[发明专利]一种TO220封装MOSFET多管并联的安装连接方法

说明书

技术领域

本发明属于永磁无刷直流电机驱动装置领域，尤其是一种TO220封装MOSFET多管并联的安装连接方法。

背景技术

举例说明永磁无刷直流电机驱动器的现有技术，永磁无刷直流电机的控制原理线路如图1所示；功率管Q1～Q6组成永磁无刷直流电机的驱动主回路，其中Q1、Q2、Q3为上桥臂，也叫上管；Q4、Q5、Q6为下桥臂，也叫下管。永磁无刷直流电机运行时，同时只有一组上桥臂和一组下桥臂导通，即永磁无刷直流电机同时只有两个绕组通电，我们叫做两相通电，通过电机绕组的电流叫做相电流。其功率管导通顺序如图2所示；功率管是采用TO220封装的MOSFET。TO220封装的MOSFET的外形如图3所示；(以下所用到的MOSFET即指TO220封装的MOSFET。)MOSFET的3个管脚1、2、3分别为G(栅极)、D(源极)、S(漏极)。三个上管的D(源极)与电源正连接在一起，上管的S(漏极)分别与下管的D(源极)相连，并与电机相连，下管的S(漏极)与电源的负连接在一起。G(栅极)为MOSFET控制端，控制MOSFET的导通和关断。MOSFET背面有一块用于散热的镀锡铜板，镀锡铜板与管脚2即D(源极)是相连的，我们把它叫MOSFET的管脚4。

在永磁无刷直流电机驱动器中，六个MOSFET一排焊接在电子线路板上，排列顺序为Q1 Q4Q2 Q5 Q3 Q6，按图1的连接将MOSFET的管脚连接起来。

永磁无刷直流电机驱动器在驱动电机运行时，MOSFET会发热，为加快MOSFET的散热，要把MOSFET的镀锡铜板固定在一块铝板上，但为了上管和下管间的绝缘和MOSFET与外壳的绝缘，须在MOSFET与散热铝板间加导热绝缘材料。

在永磁无刷直流电机驱动器中，六个MOSFET一排焊接在电子线路板上，而电子线路板的敷铜铂一般都比较薄，敷铜铂的一般厚度只有0.035毫米，最厚的敷铜铂也只有0.075毫米，在电机相电流较小时，单用较宽的敷铜铂就行，当电流稍大时，可采用在敷铜铂上镀锡的方法，加大导电面积。

当电机电流很大，每组功率管需要多个MOSFET并联时，比如每一个桥臂需要5个甚至更多个MOSFET并联时，上述方法就难以解决，即使采用在敷铜铂上镀锡加大导电面积的方法，要达到需要的导电面积也很难，而且由于MOSFET各管脚间的距离较近，镀锡极容易造成管脚短接，镀锡也很难做到均匀平整，制作工艺难以保证一致，如镀锡不均匀，当大电流流过时，在镀锡较薄的地方容易发热而使镀锡融化脱落，烧断敷铜铂，从而使无刷直流电机驱动器损坏。

现有技术为了加快MOSFET的散热，将MOSFET安装在一块铝板上，MOSFET与铝板之间须加导热绝缘材料。在多个MOSFET并联的大电流驱动器中，因电流大，MOSFET发热更为严重，而MOSFET和散热铝板间的导热绝缘材料有热阻，即热传导速度较慢，极容易造成MOSFET过热损坏，就是没损坏，也会因MOSFET内部温度高而使内阻增大，损耗加大，造成驱动器效率降低。

发明内容

本发明为了解决TO-220封装的MOSFET器件在连接时，存在的上述问题，特别是因散热速度慢引起的驱动器效率降低问题，在经过对现有方式和应用做过详细分析，实验，验证并考虑道成本、性能等综合因素后，对现有技术中MOSFET管的安装连接方式做出重大改进，具体技术方案如下：

在大电流尤其是需要多个MOSFET并联的大电流无刷直流电机驱动器中，将MOSFET垂直焊接在线路板(PCB)的两边，线路板设计时让上管的S(漏极)靠近下管的D(源极)。利用MOSFET的散热镀锡铜板(即管脚4)与管脚D(源极)即管脚2相连的特性，从无刷电机驱动的原理如图1所示，三组上管的D(源极)是连在一起的，故用一块铝板把三组上管用螺丝固定在这块铝板上，且这块铝板作为电源的正，如图4的上管散热铝板5所示。上管的S(漏极)即管脚3与下管的D(源极)即管脚2通过电子线路板7焊接在一起；而下管的散热镀锡铜板(即管脚4)和下管的D(源极)即管脚2是相连的，所以，把同组下管用螺丝固定在另一块铝板上，这块铝板就是下管散热铝板6，它用导线与电机绕组相连，三组下管分别固定在不相接的三块铝板上。下管的S(漏极)即管脚3焊接在电子线路板7上，且在线路板7上留5-15毫米宽度的敷铜铂，再用一个5-10毫米宽铝条通过螺丝固定在敷铜铂的表面，作为电源的负连接铝板9，它通过导线与电源负相连。