專利名稱：母線電容模塊及功率單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實施例涉及電氣技術(shù)，尤其涉及一種母線電容模塊及功率單元。
背景技術(shù)：
在電氣技術(shù)中，功率單兀作為大功率變頻設(shè)備的核心部件，可以完成完整的功率轉(zhuǎn)換功能，包括整流、逆變和變頻等，同時，可以通過各個功率單元級聯(lián)方式起到擴展功率等級的作用。而母線電容模塊是功率單元的主要元件，在功率單元內(nèi)部的電路拓撲中，需要由母線電容模塊構(gòu)成直流環(huán)節(jié)，并起到儲能和濾波的作用。母線電容模塊一般包括多個電容、母排和多個均壓泄放電阻，各個電容之間可通過母排連接；均壓泄放電阻用于防止相互串聯(lián)的兩個電容由于電容參數(shù)不完全相同導(dǎo)致的電壓不均，并且可以用于在功率單元下電時泄放直流母線的能量。母排的結(jié)構(gòu)優(yōu)劣和均壓泄放電阻的形式對母線電容模塊的體積有很大影響。目前的母排結(jié)構(gòu)，一般使用多層金屬排，例如銅排或鋁排。各層金屬排分別連接各個電容所需要連接的功率單元中的不同網(wǎng)絡(luò)。每層金屬排之間用絕緣材料進行隔離，例如環(huán)氧板。均壓泄放電阻一般采用繞線電阻器、水泥電阻或金屬膜電阻等，在使用時將均壓泄放電阻直接安裝在母排上，或者使用線纜弓I出至其他位置。由于金屬排本身較厚，多層疊加的方式使得母排的厚度至少在幾毫米左右。而均壓泄放電阻所使用的器件本身屬于體積大的類型，且由于電阻會發(fā)熱，如果直接安裝在母排上，則安裝時需要遠離電容管腳，導(dǎo)致母線電容模塊的體積進一步增大；如果使用線纜將均壓泄放電阻引出固定在其他位置上，則會降低母線電容模塊的集成度，需要增加功率單元內(nèi)的走線通道，會提高整個功率單元的架構(gòu)復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種母線電容模塊及功率單元，以解決現(xiàn)有技術(shù)的母線電容模塊體積過大以及由此導(dǎo)致的功率單元體積過大的問題。第一方面，本發(fā)明實施例提供一種母線電容模塊，包括母排，所述母排為印刷電路板，所述印刷電路板布設(shè)有至少一層金屬箔電路，且每層金屬箔電路包括相互絕緣的電路圖案；至少一個電容和至少一個泄放電阻，所述電容和所述泄放電阻通過所述金屬箔電路電連接。在第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述印刷電路板的金屬箔電路為多層，設(shè)置在印刷電路板的上表面、下表面和/或內(nèi)部。結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第二種可能的實現(xiàn)方式中，所述印刷電路板的金屬箔電路中設(shè)置有通孔，所述電容的插腳插入所述通孔中，實現(xiàn)與所述金屬箔電路的電連接。結(jié)合第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式，在第三種可能的實現(xiàn)方式中，還包括結(jié)構(gòu)件，用于將所述母線電容模塊中的電容固定在功率單元中。
結(jié)合第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能的實現(xiàn)方式中，所述結(jié)構(gòu)件包括至少一個基板，用于固定連接在功率單元的壁面上；至少一個夾具，分別與各所述電容固定連接，且固定連接在所述基板上，用于固定電容。結(jié)合第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式，在第五種可能的實現(xiàn)方式中，所述母排的數(shù)量為多塊，所述母排的金屬箔電路上設(shè)置有通孔或焊盤，各塊所述母排之間通過螺合、焊接或連接器方式相互電連接。結(jié)合第一方面的第五種可能的實現(xiàn)方式，在第六種可能的實現(xiàn)方式中，所述泄放電阻為貼片電阻陣列，焊接在所述印刷電路板表面層金屬箔電路上與電容電連接。結(jié)合第一方面的第六種可能的實現(xiàn)方式，在第七種可能的實現(xiàn)方式中，還包括分壓電阻，與所述金屬箔電路電連接，與所述電容在印刷電路板的同面設(shè)置或異面設(shè)置。第二方面，本發(fā)明實施例提供一種功率單元，包括整流模塊、逆變模塊或變頻模塊，所述整流模塊、逆變模塊或變頻模塊包括本發(fā)明任意實施例所提供的母線電容模塊。