一种高功率密度且便于安装的母排总线系统的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体为一种高功率密度且便于安装的母排总线系统。

背景技术：

随着我国社会能源结构的深度调整，高功率密度、大电流的电力电子设备（例如直流-交流逆变器，直流-直流转换器）在能源、智能制造、交通运输等领域有着越来越广泛的需求。电力电子设备里，以功率半导体为核心的的桥式电路，以其结构简单，易控制，电能转换效率高等优点，通常被工业界用作优选技术解决方案。同时，分立式功率半导体作为一类已被大范围应用的功率半导体封装规格，以其结构紧凑，散热效果好，造价低，使用方便，通常被焊接在印刷线路板（pcb板）上，形成桥式电路结构。

传统的空间排布结构，是将分立式功率半导体的三只引脚进行折弯后焊接在pcb板上进而形成桥式电路。并且同时采用螺钉将其固定在散热器平面上。该结构为水平结构，即分立式功率半导体平行于pcb板，并且二者同时也平行于散热器平面。此种结构有几大缺点：

1、造成pcb板上方空间的浪费，进而导致桥式电路整体功率密度低；

2、在长时间、大电流、大温差、强震动的情况下运行，pcb焊盘很容易断裂或脱落；

3、在经常性震动的应用场合下，固定分立式功率半导体的螺钉会出现松脱，使分立式功率半导体与散热器间的接触热阻增大而散热不良，进而故障；

4、电路中有较大寄生电感，进而造成分立式功率半导体开关损耗大，并经常伴随出现系统内信号完整性等问题；

5、螺钉的一致性要求高，螺钉安装要求严格，螺纹孔的精度要求高，步骤复杂。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种高功率密度且便于安装的母排总线系统。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高功率密度且便于安装的母排总线系统，包括pcb板、电容和分立式功率半导体，所述pcb板上方垂直固定焊接第一铜排和第二铜排，所述第一铜排和第二铜排平行布置，所述电容的两个引脚分别与第一铜排和第二铜排焊接，所述分立式功率半导体的引脚与第二铜排焊接，所述分立式功率半导体与pcb板垂直设置，所述第二铜排外部固定设置压簧，所述压簧的自由端与分立式功率半导体的侧壁接触安装。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述高功率密度且便于安装的母排总线系统还包括铝壳箱体，所述铝壳箱体内壁设置安装槽，所述安装槽内部固定插接绝缘的铜排支架，所述第一铜排和第二铜排分别与铜排支架固定安装，通过安装槽进行定位安装，降低铜排支架的安装难度，且提升铜排支架的安装精度，同时，为保证铜排支架的稳定性，可采用螺钉将铜排支架与铝壳箱体固定。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述铝壳箱体的内壁设置陶瓷垫片，所述分立式功率半导体远离压簧的一侧与陶瓷垫片挤压接触，通过设置陶瓷垫片，避免分立式功率半导体与铝壳箱体直接接触，避免短路，且有效增加导热能力，使分立式功率半导体散热均匀。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述压簧为u型弹性片，压簧的一端与第二铜排固定铆接，压簧的另一端与分立式功率半导体的侧壁挤压接触，通过压簧的弹性变形，使分立式功率半导体始终承受挤压力，使分立式功率半导体与陶瓷垫片始终紧密贴合，不受机械振动影响，保证散热效果。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述第二铜排为l形结构，所述第二铜排的短壁与pcb板固定焊接，所述分立式功率半导体的引脚与第二铜排的短壁焊接，且分立式功率半导体的轴线与第二铜排的短壁垂直，通过l形的结构设计，方便使分立式功率半导体垂直于pcb板布置，有助于提升pcb板上方空间的利用率，提升设备整体的功率密度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本高功率密度且便于安装的母排总线系统采用铜排与pcb板进行焊接，将电容和分立式功率半导体与铜排焊接，降低焊接难度，且提升焊接稳定性，利于大电流的传输，避免pcb焊盘断裂或脱落，降低电路中的寄生电感，减小分立式功率半导体的开关损耗，同时保证系统内的信号完整性；

