一種高效大功率控制器的製作方法

2023-10-26 04:07:07

本發明涉及控制設備領域，具體的來說是涉及一種高效大功率控制器。

背景技術：

隨著無刷電機的廣泛的應用於電動汽車(2/3/4輪)中，因此人們對無刷電機控制器的要求也越來越高。

目前，無刷電機控制器主要由電源板、豎直板及設置於豎直板上的

絕緣柵雙極型電晶體元器件、主晶片、電容元器件及電阻元器件組成，其零部件較多且體積較大。由於無刷電機控制器的體積較大，不便於無刷電機控制器的安裝。並且現有的無刷電機控制器由於其零部件較多，不便於散熱，使得運行過程中主晶片的溫度過高，嚴重影響主晶片的運行穩定性。

現有的電動車控無刷制器驅動電流小、驅動效率低發熱高、返修率高、適應環境溫度差。功能特性固定、不能靈活適應客戶需求。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的不足，本發明提供一種高效大功率控制器。

本發明通過以下技術方案解決上述問題：

一種高效大功率控制器，包括豎直板、主板、兩塊基板和若干條接線；

兩塊基板分別表貼在主板的兩側；豎直板豎直設置在兩塊基板間且與主板通過排針焊接導通；主板和外部電池連接；兩塊基板上的線與電機相連；接線與外部設備連接；

主板上設置有開關管器件和電容器件；開關管器件焊接在主板的兩側，且開關管器件表貼在兩塊基板上，導熱好；電容器件均勻排布焊接在主板的上表面；

主板包括控制電路、驅動電路、採樣電路、橋式跨接電路、開關電路、大電流電路和電源電路；採樣電路的控制輸入端與控制電路控制信號輸出連接，採樣電路的輸出端與濾波和放大電路輸入連接；大電流電路使用覆銅走線和匯流條；驅動電路的輸入端與控制電路連接；電源電路的輸出端與驅動電路連接；開關電路輸入與驅動電路輸出端連接，開關電路輸入端與主電源電路相連，開關電路輸出端與電機線連接。

上述方案中，優選的是採樣電路包括電壓採樣電路、電流採樣電路、溫度採樣電路、濾波器和放大器；電壓採樣電路、電流採樣電路和溫度採樣電路的輸出端均與濾波器連接；濾波器的輸出端經放大器與控制電路連接。

上述方案中，優選的是開關電路採用功率開關管，功率開關管由關斷到導通狀態和由導通狀態到關閉狀態的時間短，保證了功率開關管的發熱。

上述方案中，優選的是功率開關管之間、電源電路和功率開關管之間採用大面積PCB走線，使功率開關管之間和功率開關管與主電源濾波元件之間電阻小，保證了功率開關管和電容吸收電路的發熱均勻、幹擾吸收良好。

上述方案中，優選的是兩塊基板安裝有殼狀的散熱片，散熱片通過螺絲與兩塊基板貼合擰緊。

上述方案中，優選的是控制電路通過串行總線與外部電腦或其他設備連接。

上述方案中，優選的是控制電路通過輸出PWM信號控制驅動電路開與關閉。

本發明的優點與效果是：

1、本發明主板的大電流電路和控制電路巧妙利用橋式跨接電路，既有效保證了功率控制部分大電流需求、功率開關管之間的電流均勻問題，又降低了信號處理部分的抗幹擾以及大電流導致電路板熱漲冷縮對貼片元件的影響、提高了系統的可靠性和穩定性；

2、進一步的，本發明通過雙排鋁基板模式既降低了功率開關管到散熱外殼間的熱阻導、減少了功率開關管的熱損害，又使功率開關管熱量均勻散熱在鋁外殼上，而且更方便於功率開關管機器自動貼片安裝；

3、本發明使用高速驅動功率開關管，提高控制器的效率和減少控制器發熱；

4、本發明可以在短時間內進行大功率輸出；

5、本發明提供總線接口，方便客戶按需要調整功能、參數和遠程自動控制控制器。

附圖說明

圖 1 為本發明的結構示意圖。

圖 2 為本發明的散熱片結構示意圖。

圖中標號：1豎直板、2主板、2.1電容、3基板、4接線、5散熱片。

具體實施方式

以下結合實施例對本發明作進一步說明。

一種高效大功率控制器，如圖1、圖2所示，包括豎直板1、主板2、兩塊基板3、若干條接線4和散熱片5。兩塊基板3安裝有殼狀的散熱片5，散熱片5通過螺絲與兩塊基板3貼合擰緊。兩塊基板3主要採用鋁基板，因為鋁基板有導熱性好，可以快速把熱量傳遞給散熱片5進行釋放。