本發(fā)明實施例母線電容模塊及功率單元，通過使用印刷電路板作為母排，通過使用印刷電路板的金屬箔布設(shè)母線電容模塊的電路，并將至少一個電容和至少一個泄放電阻按照母線電容模塊的電路結(jié)構(gòu)連接在印刷電路板的金屬箔上，通過利用印刷電路板的介質(zhì)層實現(xiàn)對母線電容模塊中不同電路網(wǎng)絡(luò)的隔離，從而用印刷電路板的同層金屬箔電路的相互絕緣的電路圖案，構(gòu)成母線電容模塊所需的相互絕緣的電路，克服了現(xiàn)有技術(shù)中需要多個母排多層疊加并在各層之間填充絕緣材料的導(dǎo)致的母線電容模塊體積過大的缺陷，從而也克服了由此導(dǎo)致的功率單元體積過大的缺陷。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明母線電容模塊實施例一的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明母線電容模塊實施例二的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明母線電容模塊實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明功率單元實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。圖1為本發(fā)明母線電容模塊實施例一的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實施例的母線電容模塊可以包括母排1、至少一個電容2和至少一個泄放電阻3，其中，母排I為印刷電路板(Printed Circuit Board,簡稱PCB),該PCB布設(shè)有至少一層金屬箔電路,且每層金屬箔電路包括相互絕緣的電路圖案；至少一個電容2為功率單元的母線電容，可以安裝在母排I上并與母排I的金屬箔電路電連接，用于在該母線電容模塊的電路中存儲能量和濾波；至少一個泄放電阻3，可以安裝在母排I上并與母排I的金屬箔電路電連接，用于在該母線電容模塊下電時泄放母線的電能。另外，如果電路中有互相串聯(lián)的電容，可以對泄放電阻3進行相應(yīng)的設(shè)計，例如采用貼片電阻陣列來調(diào)整泄放電阻3的電阻大小，用來平衡互相串聯(lián)的各個電容上電壓，使各串聯(lián)電容上的電壓相等。在具體實現(xiàn)時，可以根據(jù)功率單元的設(shè)計要求，例如功率單元的最大母線電流、最大電壓等指標(biāo)，設(shè)計母線電容模塊的電路，例如需要四組互相并聯(lián)的電容，以承載功率單元的功率，每組中有三個互相串聯(lián)的電容，以分擔(dān)母線上的電壓，以及相應(yīng)的泄放電阻。再根據(jù)所設(shè)計的母線電容模塊的電路加工PCB，該PCB上可以預(yù)留需要連接電容2的插腳的通孔和焊接泄放電阻3的焊盤，以便于安裝電容2和泄放電阻3。此處，由于PCB自身的特性，即，能夠通過PCB的介質(zhì)層實現(xiàn)對不同電路網(wǎng)絡(luò)的絕緣隔離，而且在每層金屬箔電路中，可以通過對金屬箔的構(gòu)圖，形成相互絕緣的電路圖案，以便實現(xiàn)所需的電容和電阻的連接。因此可以實現(xiàn)在一塊PCB上加工較為復(fù)雜的電路，例如含有復(fù)雜串并聯(lián)關(guān)系的多個電容和多個電阻的電路。而如果使用現(xiàn)有技術(shù)的金屬排作為母排，由于金屬排不包含絕緣介質(zhì)，一個金屬排上各個點是互相導(dǎo)電的，因此需要使用多層金屬排，并在各層金屬排之間填充絕緣材料的方式才能構(gòu)成這種較為復(fù)雜的電路。而且，PCB的金屬箔的厚度小于金屬排的厚度，PCB內(nèi)部的絕緣介質(zhì)層的厚度也小于多層金屬排之間填充的絕緣介質(zhì)，因此，使用PCB作為母排構(gòu)成的電路模塊，必然比使用金屬排作為母排構(gòu)成的電路模塊的厚度小。本實施例的母線電容模塊，通過使用PCB作為母排、使用PCB的金屬箔布設(shè)母線電容模塊的電路，并將至少一個電容和至少一個泄放電阻按照母線電容模塊的電路結(jié)構(gòu)連接在印刷電路板的金屬箔上，通過利用PCB的介質(zhì)層實現(xiàn)對母線電容模塊中不同電路網(wǎng)絡(luò)的隔離，從而用PCB的同層金屬箔電路的相互絕緣的電路圖案，構(gòu)成母線電容模塊所需的相互絕緣的電路，從而能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中需要多塊母排多層疊加并在各層之間填充絕緣材料的導(dǎo)致的母線電容模塊體積過大的缺陷。除此之外，使用PCB作為母排，相比于現(xiàn)有技術(shù)，由于PCB內(nèi)部不易引入雜質(zhì)，避免雜質(zhì)對絕緣介質(zhì)的損壞，從而可以提高母線電容模塊的可靠性；而且，PCB的介質(zhì)厚度可以可控制，因而可以更好地控制母排的寄生參數(shù)，例如電路中雜散電感較小，使電壓尖峰少，電流紋波較小，因此，電路的性能更好，可靠性更高；而且，物料成本和加工成本也更低；由于一塊PCB即可構(gòu)成電路，避免了繁瑣的疊加或線纜連接，因此更便于安裝。