而且分立式功率半导体采用垂直于pcb板的布置方式，有效提升空间利用率，提升设备整体功率密度；

同时采用压簧挤压分立式功率半导体，使其能够安装稳定，避免在使用过程中出现受外界振动造成的自身松动问题。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型俯视图；

图3为本实用新型a处放大图。

图中：1铝壳箱体、2铜排支架、3第一铜排、4第二铜排、5电容、6陶瓷垫片、7分立式功率半导体、8压簧、9pcb板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种高功率密度且便于安装的母排总线系统，包括pcb板9、电容5和分立式功率半导体7，pcb板9上方垂直固定焊接第一铜排3和第二铜排4，第一铜排3和第二铜排4平行布置，电容5的两个引脚分别与第一铜排3和第二铜排4焊接，分立式功率半导体7的引脚与第二铜排4焊接，分立式功率半导体7与pcb板9垂直设置，第二铜排4外部固定设置压簧8，压簧8的自由端与分立式功率半导体7的侧壁接触安装。

高功率密度且便于安装的母排总线系统还包括铝壳箱体1，铝壳箱体1内壁设置安装槽，安装槽内部固定插接绝缘的铜排支架2，第一铜排3和第二铜排4分别与铜排支架2固定安装，通过安装槽进行定位安装，降低铜排支架2的安装难度，且提升铜排支架2的安装精度，同时，为保证铜排支架2的稳定性，可采用螺钉将铜排支架2与铝壳箱体1固定。

铝壳箱体1的内壁设置陶瓷垫片6，分立式功率半导体7远离压簧8的一侧与陶瓷垫片6挤压接触，通过设置陶瓷垫片6，避免分立式功率半导体7与铝壳箱体1直接接触，避免短路，且有效增加导热能力，使分立式功率半导体7导热均匀。

压簧8为u型弹性片，压簧8的一端与第二铜排4固定铆接，压簧8的另一端与分立式功率半导体7的侧壁挤压接触，通过压簧8的弹性变形，使分立式功率半导体7始终承受挤压力，使分立式功率半导体7与陶瓷垫片6始终紧密贴合，不受车辆晃动影响，保证散热效果。

第二铜排4为l形结构，第二铜排4的短壁与pcb板9固定焊接，分立式功率半导体7的引脚与第二铜排4的短壁焊接，且分立式功率半导体7的轴线与第二铜排4的短壁垂直，通过l形的结构设计，方便使分立式功率半导体7垂直于pcb板9布置，有助于提升pcb板9上方空间的利用率，提升设备整体的功率密度。

在使用时：电容5及分立式功率半导体7的引脚采用超声波直焊的方式分别固定在铜排3和铜排4上，压簧8铆接在第二铜排4上，第一铜排3和第二铜排4固定在铜排支架2上后，置于铝壳箱体1中的安装槽处，并用螺钉将其固定在铝壳箱体1上。

最后将pcb板9焊接在第一铜排3和第二铜排4上，此时压簧8会紧紧抵住分立式功率半导体7，使分立式功率半导体7的导热面完全贴住陶瓷垫片6，通过陶瓷垫片6与铝壳箱体1的完全接触进行散热。

本实用新型的分立式功率半导体7竖直放置，压簧8的压力可使其导热面与陶瓷垫片6平稳接触，散热均匀，且由于竖直安装，因此占用空间较小，可提高设备整体的功率密度。

采用超声波直焊的方式实现分立式功率半导体7与铜排3、铜排4较短的导通路径，较短的导通路径可以降低该路径引入的寄生电感，从而可降低电压的尖峰脉冲，有效避免了在上下桥工作时可能会发生的穿通问题，同时简化了安装工艺，可有效避免由于人工操作过多而引起短路等问题，使设备整体可靠性增强。

电容5直接焊在铜排上同时也可以减小寄生电感，从而降低电路噪音，提高开关频率，进而减小电路所需被动元器件的体积，并且可提高emi电磁兼容性，使电能转换效率高，增大设备功率密度。

本文件中pcb板9是指印刷线路板,分立式功率半导体7是指采用to220,to247规格的单体绝缘栅双极型晶体管（insulatedgatebipolartransistor，igbt）或金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,mosfet)。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。