用于将功率模块适配到电机控制器的印刷电路板的设备的制作方法

1.本公开涉及电机控制器，诸如用于三相电机(诸如异步三相电机)的变速驱动器或软启动器，三相电机在控制器模块的控制下通过基于三相igbt的智能功率模块(ipm)供电，并且涉及用于将此类智能功率模块适配到这种该电机控制器的印刷电路板的设备。


背景技术：

2.包括智能功率模块的控制器模块在本领域中是众所周知的，并且市场上有若干种不同的ipm可用于这种用途。此类控制器模块必须符合若干标准和规定，即使此类控制器的基本原理是众所周知的，为了保证长寿命、低电磁辐射和安全性，此类产品的设计也是耗时且昂贵的。
3.因此，优选避免控制器模块的主电路板的设计的改变，并且当需要改变ipm时会出现问题，因为这种产品通常是单源设计，并且制造商之间具有不同的引脚输出以及电气和机械特征，而且可能具有不同的电磁辐射特征，在ipm类型改变的情况下，可能使产品不符合先前满足的emi规定。然后，需要一种简单的系统，用于允许使用不同的ipm，而无需改变设计成用于接收具体ipm的控制器模块的主电路板。


技术实现要素：

4.鉴于以上问题以及为了在具有ipm的电机控制器的制造中提供灵活性，本公开提出了一种用于将智能功率模块适配到电机控制器的主电路板的设备，包括：
5.适配器电路板，其具有构造成插入到所述电机控制器的所述主电路板的接口接触元件中的固定的接口接触引脚，所述功率模块具有连接在所述适配器电路板上的具有第一引脚输出构造的接触端子，其中，适配器电路板在所述功率模块接触端子的所述第一引脚输出构造和具有第二引脚输出构造的所述接口接触引脚之间提供交叉引脚构造，以便将所述功率模块连接到所述主电路板，并且所述适配器电路板包括适配器电路板上的一组电容器连接点和连接到所述电容器连接点中的至少一些并构造成降低电机控制器的辐射水平的电容器，所述电容器的电容被设计成达到电机控制器的辐射水平的目标阈值。
6.该配置提供了容易适应的功率模块板，并且允许快速适应功率模块的电磁和无线电辐射水平，而无需修改电机控制器的主板的电磁和无线电辐射水平，从而避免了再次启动用于完整产品的emi/rfi鉴定程序的需要。
7.在可以组合或替选的实现模式中：
8.电机控制器可以是用于电机的变速驱动器；
9.一组连接点可以包括用于所述功率模块的至少一个自举电容器的连接点；
10.一组连接点可以包括用于所述功率模块的至少一个栅极输入滤波电容器的连接点；
11.一组连接点可以包括用于所述功率模块的至少一个大型去耦电容器(bulk decoupling capacitor)的连接点。然后，操作者可以选择最合适的电容器组合以减少射频
干扰的辐射。
12.本公开还涉及一种电机控制器，其包括主电路板、所公开的设备和散热器，其中，功率模块位于所述散热器和所述适配器电路板之间，并且附接到散热器。
13.该配置提供了功率模块与主电路板和散热器的简单且容易的组装方式。
14.功率模块优选地经由螺钉附接到散热器，所述适配器电路板设置有直径大于所述螺钉的头部的直径的孔，以便将已经焊接在适配器电路板上的功率模块螺接到散热器。这在功率模块和散热器之间提供了良好的热传递，并且易于组装。
15.在可以组合或替选的进一步的实现模式中：
16.所述适配器板的接口接触引脚可以插入所述主电路板的接触通孔中；
17.适配器电路板和功率模块可以位于所述散热器和所述主电路板之间；
18.电机控制器可以包括绝缘安装框架，其围绕所述适配器电路板和功率模块的侧面，并且相对于所述散热器和所述适配器电路板定位所述主电路板；
19.主电路板可以通过具有钩端的弹性指状物附接到安装框架；
20.绝缘安装框架可以经由螺钉固定到散热器；
21.电机控制器可以包括盖，盖通过接收在孔中的栓附接到绝缘安装框架；
