一種mosfet并聯(lián)電路布局的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種MOSFET并聯(lián)電路布局，具體的說是一種基于單層鋁基板的功率MOSFET三相并聯(lián)電路，主要用于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，這種電路基于單層鋁基板的三相MOSFET并聯(lián)電路，包括：在單層鋁基板上，由下至上分成3個區(qū)域，分別是U、V、W相區(qū)域，每個區(qū)域由上管并聯(lián)MOSFET模組和下管并聯(lián)MOSFET模組構(gòu)成，整個三相并聯(lián)電路共有6排平行的并聯(lián)MOSFET模組，每一排模組中包括n個MOSFET。本發(fā)明這種電路布局是在傳統(tǒng)鋁基板上，通過專門設(shè)計的電路布局，可以以較小的板面積提供較大的功率密度和良好的熱均衡性。
【專利說明】—種MOSFET并聯(lián)電路布局
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種MOSFET并聯(lián)電路布局，主要用于電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化石能源的減少及人類對環(huán)境污染的日益關(guān)注，以電機(jī)為動力的驅(qū)動系統(tǒng)得以廣泛的應(yīng)用，尤其在移動交通工具領(lǐng)域得以高速發(fā)展，如電動汽車及混合動力汽車動力驅(qū)動系統(tǒng)，高速鐵路機(jī)車動力驅(qū)動系統(tǒng)，軍用艦船驅(qū)動系統(tǒng)，無人機(jī)無人車驅(qū)動系統(tǒng)等。移動交通工具驅(qū)動系統(tǒng)目前主要有兩個方向，一類是低壓系統(tǒng)，電池電壓一般在100V以下，主要應(yīng)用于低速移動交通工具，如低速電動車、無人偵察車等；另一類則是高壓系統(tǒng)，電池電壓一般在200V以上，主要應(yīng)用于高速移動交通工具，如高度電動車輛、高速鐵路機(jī)車等。在驅(qū)動系統(tǒng)的功率器件中，MOSFET以其開關(guān)速度快，易于并聯(lián)，成本相對較低等特點，非常適合低壓系統(tǒng)。低壓MOSFET的目前可以做到十幾毫歐甚至幾毫歐，這樣使得其導(dǎo)通損耗很低，另外其Rdsw具有正溫度系數(shù)，使得MOSFET適合于并聯(lián)使用，理想狀況下并聯(lián)后的電流能力位各單個器件電流之和，因而可以根據(jù)系統(tǒng)功率要求，決定并聯(lián)MOSFET的個數(shù)。但使用多個并聯(lián)MOSFET帶來的問題是增加了器件連接、散熱、電流均衡和熱均衡問題。
[0003]目前針對多個MOSFET并聯(lián)使用，其電路布局主要有三種:(I)基于復(fù)雜直流母線的并聯(lián)，這種結(jié)構(gòu)基本采用直插式的M0SFET，的具體實施方法是:先規(guī)劃好元件的分布及直流母線的連接方式，然后將固定在直流母線上的MOSFET焊接在設(shè)計好的PCB板上，這種結(jié)構(gòu)安裝工藝復(fù)雜，實際生產(chǎn)效率低下，而且維修及調(diào)試都非常不便；(2)基于單層鋁基板的并聯(lián)，這種方法一般采用的是表面貼裝式M0SFET，用單層銅箔連接，其安裝工藝大大簡化，導(dǎo)熱系數(shù)高非常利于MOSFET的熱均衡，但是其缺點是電流回路面積大，造成雜散電感大；(3)基于雙層基板的并聯(lián)，這種方法一般也采用的是表面貼裝式M0SFET，用雙層銅箔連接，其電流回路小，利于減小雜散電感，安裝工藝和單層鋁基板相當(dāng)，但是其缺點是鋁基板的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本大大提高，而且因為加入了一層FR-4，導(dǎo)致鋁基板的導(dǎo)熱系數(shù)下降，并且不利于MOSFET的熱均衡。當(dāng)然除了以上方法以外還有其他的一些方法，但都有一定的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種MOSFET并聯(lián)電路布局:基于單層鋁基板，在減少電流回路面積的同時，保持單層鋁基板導(dǎo)熱率高、熱均衡性好的優(yōu)點，以較小的面積提供較大的功率密度和良好的熱均衡性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種MOSFET并聯(lián)電路布局，其特征在于:基于單層鋁基板的三相MOSFET并聯(lián)電路。
