电路板和具有这种电路板的直流马达的制作方法

本发明涉及一种用于将输入相位转换成至少一个输出相位的电路板。尤其地，本发明涉及一种逆变器。此外，本发明还涉及一种具有这种电路板的直流马达。

背景技术：

用于将输入相位转换成至少一个输出相位的电路板由现有技术所公知。它们尤其被用作用于运行直流马达的逆变器。

技术实现要素：

本发明的任务的是提供一种改进的用于将输入相位转换成至少一个输出相位的电路板，尤其是提供如下电路板：其能够实现对由切换过程所产生的寄生振荡和乱真发射的补偿。

该任务通过具有在权利要求1说明的特征的电路板来解决。该电路板具有输入相位面区域，输入相位面区域具有用于引导输入相位的dc+电位的导电的至少一个dc+层片并且针对每个dc+层片具有用于引导输入相位的dc-电位的导电的dc-层片。为简单起见，在下文将导电的至少一个dc+层片和导电的至少一个dc-层片称为至少一个dc+或dc-层片。针对每个输出相位，电路板还具有与至少一个dc+层片导电连接的用于切换dc+电位的至少一个高侧功率半导体，并且针对每个高侧功率半导体具有输入侧与dc-层片导电连接的用于切换dc-电位的低侧功率半导体。

本发明的要点在于，至少一个dc+层片在覆盖面区域中分别相应于dc-层片地实施，该覆盖面区域覆盖了输入相位面区域的至少75％。

在本发明的意义下，面区域是电路板的在垂直于层片的面法线的方向上受限的、沿面法线的方向在电路板的所有层片上延伸的区域。输入相位面区域是电路板的其中引导输入相位的区域。因此，输入相位面区域表示dc分配回路的至少一部分。其中至少75％的输入相位面区域配属于覆盖面区域，在该覆盖面区域中，至少一个dc+层片相应于各自的dc-层片地实施。优选地，每个dc+层片都相应于各自的dc-层片地实施。dc+层片相应于各自的dc-层片的实施方案意味着，dc-层片在制造精度之内具有与dc+层片一样的导体迹线、通孔和另外的结构尤其是蚀刻结构的布置方式。相应的实施方案使得这些层片的杂散变量(诸如杂散电容和杂散电感)基本上是相同的。杂散变量在一定程度上在输入相位面区域上对称。这就能够实现对由在功率半导体上的切换过程所产生的寄生振荡和乱真发射的补偿。尤其地，过冲可以保持在低压范围内。输入相位例如可以是+/-48伏。在该情况下，过冲可以被限制到小于75伏。

优选地，相同布置的结构在覆盖面区域中几何重叠。因此，至少一个dc+层片优选地与各自的dc-层片全等地实施。特别优选地，至少一个dc+层片的层厚度也与各自的dc-层片的层厚度相同。在该情况下，至少一个dc+层片与各自的dc-层片一致地实施。关于本发明，术语“全等”和“一致”应理解为包含了通常的制造公差的范围内的偏差或区别。

覆盖面区域相对于输入相位面区域越大，就越能够更好地对寄生振荡和乱真发射进行补偿。优选地，覆盖面区域覆盖了输入相位面区域的至少80％，尤其是至少90％，尤其是至少95％。

功率半导体尤其是功率开关，优选是mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)或igbt(绝缘栅双极型晶体管)。由于过冲可以保持在低压范围内，因此可以增加对用于运行电路板的可能的功率半导体和另外的部件如例如表面贴装器件(surfacemounteddevice，smd)的选择。尤其地，也可以使用更灵敏的部件。此外，不需要昂贵的滤波器措施。这就能够实现对所使用的部件的灵活的匹配。因此，能够廉价地制造电路板。

在借助高侧功率半导体或低侧功率半导体进行切换之后例如可以经由汇流排从电路板引导出输出相位。替选地，也可以为每个输出相位设置有输出相位面区域。在输出相位面区域中，可以设置有用于引导各自的输出相位的导电的层片。

具有至少一个dc+层片和至少一个dc-层片的层结构可以在几何上限界在输入相位面区域上。替选地，电路板可以在所有面区域中具有相同的层结构。必要时可以在这些层片的内部通过蚀刻结构来限定不同的面区域。

优选地，电路板具有多个dc+层片和所属的dc-层片。例如，电路板可以具有两个dc+层片和两个dc-层片，优选是三个dc+层片和三个dc-层片。电路板具有数量分别相同的dc+和dc-层片。优选地，在覆盖面区域中，所有dc+层片相应于各自的dc-层片地构造，但是其中，不同的dc+层片不必彼此相应地构造。为了绝缘，在导电的层片之间可以分别以预浸料或芯的形式布置有由介电材料，尤其是fr-4材料，优选是fr-4/99材料构成的中间层片。

根据本发明的一个方面，至少一个dc+层片与各自的dc-层片相邻布置，并且与各自的dc-层片沿层片的面法线的方向具有最大200μm的，优选最大150μm的间距。在该上下文中相邻意味着，这些层片仅通过绝缘的中间层片分开，并且在它们之间并未布置有另外的导电的层片。相邻布置能够实现dc+层片和各自的dc-层片的电容式的布置。较小的间距确保了这种布置的高电容量，由此有效地抑制了寄生振荡和乱真发射。