22.电机控制器可包括附接到盖的具有按键和显示器的监督装置；
23.适配器电路板的接口接触引脚和主电路板的接触通孔可以构造成单线或双线；
24.接口接触元件可以是压配合引脚。
附图说明
25.图1是电机控制器的分解立体图；
26.图2是根据本公开的方面的具有主板和散热器的设备的组件的侧视图；
27.图3a和图3b是根据本公开的方面从设备顶部观察到的视图；
28.图4a、图4b和图4c是结合本公开的可能的电容器配置的示例；
29.图5是具有各种构造的电磁辐射图的示例。
具体实施方式
30.本公开涉及一种电机控制器，诸如用于电动机的变速驱动器或软启动器，其中电机通过具有功率mosfets或igbts的逆变器模块(诸如已知的infineon technologies ag公司或其他部件制造商的商标为cipos
tm
的逆变器模块)驱动。此类模块被称为智能功率模块(下文中为ipm)，因为这些模块包括集成的栅极驱动器、温度传感器和其他安全项目(诸如故障指示和过载保护)。
31.具有此类ipm设计的电机控制器通常围绕特定的ipm构建，并且包括具有专用布局图案的主pcb，包括其上焊接有ipm的电机控制和保护电子器件。这些电机控制器需要满足非常严格的emi/rfi标准，并且一旦具有its ipm的主pcb合格，在没有针对emi/rfi兼容性对板进行完整测试，以及在出现问题时可能需要额外的重新设计步骤的情况下，不能对主pcb设计进行修改。
32.因此，需要一种解决方案，以便能够在参考部件不足、成本增加、存在具有改进特征的新装置或者根据标准或客户需求改变要求或产品设计的情况下改变ipm装置。
33.图1示出了根据本公开的电机控制器装置的示例。
34.该电机控制器包括主电路板30，其包括电机控制部件，诸如速度控制装置、软启动装置、用于冷却电机控制部件的功率部件的散热器40，该电机控制部件包括智能功率模块10，根据所公开的设计，该智能功率模块10位于所述散热器40和适配器电路板20之间。
35.图3a中所示的适配器电路板20是用于将智能功率模块10适配到电机控制器的主电路板30的设备的一部分。
36.适配器电路板20具有固定的接口接触引脚21，其构造成插入接口接触元件中，诸如主电路板的接触插座或金属化通孔。
37.适配器电路板包括走线轨道(track)29(为了不使附图太复杂，仅示出了四个)，该走线轨道29将此类接口接触引脚21与ipm的接触端子11连接。图3b给出了此类ipm的pcb走线轨道示例。
38.ipm具有第一引脚输出构造110，接口接触引脚具有第二引脚输出构造210。适配器电路板20的走线轨道29在所述功率模块的所述第一引脚输出构造110和所述第二引脚输出构造210之间提供交叉引脚构造，以便将所述功率模块10连接到所述主电路板30。这允许在集成具有不同引脚构造的不同ipm的情况下仅重新设计适配器电路板，而无需修改主电路板。
39.此外，适配器电路板包括一组电容器连接点25、26、27，以接收电容器22、23、24并将此类电容器连接到ipm的特定引脚，如图4a、4b或4c所示，用于infineon technologies ag的编号为igcm04g60ha的imp。
40.图3b中给出了多层pcb200的说明性示例，其示出了包括接地走线轨道211、电源走线轨道212和信号或去耦走线轨道213的上侧走线轨道和下侧走线轨道。
41.电容器连接点允许选择相关的电容器以提供电机控制器的辐射水平的降低，所述电容器的电容被设计成达到电机控制器的辐射电磁干扰辐射水平的目标阈值。
42.在图4a中，电容器22连接到ipm的引脚v
su
，该引脚是u相高侧浮动ic电源偏移电压，并且电容器22连接到ipm的引脚v
bu