[0006]所述的基于單層鋁基板的三相MOSFET并聯(lián)電路包括:在單層鋁基板上，由下至上分成3個區(qū)域1、2、3 (如圖1所示)，分別是U、V、W相區(qū)域，每個區(qū)域由上管并聯(lián)MOSFET模組和下管并聯(lián)MOSFET模組構(gòu)成，整個三相并聯(lián)電路共有6排平行的并聯(lián)MOSFET模組，每一排模組中包括η個MOSFET，其中η≥I ;6排并聯(lián)MOSFET模組將單層鋁基板分成7個電流匯流區(qū)，從下至上分別為U相下管源極匯流區(qū)37、U相上管源極與U相下管漏極匯流區(qū)36、U相和V相上管漏極匯流區(qū)35、V相上管源極與下管漏極匯流區(qū)34、W相與V相下管源極匯流區(qū)33、W相上管源極與下管漏極匯流區(qū)32、W相上管漏極匯流區(qū)31 ;在W相上管漏極匯流區(qū)31、U相和V相上管漏極匯流區(qū)35分別布置有正極電流輸入接口 39，在U相下管漏極匯流區(qū)37、V相上管源極與下管漏極匯流區(qū)33分別布置有負(fù)極電流輸出接口 38 ;在U相上管源極與U相下管漏極匯流區(qū)36、V相上管源極與下管漏極匯流區(qū)34、W相上管源極與下管漏極匯流區(qū)32分別布置有交流輸出接口 310。
[0007]由于此三相并聯(lián)電路時對稱的，所以以W相的電流走向為例進(jìn)行電路動態(tài)的描述。電流由正極電流輸入接口流入W相上管漏極匯流區(qū)，從W相上管并聯(lián)MOSFET模組流至W相上管源極與下管漏極匯流區(qū)，在W相上管源極與下管漏極匯流區(qū)有交流輸出接口，用于輸出電流，電流經(jīng)W相下管并聯(lián)MOSFET模組至W相與V相下管源極匯流區(qū)，經(jīng)負(fù)極電流輸出接口流出，完成電流由電源正極輸入至電源負(fù)極輸出的電流回路。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果表現(xiàn)如下:
[0009](I)本發(fā)明在減少電流回路面積的同時，保持單層鋁基板導(dǎo)熱率高、熱均衡性好的優(yōu)點，這樣可以以較小的面積提供較大的功率密度和良好的熱均衡性。
[0010](2)本發(fā)明電路方面結(jié)構(gòu)簡單，易于擴(kuò)展和模塊化，可以通過變更并聯(lián)MOSFET的數(shù)量來匹配不同功率等級的驅(qū)動系統(tǒng)，具有較大的靈活性。
[0011](3)由于減小了回路面積，功率密度高、熱均衡性能好、可靠性高，所以使得系統(tǒng)的整體成本比原有的技術(shù)方案低，對低壓驅(qū)動系統(tǒng)的推廣能起到積極作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的電路原理圖；其中:1是U相區(qū)域、2是V相區(qū)域、3是W相區(qū)域；
[0013]圖2是本發(fā)明的三相并聯(lián)電路MOSFET分布及電流關(guān)系；其中:31是W相上管匯流區(qū)、32是W相上管源極與下管漏極匯流區(qū)、33是W相與V相下管源極匯流區(qū)、34是V相上管源極與下管漏極匯流區(qū)、35是U相和V相上管漏極匯流區(qū)、36是U相上管源極與U相下管漏極匯流區(qū)、U相下管源極匯流區(qū)；
[0014]圖3是本發(fā)明的鋁基板示意圖；其中:31是W相上管匯流區(qū)、32是W相上管源極與下管漏極匯流區(qū)、33是W相與V相下管源極匯流區(qū)、34是V相上管源極與下管漏極匯流區(qū)、35是U相和V相上管漏極匯流區(qū)、36是U相上管源極與U相下管漏極匯流區(qū)、U相下管源極匯流區(qū)、38是負(fù)極電流輸出接口、39是正極電流輸入接口、310是交流輸出接口 ；
[0015]圖4是本發(fā)明每排3只MOSFET并聯(lián)的電路原理圖；
[0016]圖5是本發(fā)明每排12只MOSFET并聯(lián)的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明的功率驅(qū)動系統(tǒng)包括基于單層鋁基板的三相MOSFET并聯(lián)電路。
[0018]基于單層鋁基板的三相MOSFET并聯(lián)電路(以并聯(lián)MOSFET的數(shù)量為8為例)如圖1:Ql 至 Q16 為 W 相的 MOSFET，Q17 至 Q32 為 V 相的 MOSFET，Q33 至 Q48 位 U 相的 MOSFET。其中Ql至Q8這8只MOSFET并聯(lián)；Q9至Q16這8只MOSFET并聯(lián)；Q17至Q24這8只MOSFET并聯(lián)；Q25至Q32這8只MOSFET并聯(lián)，Q33至Q40這8只MOSFET并聯(lián)；Q41至Q48這8只MOSFET并聯(lián)。Ql至Q48在鋁基板上如圖2所示，按U、V、W相的分布將整個鋁基板可分成3個區(qū)域，這48個MOSFET對稱分布在這3個區(qū)域中。Ql至Q16分布在右側(cè)W相區(qū)域；Q17至Q32分布在中部V相區(qū)域；Q33至Q48分布在左側(cè)U相區(qū)域。
