝缘体22可以在其竖直方向上比螺钉12和/或两条汇流条18、19延伸得更远。
42.多层印刷电路板元件20、21中的每一个可以包括两个c形的汇流条18、19或任何其他适当形状的汇流条。两个相邻的元件20、21的两个汇流条18、19可以彼此紧密靠近放置，并且可以优选地彼此对称地布置。
43.两个相邻的c形的汇流条18、19彼此间隔开绝缘体22的厚度。绝缘体22可以平行于c形的汇流条18、19的中间区段对齐。绝缘体22和c形的汇流条的中间区段两者可以是平面的。绝缘体22可以胶合到或以其他方式连接到c形的汇流条18、19。
44.在图4的实施例中，相邻的c形的汇流条18、19的仅中间区段与绝缘体22紧密接触。c形的汇流条18、19的中间区段可以在该汇流条18、19的竖直方向上延伸，例如延伸该绝缘体22的一半远。
45.c形的汇流条18、19经由螺钉12连接到元件20、21。可以提供附加的或替代性的垫片以用于将元件20、21连接到汇流条18、19。例如，可以在c形的汇流条18、19的平行的端部部分之间设置smd垫片。附加地或替代性地，可以设置一个或多个螺母，诸如六角螺母。螺母可以拧到螺钉12，使得汇流条18、19的平行的端部部分被一侧的螺钉头和另一侧的螺母压缩。或者，c形的汇流条18、19的端部部分中仅一个端部部分可以定位在螺钉头与螺母之间。
46.可以在多层印刷电路板元件20、21的层中设置通孔17，以有利于该多层印刷电路板元件20、21的交替的层之间的电连接。
47.图5是缓冲板9的详细视图。该缓冲板的pcba可以包含在4层pwb中并联连接的10个750nf的电容器c1-c10。每一层中的功率通道(plane)仅连接到一个电势dc-1或dc+2。在当前描述的示例中并且如图3所示，顶层13可以连接到dc-1，第二层14连接到dc+2，第三层15连接到dc-1，并且底层16连接到dc+2。缓冲板9可以直接安装到igbt的dc+端子和dc-端子。每隔一个电容器的极性反转一次，以用于减少相互电感。c形的汇流条18、19尽可能靠近彼
此地放置。汇流条18、19可以用螺钉经由smd垫片连接到pwb。绝缘体22放置在汇流条19、19之间，如图4所示。
48.图5的实施例示出了五个多层印刷电路板元件20、21。多层印刷电路板元件20、21的数量可以根据驱动器的总的所需电容而变化。
49.c形的汇流条18、19设置在缓冲板9的一侧，并且电容器c1-c10设置在缓冲板9的相反侧。缓冲板9可以直接安装到驱动器的igbt的dc+端子和dc-端子。
50.图6示出了图5的缓冲板的电路图。电容器c1-c10中的每对电容器是多层印刷电路板元件20、21的一部分。
51.图7示出了高电流汇流条23后面的多层印刷电路板元件20、21。多层印刷电路板元件20、21的高度保持低，以便确保该多层印刷电路板元件20、21的部件螺钉12、电容器c1-c10和c形的汇流条18、19与该高电流汇流条23之间有足够的自由空间。可以限定最小距离以便避免该多层印刷电路板元件20、21的部件螺钉12、电容器c1-c10和c形的汇流条18、19与高电流汇流条23之间的高电压拱起。电容器c1-c10可以具有低高度，以便支持电容器c1-c10与高电流汇流条23之间的间隙。
52.带有部件螺钉12、电容器c1-c10和c形的汇流条18、19的多层印刷电路板元件20、21的低高度或轮廓，使得可以将该多层印刷电路板元件20、21定位在高电流汇流条23后面。
53.与具有一个带有高电流汇流条23的区域和另一个带有多层印刷电路板元件20、21的区域的设计相比，通过将多层印刷电路板元件20、21放置在高电流汇流条23的后面，在驱动器内部需要更少的空间。多层印刷电路板元件20、21与高电流汇流条23之间的非常短的距离，因为传导电流的低阻抗路径而使得缓冲电容器c1-c10非常有效。

技术特征：
1.一种用于驱动电动马达的ac驱动器，所述ac驱动器包括三相二极管桥(7)、逆变器(8)和具有多层印刷电路板元件(20、21)的缓冲板(9)，其中每个元件(20、21)的每一层中的电力通道仅连接到一个电势dc-或dc+(1、2)，每个元件(20、21)包括反向极性的两个电容器(c1-c10)，其中每个元件(20、21)包括两个c形的汇流条(18、19)，并且其中两个相邻的元件(20、21)的所述c形的汇流条(18、19)彼此紧密靠近放置。2.根据权利要求1所述的ac驱动器，其特征在于，在两个相邻的元件(20、21)的所述c形的汇流条(18、19)之间设置绝缘体(22)，并且所述c形的汇流条(18、19)彼此间隔开所述绝缘体(22)的厚度。3.根据权利要求2所述的ac驱动器，其特征在于，相邻的c形的汇流条(18、19)的中间区段与所述绝缘体(22)紧密接触。4.根据前述权利要求中任一项所述的ac驱动器，其特征在于，设置5个多层印刷电路板元件(20、21)。5.根据前述权利要求中任一项所述的ac驱动器，其特征在于，所述多层印刷电路板元件(20、21)包括交替地连接到dc+(1)和dc-(2)的层，其中所述层通过气隙和/或pcb芯材料和/或预浸料而彼此分离。6.根据前述权利要求中任一项所述的ac驱动器，其特征在于，所述多层印刷电路板元件(20、21)包括连接到dc-(2)的顶层(13)、连接到dc+(1)的第二层(14)、连接到dc-(2)的第三层(15)和连接到dc+(1)的底层(16)。7.根据前述权利要求中任一项所述的ac驱动器，其特征在于，所述c形的汇流条(18、19)经由螺钉(12)和/或垫片和/或螺母和/或通孔(17)来连接到所述元件(20、21)，所述垫片优选地是smd垫片。8.根据前述权利要求中任一项所述的ac驱动器，其特征在于，所述缓冲板(9)直接安装到所述驱动器的igbt的dc+端子和dc-端子。9.根据前述权利要求中任一项所述的ac驱动器，其特征在于，所述c形的汇流条(18、19)设置在所述缓冲板(9)的一侧，并且所述电容器(c1-c10)设置在所述缓冲板(9)的相反侧。10.根据前述权利要求中任一项所述的ac驱动器，其特征在于，所述多层印刷电路板元件(20、21)安装在高电流汇流条(23)后面，具有足够间隙以避免电压拱起。11.根据前述权利要求中任一项所述的ac驱动器，其特征在于，所述多层印刷电路板元件(20、21)安装在所述高电流汇流条(23)后面，并且包括用于电流在所述电容器(c1-c10)与所述高电流汇流条(23)之间流动的低阻抗路径。

技术总结
本发明涉及一种用于驱动电动马达的AC驱动器。所述AC驱动器包括三相二极管桥、逆变器和具有多层印刷电路板元件的缓冲板，其中每个元件的每一层中的电力通道仅连接到一个电势DC-或DC+，每个元件包括反向极性的两个电容器，其中每个元件包括两个C形的汇流条，并且其中两个相邻的元件的所述C形的汇流条彼此紧密靠近放置。靠近放置。靠近放置。


技术研发人员：亚尼
受保护的技术使用者：伟肯有限公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/9/26