兩塊基板3分別表貼在主板2的兩側；豎直板1豎直設置在兩塊基板3間且與主板2通過排針焊接導通。主板2通過接線4與外部設備連接，其中包括控制器功能線、總線接口，方便客戶按需要調整功能、參數和遠程自動控制控制器，如圖1所示。

主板2上設置有開關管器件和電容器件；開關管器件焊接在主板2的兩側，且開關管器件表貼在兩塊基板3上，保證了功率管的發熱及時傳導到鋁基板本體上，且容易易實現機器貼片安裝，保證安裝的質量和速度。電容器件均勻排布焊接在主板2的上表面，電容器件為電解電容、貼片電容，保證電壓、電流、功率三相濾波良好，並且電容本身發熱均勻，如圖1所示。

主板2包括控制電路、驅動電路、採樣電路、橋式跨接電路、開關電路、大電流電路和主電源電路。電流採樣電路的控制輸入端與控制電路連接；大電流電路通過橋式跨接電路與控制電路連接；驅動電路的輸入端與控制電路連接；電源電路的輸出端與驅動電路連接；開關電路的輸入端與驅動的輸出端連接，開關電路與電機線連和主電源接連接。

採樣電路包括電壓採樣電路、電流採樣電路、溫度採樣電路、濾波器和放大器；電流採樣電路的輸出端均與濾波器連接；濾波器的輸出端經放大器與控制電路連接，電壓採樣電路、和溫度採樣電路的輸出與控制電路連接。控制電路與大電流電路通過橋式跨接電路連接，既有效保證了功率控制部分大電流需求、功率開關管之間的電流均勻問題，又降低了信號處理部分的抗幹擾以及大電流導致電路板熱漲冷縮對貼片元件的硬力影響、提高了系統的可靠性和穩定性。

開關電路採用功率開關管，功率開關管由關斷到導通狀態和由導通狀態到關閉狀態的時間短，保證了功率開關管的發熱。控制電路輸出相應PWM信號，PWM信號通過驅動電路驅動功率開關管的導通和關斷、調整電機電流的控制，實現電機轉速和轉矩，在整個電機驅動過程中確保功率開關管的工作電流不超過功率開關管的安全工作範圍。

採樣電路中通過電流採樣控制電路直接採樣功率開關管的導通電流壓降，可以實現溫度自動補償、即隨溫度高電流自動減小保護了功率開關管持續溫度升高燒毀功率開關管。功率開關管使用MOSFET功率開關管，MOSFET功率開關管的特性是溫度升高後MOSFET的內阻會增大，由於控制電流是讀取MOSFET上的壓降來確定電流的大小，所以在相同的電流取樣電壓下，溫度升高實際通過MOSFET開關管的電流是減少的。現有的控制器一般採用康銅絲式電阻採樣，就是檢測康銅絲上面的壓降來完成電流取樣。

電源電路主要包括主電源電路和輔助電源電路，輔助電源電路用於MOSFET開關管的驅動電路和控制電路的單片機供電。

本產品適用於各類以無刷直流電機為驅動力的電動車、電動船、機器人或者工業控制設備。

功率開關管直接表貼在鋁基板上，保證了功率管的發熱及時傳導到鋁基板本體上，且容易易實現機器貼片安裝，保證安裝的質量和速度。鋁基板直接貼在外殼散熱器上，保證了鋁基板的熱量及時傳導到外殼散熱，而採用雙排鋁基板的結構模式更使鋁基板的熱量能快速均勻傳導到鋁外殼，最終使功率開關管發出的熱量快速傳導到散熱外殼上，減低功率開關管的熱損耗。通過多個螺絲把鋁基板固定在外殼上保證鋁基板不變形，讓每一個鋁基板上的功率開關管上的熱量快速傳導到外殼上。

以上已對本發明創造的較佳實施例進行了具體說明，但本發明並不限於實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發明創造精神的前提下還可以作出種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請的範圍內。