[0019]在圖1中，同時給出了 MOSFET的電流分布，由于各相電流走向是相同的，這里具體分析W相的電流走向:
[0020]如圖2中所示，Ql至Q8的源極并聯(lián)形成W相上管漏極匯流區(qū)31，Ql至Q8的源極與Q9至Q16的漏極相連形成W相上管源極與下管漏極匯流區(qū)32，Q9至Q16的源極并聯(lián)形成W相和V相下管源極匯流區(qū)33。
[0021]W相的電流走向如圖3所示，電流由疊層母線電源正端流入W相上管漏極匯流區(qū)31，并從W相上管源極與下管漏極匯流區(qū)32流出；W相和V相下管源極匯流區(qū)33疊層母線的電源負(fù)端連接，完成電流由“B+”輸入至“B-”輸出的電流回路。圖3中W相上管漏極匯流區(qū)31與U相和V相上管漏極匯流區(qū)35通過疊層母線連接，W相和V相下管源極匯流區(qū)33和U相下管匯流區(qū)37通過疊層母線連接。
[0022]圖3為招基板不意圖,對應(yīng)圖3的連接關(guān)系。如圖4所不W相上管漏極匯流區(qū)31、W相和V相下管源極匯流區(qū)33、U相和V相上管漏極匯流區(qū)35、U相下管源極匯流區(qū)37分別有一個焊盤38，用于焊接電流輸入輸出導(dǎo)電片；在W相上管源極與下管漏極匯流區(qū)32、V相上管源極與下管漏極匯流區(qū)34、U相上管源極與下管漏極匯流區(qū)36分別有2個對稱分布的對外連接焊盤39，用于輸入輸出交流電流。
[0023]此MOSFET并聯(lián)電路可適用于不同數(shù)量的MOSFET并聯(lián)(例如由3只MOSFET組成并聯(lián)模組的原理圖如圖4所示，由12只MOSFET組成的并聯(lián)模組原理圖如圖5所示)可以匹配不同功率等級的驅(qū)動系統(tǒng)。同時通過以上方式設(shè)計的三相并聯(lián)電路還可以當(dāng)作一個標(biāo)準(zhǔn)功率模塊，可以將以上結(jié)構(gòu)的三相并聯(lián)電路并聯(lián)使用，并聯(lián)時只需通過將相應(yīng)的輸入輸出端子連接在一起即可。
[0024]總之，本發(fā)明針對多個MOSFET并聯(lián)使用的電路結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計出了一種新的電路布局，這種電路布局是在傳統(tǒng)鋁基板上，通過設(shè)計的電路布局，可以以較小的板面積提供較大的功率密度和良好的熱均衡性。
[0025]本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
[0026]利用本發(fā)明所述的技術(shù)方案，或本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案的啟發(fā)下，設(shè)計出類似的技術(shù)方案，而達(dá)到上述的技術(shù)效果的，均是落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種MOSFET并聯(lián)電路布局，其特征在于包括:在單層鋁基板上，由下至上分成3個區(qū)域分別是U、V、W相區(qū)域，每個區(qū)域由上管并聯(lián)MOSFET模組和下管并聯(lián)MOSFET模組構(gòu)成；整個三相并聯(lián)電路共有6排平行的并聯(lián)MOSFET模組，每一排模組中包括η個M0SFET，其中n≥1;6排并聯(lián)MOSFET模組將單層鋁基板分成7個電流匯流區(qū)，從下至上分別為U相下管源極匯流區(qū)、U相上管源極與U相下管漏極匯流區(qū)、U相和V相上管漏極匯流區(qū)35、V相上管源極與下管漏極匯流區(qū)、W相與V相下管源極匯流區(qū)、W相上管源極與下管漏極匯流區(qū)、W相上管漏極匯流區(qū)；在W相上管漏極匯流區(qū)、U相和V相上管漏極匯流區(qū)分別布置有正極電流輸入接口，在U相下管漏極匯流區(qū)、V相上管源極與下管漏極匯流區(qū)分別布置有負(fù)極電流輸出接口；在U相上管源極與U相下管漏極匯流區(qū)、V相上管源極與下管漏極匯流區(qū)、W相上管源極與下管漏極匯流區(qū)分別布置有交流輸出接口。
【文檔編號】H05K13/04GK103582408SQ201310326544
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】劉杰, 佟炳然 申請人:劉杰, 佟炳然