，该引脚是u相高侧浮动ic电源电压。此类电容器是用于电机u相的自举电容器。同样的电容器存在于未示出的v相和w相上。在该示例中，电容器22是4.7μf的电容器，但是电容器的值是根据电机的电源的ipm和开关频率以及预期emi水平来选择的。
43.在图4b中，电容器23(多电容器部件)连接到u、v、w相高侧栅极驱动器输入和u、v、w相低侧栅极驱动器输入，这些输入在基准h/l输入下重新组合。多电容器23为所有六个栅极输入提供控制滤波电容器。在此，每个h/l输入电容器的电容值为470pf，但也可以根据具体应用而调整。
44.在图4c中，电容器24连接在正总线电压p和低侧控制负电源vss之间，以提供整体去耦。电容值在此为100nf，但该值也可以根据情况而调整。
45.图2公开了适配器电路板、ipm和主电路板的组件。
46.ipm 20经由螺钉41附接到散热器，适配器电路板设置有直径大于所述螺钉的头部41a的直径的孔28，以便在该ipm已经焊接在适配器电路板20上的同时将ipm10螺接到散热器40。
47.适配器板20的接口接触引脚21插入所述主电路板30的接触通孔31，诸如金属化
孔。
48.适配器电路板的接口接触引脚21和主电路板的接触插座或金属化通孔31被构造成单线或双线。
49.接口接触引脚21可以具有力插入轮廓(也称为压配合)，以便避免焊接操作。
50.然后，适配器电路板30和ipm10位于散热器40和主电路板30之间。
51.回到图1，电机控制器包括围绕所述适配器电路板和功率模块的侧面的绝缘安装框架50，并且相对于所述散热器和所述适配器电路板20定位所述主电路板。在所提出的设计中，主电路板30通过具有钩端52的弹性指状物附接到绝缘安装框架50，但是主电路板也可以经由螺钉或其他安装器材附接到安装框架。
52.安装框架的一个目的是提供主电路板相对于适配器板的精确定位，以及适配器板接口接触引脚21在主电路板的接收接触插座或金属化通孔31中的安全连接。
53.在散热器侧，绝缘安装框架经由螺钉53附接到散热器。
54.所描述的电机控制器还包括盖60，盖60通过接收在盖的孔61中的此类安装框架的栓51附接到绝缘安装框架，同时在安装板侧壁上接收盖侧壁。
55.具有显示器71和按键72的监督装置70或人机界面附接在盖的与散热器相反的顶部侧上。该装置将来自操作者的命令提供给主板微控制器，该主板微控制器用于为控制电机的ipm提供控制命令。
56.如上所述，本公开的设备的优点是提供一种简单的方法来解决当ipm类型发生变化时控制器的电磁干扰问题。图5给出了使用具有垂直极化的双锥天线在距离被测电机控制器10m的1.75m高度处进行的电磁干扰测量的示例，对于5hz的电机频率和5m的电机电缆长度，该电机控制器具有4khz的开关频率和infineon technologies ag的ikcm15l60ga型imp。
57.曲线a示出了适配器电路板上没有电容器的电机控制器的辐射，曲线b示出了相同的构造，但是v
ss
和在ipm开关的正电压入口p之间具有如图4c所示的整体去耦电容器24，并且曲线c示出了相同的适配器电路板和ipm，但是具有如图4a所示的自举电容器。
58.可以看出，使用电容器可以获得75mhz以上的干扰的减少。其他构造和截止频率可以通过电容器的其他组合来获得。
59.本公开的设备还允许在相同的情况下测试各种imp部件，每种部件都具有其特定的适配器电路板布线，以便在需要时选择干扰较小的部件。由于本公开，可以在不对电机控制器和主电路板进行任何修改的情况下完成，适配器板是唯一修改的元件。
60.以上描述不旨在限制在所附权利要求中限定的发明，而是提供一种示例性的实现方式。特别地，电容器的数量和位置、ipm的引脚输出和接口接触引脚的位置只是其他解决方案之间的可能解决方案，而不限制权利要求的范围。

