三相电机驱动器及电动车的制作方法

1.本发明涉及三相电机驱动技术领域，特别涉及一种三相电机驱动器及电动车。

背景技术：

2.由于初始投资费用低、短距离通行便捷、充电方便、易于驾驶和操作、满足零排放要求，国内轻型电动车(包括电动踏板车和电动自行车、电动三轮车和电动叉车、电动摩托车和低速电动汽车等各种轻型电动车)的需求增长较快，技术发展迅速。作为轻型电动车的核心组件和动力控制系统，轻型电动车电机驱动器的性能和设计至关重要。
3.随着人们对轻型电动车续航里程和动力性能的更高需求，轻型电动车的电机驱动器需要更加节能和对更大功率的控制能力。轻型电动车轻便化需求还要求电机驱动器的设计更紧凑。此外，轻型电动车对成本较为敏感，需要开发成本优化型电机驱动器硬件解决方案。
4.对轻型电动车电机驱动器的更高要求给硬件系统设计提出了更高的挑战。例如，更大的输出功率意味着更大的电流，对功率板块的散热要求更高；更大的电流通常需要多颗mosfet器件并联使用，器件之间并联电流分配面临均衡挑战；更低的成本控制通常会降低mosfet器件的电压冗余量，向系统功率回路寄生电感参数的控制提出了更高的挑战。因此，对电机驱动器的硬件设计进行优化十分有必要。