本實施例在具體實現(xiàn)時，根據(jù)功率單元所要求的母線電流的大小，可以將PCB的金屬箔電路設(shè)置為多層，例如2層、4層、6層、8層等，并可以設(shè)置在印刷電路板的上表面、下表面和/或內(nèi)部；同時，也可以根據(jù)母線電流的大小以及金屬箔的載流能力，調(diào)整金屬箔電路的厚度，例如可以選擇I盎司、2盎司或3盎司的金屬箔。一般而言，金屬箔層數(shù)越多、厚度越大，其載流能力越強。進一步地，PCB的金屬箔電路中可以設(shè)置通孔，用于將電容或泄放電阻的插腳插入通孔中，實現(xiàn)與所述金屬箔電路的電連接。圖2為本發(fā)明母線電容模塊實施例二的主視結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，在圖1所示母線電容模塊實施例的基礎(chǔ)上，本實施例的母線電容模塊還可以包括結(jié)構(gòu)件4，用于將所述母線電容模塊中的電容固定在功率單元中。具體地，該結(jié)構(gòu)件4可以包括至少一個基板41，用于固定連接在功率單元所在機柜的壁面上，并用于支撐固定在該基板上的電容的重量；至少一個夾具42，分別與各電容2固定連接，且固定連接在基板41上，用于固定電容2。需要說明的是，在圖1所示的實施例，是針對電容2為小型電容的電路，PCB和電容插腳的強度足以支撐電容的重量，因此可以直接使用PCB作為電容的承重載體；而本實施例是針對需要使用大型電容(電容重量較大)的電路，而提出的優(yōu)選方案。具體地，夾具42可以通過焊接或螺合等方式固定連接在基板41上，夾具42的數(shù)量可以等同于電容2的數(shù)量，即，用一個夾具42固定一個電容2。實際實現(xiàn)時，電容的固定實現(xiàn)方式并不限于本實施例示出的這種方式，例如，還可以在電容的底部直接用螺柱固定連接到該母線電容模塊的安裝板上，也可以根據(jù)機柜中實際的布局，設(shè)計其他的固定方式，只要在結(jié)構(gòu)上能固定電容并保持各個電容的管腳在高度上一致，不至于使與電容連接的PCB變形受損即可。進一步地，如果母線電容模塊的電路更為復(fù)雜，所需要的電容或電阻較多而導(dǎo)致無法連接在同一個母排時；或者某功率單元的結(jié)構(gòu)特殊，要求母線電容模塊的橫截面小于普通的PCB板而對母線電容模塊的厚度無限制時；以及為了滿足其他的特殊要求；母排I的數(shù)量可以為多塊，母排I的金屬箔電路上可以設(shè)置有通孔或焊盤，各塊所述母排之間通過螺合、焊接或連接器方式相互電連接。具體地，可以設(shè)置通孔，將兩個母排I通過螺釘連接；可以設(shè)置焊盤，將線纜的兩端分別焊在兩個母排上，以實現(xiàn)連接；也可以在母排上焊接連接器，作為插座，將連接線纜的兩端分別插入兩個母排的插座上，以實現(xiàn)連接。具體實現(xiàn)時，還可以將母線電容模塊中的電容2和泄放電阻3分別連接在各個PCB的兩側(cè)，以進一步節(jié)省母線電容模塊的橫截面積。進一步地，泄放電阻3可以為貼片電阻陣列，可以在PCB表面設(shè)置焊盤以焊接貼片電阻，以便將貼片電阻連接在PCB表面層金屬箔電路上與電容電連接。由于貼片電阻的體積遠小于現(xiàn)有技術(shù)中金屬排需要使用的例如鋁殼繞線電阻、水泥電阻、金屬膜電阻等體積大的電阻，而且，PCB的兩面都可以設(shè)置貼片電阻陣列，從而可以進一步減小母線電容模塊的體積。本實施例，通過結(jié)構(gòu)件的設(shè)置，實現(xiàn)用純機械的方式將電容固定在功率單元所在的機柜上，減輕了母排的負擔(dān)，使母排與電容之間只有電連接關(guān)系，從而可以保證母線電容模塊的電路性能；通過多塊母排的靈活設(shè)置，使本實施例的母線電容模塊可以滿足多種復(fù)雜電路的要求以及其他特殊空間要求；通過使用貼片電阻陣列作為泄放電阻，進一步減小母線電容模塊的體積，而且貼片電阻發(fā)熱量低，從而電路可靠性高，另外，貼片電阻成本低廉、安裝方便，進一步減小了母線電容模塊的物料成本和制造成本。圖3為本發(fā)明母線電容模塊實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，在圖2所示母線電容模塊實施例的基礎(chǔ)上，本實施例的母線電容模塊還可以包括母線電壓檢測接口 5和分壓電阻6。其中，母線電壓檢測接口 5用于連接母線電壓檢測的線纜；分壓電阻6可以與金屬箔電路電連接，可以根據(jù)電路設(shè)計要求以及對母線電容模塊的空間要求，與電容2在PCB的同面設(shè)置或異面設(shè)置。功率單元在具體實現(xiàn)時，可以包括母線電壓檢測電路，用于定時檢測母線上的電壓，并用于判斷該母線電容模塊以及該功率單元是否正常工作。