技术特征：
1.一种用于将智能功率模块(10)适配到电机控制器的主电路板(30)的设备，包括：适配器电路板(20)，其具有固定的接口接触引脚(21)，所述固定的接口接触引脚构造成插入所述电机控制器的所述主电路板的接口接触元件(31)中，所述功率模块(10)具有连接在所述适配器电路板上的具有第一引脚输出构造(110)的接触端子(11)，其中，所述适配器电路板(20)在所述功率模块的所述第一引脚输出构造(110)和具有第二引脚输出构造(210)的所述接口接触引脚(21)之间提供交叉引脚构造，以便将所述功率模块(10)连接到所述主电路板(30)，所述适配器电路板上的一组电容器连接点(25、26、27)和连接到所述电容器连接点中的至少一些的电容器(22、23、24)，所述电容器(22、23、24)构造成降低所述电机控制器的辐射水平，所述电容器的电容被设计成达到所述电机控制器的所述辐射水平的目标阈值。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述电机控制器是用于所述电机的变速驱动器。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述一组连接点包括用于所述功率模块的至少一个自举电容器(22)的连接点。4.根据权利要求1、2或3所述的设备，其中，所述一组连接点包括用于所述功率模块的至少一个栅极输入滤波电容器(23)的连接点。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述一组连接点包括用于所述功率模块的至少一个大型去耦电容器(23)的连接点。6.一种电机控制器，包括主电路板(30)、根据前述权利要求中任一项所述的设备和散热器(40)，其中，所述功率模块(10)位于所述散热器(40)和所述适配器电路板(20)之间，并且经由螺钉(41)附接到所述散热器，所述适配器电路板设置有直径大于所述螺钉的头部(41a)直径的孔(28)，以便将已经焊接在所述适配器电路板(20)上的所述功率模块(10)螺接到所述散热器(40)。7.根据权利要求6所述的电机控制器，其中，所述适配器板(20)的所述接口接触引脚(21)插入所述主电路板(30)的接触通孔(31)中，所述适配器电路板(30)和所述功率模块(10)位于所述散热器(40)和所述主电路板(30)之间。8.根据权利要求7所述的电机控制器，还包括绝缘安装框架(50)，其围绕所述适配器电路板和所述功率模块的侧面，并且相对于所述散热器和所述适配器电路板(20)定位所述主电路板。9.根据权利要求8所述的电机控制器，其中，所述主电路板(30)通过具有钩端(52)的弹性指状物附接到所述绝缘安装框架(50)。10.根据权利要求6至9中任一项所述的电机控制器，其中，所述绝缘安装框架经由螺钉(53)附接到所述散热器。11.根据权利要求6至10中任一项所述的电机控制器，其包括盖(60)，所述盖(60)通过接收在所述孔(61)中的栓(51)附接到所述绝缘安装框架。12.根据权利要求11所述的电机控制器，包括附接到所述盖(60)的具有按键(72)和显示器(71)的监督装置(70)。13.根据权利要求6至12中任一项所述的电机控制器，其中，所述适配器电路板的所述接口接触元件(21)和所述主电路板的所述接触通孔被构造成单线或双线(210)。14.根据权利要求6至13中任一项所述的电机控制器，其中，所述适配器电路板的所述
接口接触元件(21)是压配合引脚。

技术总结
用于将智能功率模块适配到电机控制器的主电路板的设备，包括：适配器电路板，其具有固定的接口接触引脚，该接口接触引脚被构造成插入电机控制器的主电路板的接口接触元件中，功率模块具有连接在适配器电路板上的具有第一引脚输出构造的接触引脚，其中，适配器电路板在功率模块的第一引脚输出构造和具有第二引脚输出构造的接口接触引脚之间提供交叉引脚构造，以便将功率模块连接到主电路板，适配器电路板上的一组电容器连接点和电容器，该电容器连接到电容器连接点中的至少一些，并且构造成降低电机控制器的辐射水平，电容器的电容被设计成达到电机控制器的辐射水平的目标阈值。设计成达到电机控制器的辐射水平的目标阈值。设计成达到电机控制器的辐射水平的目标阈值。


技术研发人员：C.M.吴
受保护的技术使用者：施耐德东芝换流器欧洲公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/8/21