技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中三相电机驱动器单板电路无法满足不同功率范围兼容性和延拓性需求的缺陷，提供一种三相电机驱动器及电动车。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.第一方面，提供一种三相电机驱动器，包括控制板、驱动板、功率板和电容板；
8.所述控制板用于发出控制信号，所述驱动板用于驱动所述功率板中的功率器件；所述功率板用于将直流电转换为三相交流电；所述电容板用于为所述控制板、所述驱动板和所述功率板供电；
9.所述控制板、所述驱动板、所述功率板和所述电容板布置为至少两层。
10.本发明根据不同单元对布线、散热和电磁干扰性能的要求对硬件系统进行了模块化设计，将功率板与控制板分为不同模块，既可以对功率板进行特殊的散热设计，又可以减小功率回路对控制回路的电磁干扰，模块化设计还可以降低每个模块自身的布线难度；将各个模块叠层布置，可以显著减小整个硬件系统的尺寸，提升系统功率密度。本发明实现了三相电机驱动器的模块化兼容设计，满足了不同功率范围兼容性和延拓性的需求，同时减小了系统成本。
11.优选地，所述电容板通过dc-dc电路为所述控制板与所述驱动板供电。
12.优选地，所述功率板的基层采用金属基板。
13.优选地，所述金属基板具体为铝板。
14.三相电机驱动器系统功率不断提升使得流过功率器件的电流越来越大，器件散热性能成为了限制器件通流能力的主要因素。为充分利用器件自身的通流能力，本发明采用铝基板代替传统的pcb，铝基板背面的金属层可以显著降低器件结到板的热阻。
15.优选地，所述三相电机驱动器还包括散热器，所述功率板贴设在所述散热器的上方。
16.散热器有助于功率板更好的散热。
17.优选地，所述功率板的半桥电路中，交流(ac)端子位于直流正(dc+)端子与直流负(dc-)端子的中轴线上，所述直流正端子到所述交流端子的第一线路与所述交流端子到所述直流负端子的第二线路平行，上半桥器件与下半桥器件分别接入所述第一线路和所述第二线路。
18.传统的三相电机驱动器的上半桥和下半桥器件均为上下布局，且距离较远，硬件系统寄生电感很难进一步降低。本发明将上半桥和下半桥器件左右排列，且直流正端子和直流负端子在满足绝缘安全的情况下尽量靠近，电流回路面积显著降低，且流入功率板的正向电流和流出功率板的负向电流产生的磁场方向相反，可相互抵消，进一步降低回路寄生电感，从而降低器件电压尖峰。
19.优选地，所述控制板与所述电容板布置于上层，所述驱动板与所述功率板布置于下层。
20.优选地，所述功率板为多块时，各块所述功率板围绕所述驱动板为中心进行布置。
21.这样布置可以确保并联的功率器件的驱动信号路径一致，减小并联功率器件间因驱动信号延时差异导致的电流不均衡。
22.优选地，所述电容板与所述功率板的距离及所述驱动板与所述功率板的距离均小于所述控制板与所述功率板的距离。
23.优选地，所述驱动板与所述功率板平行设置或垂直设置。
24.第二方面，提供一种电动车，包含储能电池、三相电机和第一方面所述的三相电机驱动器。
25.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
26.本发明的积极进步效果在于：
27.本发明根据不同单元对布线、散热和电磁干扰性能的要求对硬件系统进行了模块化设计，将功率板与控制板分为不同模块，既可以对功率板进行特殊的散热设计，又可以减小功率回路对控制回路的电磁干扰，模块化设计还可以降低每个模块自身的布线难度；将各个模块叠层布置，可以显著减小整个硬件系统的尺寸，提升系统功率密度。本发明实现了三相电机驱动器的模块化兼容设计，满足了不同功率范围兼容性和延拓性的需求，同时减小了系统成本。
附图说明
28.图1为本发明实施例1提供的三相电机驱动器的硬件电路的模块划分示意图。
29.图2为本发明实施例1提供的三相电机驱动器的硬件电路叠层布置的结构示意图。
30.图3为本发明实施例1提供的三相电机驱动器的硬件电路的叠层布置的实物图。
31.图4为本发明实施例1提供的三相电机驱动器的功率板电路的结构示意图。
32.图5为本发明实施例1提供的三相电机驱动器的功率板电路的实物图。
33.图6为本发明实施例1提供的三相电机驱动器中两块功率板围绕驱动板布置的示意图。
34.图7为本发明实施例1提供的三相电机驱动器中三块功率板围绕驱动板布置的示意图。
35.图8为本发明实施例1提供的三相电机驱动器中四块功率板围绕驱动板布置的示意图。
具体实施方式
36.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
37.实施例1
38.本实施例公开了一种三相电机驱动器，如图1所示，包括控制板11、驱动板12、功率板13和电容板14；
39.控制板11用于发出控制信号，驱动板12用于驱动功率板13中的功率器件；功率板13用于将直流电转换为三相交流电；电容板14用于为控制板、驱动板和功率板供电；
40.控制板11、驱动板12、功率板13和电容板14布置为至少两层，也可布置为三层或四层。
41.本实施例根据不同单元对布线、散热和电磁干扰性能的要求对硬件系统进行了模块化设计，将功率板13与控制板11分离，既可以对功率板13进行特殊的散热设计，又可以减小功率回路对控制回路的电磁干扰，模块化设计还可以降低每个模块自身的布线难度；将各个模块叠层布置，可以显著减小整个硬件系统的尺寸，提升系统功率密度。本实施例实现了三相电机驱动器的模块化兼容设计，满足了不同功率范围兼容性和延拓性的需求，同时减小了系统成本。
