[发明专利]一种功率驱动系统

说明书

技术领域

本发明涉及电机的驱动技术领域。

背景技术

随着化石能源的减少及人类对环境污染的日益关注，以电机为动力的驱动系统得以广泛的应用，尤其在移动交通工具领域得以高速发展，如电动汽车及混合动力汽车动力驱动系统，高速铁路机车动力驱动系统，军用舰船驱动系统，无人机无人车驱动系统等。移动交通工具驱动系统目前主要有两个方向，一类是低压系统，电池电压一般在100V以下，主要应用于低速移动交通工具，如低速电动车、无人侦察车等；另一类则是高压系统，电池电压一般在200V以上，主要应用于高速移动交通工具，如高度电动车辆、高速铁路机车等。在驱动系统的功率器件中，MOSFET以其开关速度快，易于并联，成本相对较低等特点，非常适合低压系统。低压MOSFET的R_DS(ON)目前可以做到十几毫欧甚至几毫欧，这样使得其导通损耗很低，另外其R_DS(ON)具有正温度系数，使得MOSFET适合于并联使用，理想状况下并联后的电流能力位各单个器件电流之和，因而可以根据系统功率要求，决定并联MOSFET的个数。但使用多个并联MOSFET带来的问题是增加了器件连接、散热、电流均衡和热均衡问题。

目前针对多个MOSFET并联使用，其结构设计主要有三种：（1）基于复杂直流母线的并联，这种结构基本采用直插式的MOSFET，的具体实施方法是：先规划好元件的分布及直流母线的连接方式，然后将固定在直流母线上的MOSFET焊接在设计好的PCB板上，这种结构安装工艺复杂，实际生产效率低下，而且维修及调试都非常不便；（2）基于单层铝基板的并联，这种方法一般采用的是表面贴装式MOSFET，用单层铜箔连接，其安装工艺大大简化，导热系数高非常利于MOSFET的热均衡，但是其缺点是电流回路面积大，造成杂散电感大；（3）基于双层基板的并联，这种方法一般也采用的是表面贴装式MOSFET，用双层铜箔连接，其电流回路小，利于减小杂散电感，安装工艺和单层铝基板相当，但是其缺点是铝基板的生产工艺复杂，成本大大提高，而且因为加入了一层FR-4，导致铝基板的导热系数下降，并且不利于MOSFET的热均衡。当然除了以上方法以外还有其他的一些方法，但都有一定的缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种保持单层铝基板导热率高、热均衡性好的优点，以较小的面积提供较大的功率密度和良好的热均衡性的功率驱动系统。

基于单层铝基板配合叠层母线的电气结构，在减少电流回路面积的同时，保持单层铝基板导热率高、热均衡性好的优点，以较小的面积提供较大的功率密度和良好的热均衡性，本发明包括一种单层铝基板的三相并联电路及电气结构。

所述的单层铝基板的三相并联电路包括：在单层铝基板上，由下至上分成3个区域21、22、23（如图2所示），分别是U、V、W相区域，每个区域由上管并联MOSFET模组和下管并联MOSFET模组构成，整个三相并联电路共有6排平行的并联MOSFET模组，每一排模组中包括10个MOSFET，6排并联MOSFET模组将单层铝基板分成7个电流汇流区，从下至上分别为U相下管源极汇流区37、U相上管源极与U相下管漏极汇流区36、U相和V相上管漏极汇流区35、V相上管源极与下管漏极汇流区34、W相与V相下管源极汇流区33、W相上管源极与下管漏极汇流区32、W相上管漏极汇流区31；在W相上管漏极汇流区31、U相和V相上管漏极汇流区35分别布置有正极电流输入接口39，在U相下管漏极汇流区37、V相上管源极与下管漏极汇流区33分别布置有负极电流输出接口38；在U相上管源极与U相下管漏极汇流区36、V相上管源极与下管漏极汇流区34、W相上管源极与下管漏极汇流区32分别布置有交流输出接口310。

由于此三项并联电路是对称的，所以以W相的电流走向为例进行电路动态的描述。电流由正极电流输入接口流入W相上管漏极汇流区，从W相上管并联MOSFET模组流至W相上管源极与下管漏极汇流区，在W相上管源极与下管漏极汇流区有交流输出接口，用于输出电流，电流经W相下管并联MOSFET模组至W相与V相下管源极汇流区，经负极电流输出接口流出，完成电流由电源正极输入至电源负极输出的电流回路。