而母線電壓通常較大，因此，可以使用分壓電阻來降低母線電壓檢測的線纜上的電壓。如圖3所示，可以在PCB上增加通孔或焊盤的方式提供母線電壓檢測接口 5，并可以將分壓電阻6通過焊接或螺合的方式連接在PCB上，該分壓電阻6也可以根據(jù)具體電路的結(jié)構(gòu)連接在PCB兩面的任意的合適位置上。本實施例，通過分壓電阻與PCB的金屬箔電路連接，實現(xiàn)將母線電壓檢測電路中的元件也集成到母線電容模塊中，增加了方案集成度，更利于整個功率單元的架構(gòu)設(shè)計；通過可以將分壓電阻設(shè)置在PCB的兩側(cè)，進一步減小了母線電容模塊的體積。圖4為本發(fā)明功率單元實施例的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖4所示,本實施例的功率單元包括整流模塊、逆變模塊和變頻模塊，該整流模塊、該逆變模塊和該變頻模塊均包括本發(fā)明任意實施例所提供的母線電容模塊。圖4所示實施例為功率單元的一種實現(xiàn)方式，在實際實現(xiàn)時，功率單元也可以包括整流模塊、逆變模塊和變頻模塊的任意一個或任意兩個的組合。該功率單元的工作原理與已有技術(shù)一致，由于采用了 PCB作為母線電容模塊的母排，因此可有效減小體積。最后應(yīng)說明的是以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種母線電容模塊，其特征在于，包括母排，所述母排為印刷電路板，所述印刷電路板布設(shè)有至少一層金屬箔電路，且每層金屬箔電路包括相互絕緣的電路圖案；至少一個電容和至少一個泄放電阻，所述電容和所述泄放電阻通過所述金屬箔電路電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的母線電容模塊，其特征在于所述印刷電路板的金屬箔電路為多層，設(shè)置在印刷電路板的上表面、下表面和/或內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的母線電容模塊，其特征在于所述印刷電路板的金屬箔電路中設(shè)置有通孔，所述電容的插腳插入所述通孔中，實現(xiàn)與所述金屬箔電路的電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的母線電容模塊，其特征在于，還包括結(jié)構(gòu)件，用于將所述母線電容模塊中的電容固定在功率單元中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的母線電容模塊，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)件包括至少一個基板，用于固定連接在功率單元的壁面上；至少一個夾具，分別與各所述電容固定連接，且固定連接在所述基板上，用于固定電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的母線電容模塊，其特征在于所述母排的數(shù)量為多塊，所述母排的金屬箔電路上設(shè)置有通孔或焊盤，各塊所述母排之間通過螺合、焊接或連接器方式相互電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的母線電容模塊，其特征在于所述泄放電阻為貼片電阻陣列，焊接在所述印刷電路板表面層金屬箔電路上與電容電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的母線電容模塊，其特征在于，還包括分壓電阻，與所述金屬箔電路電連接，與所述電容在印刷電路板的同面設(shè)置或異面設(shè)置。
9.一種功率單元，包括整流模塊、逆變模塊和變頻模塊中的至少一個，其特征在于，所述整流模塊、逆變模塊或變頻模塊包括權(quán)利要求1-8任一所述的母線電容模塊。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供一種母線電容模塊和功率單元。該母線電容模塊包括母排，所述母排為印刷電路板，所述印刷電路板布設(shè)有至少一層金屬箔電路，且每層金屬箔電路包括相互絕緣的電路圖案；至少一個電容和至少一個泄放電阻，所述電容和所述泄放電阻通過所述金屬箔電路電連接。該功率單元包括上述的母線電容模塊。本發(fā)明實施例提供的母線電容模塊及功率單元，可以解決現(xiàn)有技術(shù)的母線電容模塊體積過大以及由此導(dǎo)致的功率單元體積過大的問題。
文檔編號H02H9/04GK103036221SQ20121051222
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者王豫川, 姚凱, 耿曉靜 申請人:華為技術(shù)有限公司