42.在可选的一种实施方式中，如图2和图3所示，控制板11、驱动板12、功率板13和电容板14布置为两层，控制板11与电容板14布置于上层，驱动板12与功率板13布置于下层。
43.在可选的一种实施方式中，三相电机驱动器还包括散热器15，功率板13贴设在散热器15的上方。散热器15有助于功率板13更好的散热。
44.在可选的一种实施方式中，电容板14与功率板13的距离及驱动板12与功率板13的距离均小于控制板11与功率板13的距离。电容板14为功率板13供电，驱动板12驱动功率板13上的功率器件，所以电容板14与驱动板12都需要尽量靠近功率板13。
45.在可选的一种实施方式中，驱动板12与功率板13平行设置或垂直设置。这样可使功率板13与驱动板12的距离尽量小。
46.在可选的一种实施方式中，电容板14通过dc-dc电路为控制板11与驱动板12供电。
47.在可选的一种实施方式中，功率板13的基层采用金属基板。
48.在可选的一种实施方式中，金属基板具体为铝板。
49.三相电机驱动器系统功率不断提升使得流过功率器件的电流越来越大，器件散热性能成为了限制器件通流能力的主要因素。为充分利用器件自身的通流能力，本实施例采
用铝基板代替传统的pcb，铝基板背面的金属层可以显著降低器件结到板的热阻。
50.在可选的一种实施方式中，如图4和图5所示，功率板13的半桥电路中，交流(ac)端子位于直流正(dc+)端子与直流负(dc-)端子的中轴线上，直流正端子到交流端子的第一线路31与交流端子到直流负端子的第二线路32平行，上半桥器件33与下半桥器件34分别接入第一线路和第二线路。
51.传统的三相电机驱动器的上半桥和下半桥器件均为上下布局，且距离较远，硬件系统寄生电感很难进一步降低。本实施例将上半桥器件33和下半桥器件34左右排列，且直流正端子和直流负端子在满足绝缘安全的情况下尽量靠近，电流回路面积显著降低，且流入功率板13的正向电流和流出功率板13的负向电流产生的磁场方向相反，可相互抵消，进一步降低回路寄生电感，从而降低器件电压尖峰。
52.在可选的一种实施方式中，功率板13为多块时，各块功率板13围绕驱动板12为中心进行布置，如图6至8所示。这样可以确保并联的功率器件的驱动信号路径一致，减小并联功率器件间因驱动信号延时差异导致的电流不均衡。
53.本实施例提供了一种三相电机驱动器，根据不同单元对布线、散热和电磁干扰性能的要求对硬件系统进行了模块化设计，将功率板13与控制板11分离，既可以对功率板13进行特殊的散热设计，又可以减小功率回路对控制回路的电磁干扰，模块化设计还可以降低每个模块自身的布线难度；将各个模块叠层布置，可以显著减小整个硬件系统的尺寸，提升系统功率密度。本实施例实现了三相电机驱动器的模块化兼容设计，满足了不同功率范围兼容性和延拓性的需求，同时减小了系统成本。
54.实施例2
55.本实施例公开了一种电动车，包含储能电池、三相电机和实施例1所述的三相电机驱动器。
56.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种三相电机驱动器，其特征在于，包括控制板、驱动板、功率板和电容板；所述控制板用于发出控制信号，所述驱动板用于驱动所述功率板中的功率器件；所述功率板用于将直流电转换为三相交流电；所述电容板用于为所述控制板、所述驱动板和所述功率板供电；所述控制板、所述驱动板、所述功率板和所述电容板布置为至少两层。2.如权利要求1所述的三相电机驱动器，其特征在于，所述电容板通过dc-dc电路为所述控制板与所述驱动板供电。3.如权利要求1所述的三相电机驱动器，其特征在于，所述功率板的基层采用金属基板。4.如权利要求3所述的三相电机驱动器，其特征在于，所述金属基板具体为铝板。5.如权利要求1所述的三相电机驱动器，其特征在于，所述三相电机驱动器还包括散热器，所述功率板贴设在所述散热器的上方。6.如权利要求1所述的三相电机驱动器，其特征在于，所述功率板的半桥电路中，交流端子位于直流正端子与直流负端子的中轴线上，所述直流正端子到所述交流端子的第一线路与所述交流端子到所述直流负端子的第二线路平行，上半桥器件与下半桥器件分别接入所述第一线路和所述第二线路。7.如权利要求1所述的三相电机驱动器，其特征在于，所述控制板与所述电容板布置于上层，所述驱动板与所述功率板布置于下层；和/或，所述功率板为多块时，各块所述功率板围绕所述驱动板为中心进行布置。8.如权利要求1所述的三相电机驱动器，其特征在于，所述电容板与所述功率板的距离及所述驱动板与所述功率板的距离均小于所述控制板与所述功率板的距离。9.如权利要求1所述的三相电机驱动器，其特征在于，所述驱动板与所述功率板平行设置或垂直设置。10.一种电动车，其特征在于，包含储能电池、三相电机和权利要求1至9任一项所述的三相电机驱动器。

技术总结

本发明公开了一种三相电机驱动器及电动车，三相电机驱动器包括控制板、驱动板、功率板和电容板；控制板用于发出控制信号，驱动板用于驱动功率板中的功率器件，功率板用于将直流电转换为三相交流电；电容板用于为控制板、驱动板和功率板供电；控制板、驱动板、功率板和电容板布置为至少两层。本发明对硬件系统进行了模块化设计，将功率板与控制板分为不同模块，既可以对功率板进行特殊的散热设计，又可以减小功率回路对控制回路的电磁干扰，模块化设计还可以降低每个模块自身的布线难度；将各个模块叠层布置，可以显著减小整个硬件系统的尺寸，提升系统功率密度；模块化设计满足了不同功率范围兼容性和延拓性的需求，同时减小了系统成本。统成本。统成本。