[發明專利]一種電驅動與電控制集成裝置

在審

• 申請號: 202011546266.8
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112601428A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 李巖;孫瑜;劉雷;馮俊威
• 申請（專利權）人: 北京機電工程研究所
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高密度電驅動與電控制集成裝置，采用多層堆疊的結構，所述控制模塊(1)、驅動模塊(2)和開關模塊(3)分別組裝在上層基板(5)、中層基板(7)和下層基板(8)上，基板之間通過互連支柱(6)進行電學互連和機械支撐；所述開關模塊(3)下方設置下層散熱器(4)，所述控制模塊(1)上方設置上層散熱器(9)；位于所述下層散熱器(4)、上層散熱器(9)之間的兩側設置散熱側壁(10)；所述上層基板(5)、下層基板(8)材料選用但不限于AlN寶石陶瓷基板或鎢銅，中間層基板材料選擇但不限于有機基板或AlN寶石陶瓷基板。本發明提升了驅控一體模塊產品的功率密度、減小了封裝體積。

技術領域

本發明屬于自動化控制技術領域，具體涉及機上電驅動與電控制高密度集成裝置。

背景技術

對于中小型無人飛行器、特殊用途無人機等裝備，需要使用舵機、加壓泵等裝置實現動力控制、飛行控制等核心功能。在其中，電機控制是不可獲取的重要技術環節。

現有電機通常由永磁同步電機、直流無刷電機、直流有刷電機集中。其中直流有刷電機控制方案相對簡單，但由于受到電機本身技術特點影響(電刷容易損壞、電弧)，應用場景相當有限。以直流無刷電機、永磁同步電機為代表的另一類電機，則由于控制系統復雜，因此在使用時通常需要配備較大的控制器使用。

因此，對于無人機、機器人和其他特殊飛行器等對空間有嚴格要求的應用場景，通常無法采用永磁同步電機、直流無刷電機等控制精度高且更為可靠的技術。與此同時，降低現有驅動控制模塊的體積也成為一部分該行業技術人員的工作目標。

減小驅動控制模塊體積，技術難點存在于以下幾個方面：

1.該模塊由兩部分內容組成，分別是控制功能和驅動功能，其中控制功能為弱電電路，驅動功能為強電電路，二者間需要具備一定的隔離度以防電磁兼容性問題。常規技術方案里，通常采用兩塊不同的電路板隔離放置的形式。

2.用于控制電機的IGBT(或MOSFET)電路，由于考慮散熱等問題，通常每個器件都單獨設置熱沉(hotsink)等結構，而一個兩路驅動的功率模塊，通常需要12個IGBT器件，造成很大的體積浪費。

3.為適用于工業應用的標準連接器，模塊尺寸難以下降。

近年來國內外很多公司都開展了模塊小型化的技術嘗試，其中較為著名的是意大利elmo公司和中國深圳的微秒科技，其開發的高功率密度模塊均可以達到60mmX60mmX50mm的尺寸維度。

上述兩者更關注工業應用領域，出于成本考慮其功率密度已經做到極限。但對于敏感技術領域，可以采用成本更為高昂的技術手段，進一步提升產品性能。

發明內容

本發明需解決的技術問題是提供一種體積小、高功率密度的電驅動與電控制集成裝置。

為解決上述技術問題，本發明提供的電驅動與電控制集成裝置，采取技術方案如下：

采用三層結構，自上而下分別是控制模塊、驅動模塊和開關模塊，所述控制模塊、驅動模塊和開關模塊分別組裝在上層基板、中層基板和下層基板上，基板之間通過互連支柱進行電學互連和機械支撐。

所述開關模塊下方設置下層散熱器，所述控制模塊上方設置上層散熱器；位于所述下層散熱器、上層散熱器之間的兩側設置散熱側壁。

所述上層基板、中層基板和下層基板與散熱側壁連接，所述上層基板、下層基板材料選用但不限于AlN寶石陶瓷基板或鎢銅，中間層基板材料選擇但不限于有機基板或AlN寶石陶瓷基板。

進一步地，所述控制模塊、驅動模塊由分立的元器件、芯片組成，所述開關模塊由大功率開關芯片裸芯片以及相關的無源器件組成，所述開關芯片包括但不限于MOSFET或IGBT裸芯片。

進一步地，所述散熱側壁設置條形開孔或由多根均勻分布的柱形側壁構成。