根据本发明的一个方面，覆盖面区域中的所有的dc+层片和所有的dc-层片是全等地，尤其是一致地实施。这改善了对称性并因此改善了补偿效果。

根据本发明的一个方面，所有的dc+层片和dc-层片交替布置。这提高了dc+层片和dc-层片的对称性和电容量，由此能够实现更好的补偿。

根据本发明的一个方面，至少一个dc+层片和各自的dc-层片实施为厚铜层。在厚铜层中可以引导高电流。经由厚铜层片也能够实现有效的散热。至少一个dc+层片和各自的dc-层片尤其具有至少105μm的厚度，尤其是约210μm的厚度。

根据本发明的一个方面，在输入相位面区域中布置有至少一个中间回路电容器。具有至少一个中间回路电容器的输入相位面区域满足了中间回路的功能。在中间回路电容器中可以暂存切换尖峰的能量。此外，寄生振荡和乱真发射的电压尖峰也可以被更好地吸收。

根据本发明的一个方面，覆盖面区域包括输入相位面区域的输送面区域中的至少一部分。换句话说，覆盖面区域至少部分地覆盖了输送面区域。输送面区域用于将输入相位从至少一个中间回路电容器引导至至少一个高侧功率半导体和/或至少一个低侧功率半导体。输送面区域对于补偿由功率半导体上的切换过程所产生的寄生振荡和乱真发射来说是特别重要的。在输送面区域中的至少一个dc+层片和各自的dc-层片的很大程度上的对称的设计方案确保了对寄生振荡和乱真发射的特别有效的补偿。优选地，覆盖面区域包括输送面区域的至少75％，尤其是至少80％，尤其是至少90％，优选是至少95％。在一些实施方式中，覆盖面区域也可以完全在输送面区域内部实现。

根据本发明的一个方面，电路板具有与至少一个高侧功率半导体和/或各自的低侧功率半导体导电连接的至少一个整流回路层片。优选地，存在有两个整流回路层片。整流回路层片能够实现功率半导体的低电感的接合，由此，使在关断功率半导体时的过电压最小化。因此，整流回路层片同样有助于对寄生振荡和乱真发射的补偿。优选地，整流回路层片具有整流回路电容器，由此，确保了对寄生振荡和乱真发射的更加好的抑制。

根据本发明的一个方面，至少一个整流回路层片至少在覆盖面区域的一部分中相应于至少一个dc+层片地实施。优选地，至少一个整流回路层片在整个覆盖面区域中相应于至少一个dc+层片地实施。由此，对称性也延伸到至少一个整流回路层片上。在至少一个整流回路层片上的对称布置和低电感的接合协同地共同作用。对寄生振荡和乱真发射的补偿是特别有效的。

根据本发明的一个方面，电路板具有用于驱控至少一个高侧功率半导体和/或各自的低侧功率半导体的至少一个控制回路层片。因此，电路板具有功率区域和控制区域，并且因此满足了不同的功能性。此外，保证了具有不同的功能区域的电路板的紧凑的设计。优选地，针对高侧功率半导体和低侧功率半导体存在有各一个控制回路层片。

根据本发明的一个方面，输入相位能转换成至少两个、优选三个输出相位。因此，电路板尤其适用于三相直流马达的运行。

根据本发明的一个方面，电路板针对每个输出相位具有多个高侧功率半导体和各自的低侧功率半导体。低侧功率半导体的数量相应于高侧功率半导体的数量。通过设置多个功率半导体，可以将高电流分解成部分电流并能切换为这些部分电流。

根据本发明的一个方面，所有的高侧功率半导体和/或所有的低侧功率半导体沿着至少局部地限界输入相位面区域的切换圆弧布置。切换圆弧沿着从电路板的输入相位面区域到输出相位面区域的过渡部延伸。基于切换圆弧的形状，使得输入相位面区域至少局部地具有圆形对称性。这就能够实现对称分布的、尤其是相等的面份额，电流经由该面份额被输送至功率开关。输入相位面区域的对称性被进一步提高，由此进一步改善了对寄生振荡和干扰发射的抑制。

根据本发明的一个方面，沿着中间回路圆弧布置有多个中间回路电容器。中间回路圆弧与切换圆弧同心地布置并且比该切换圆弧具有更小的半径。中间回路电容器布置在输入相位面区域内部并且具有相对于功率半导体恒定的间距。这就促成输入相位面区域的更好的对称性。中间回路电容器与输入相位面区域之间的由此实现的对称布置使得对寄生振荡和乱真发射进行特别有效的补偿。

在切换圆弧与中间回路圆弧之间构造有输入相位面区域的输送面区域。如上所述，覆盖面区域优选包括输送面区域的至少一部分。

在替选的实施方式中，功率半导体沿着切换直线布置，并且中间回路电容器沿着中间回路直线布置。优选地，中间回路直线和切换直线彼此平行。以该方式，限定了输送面区域，在该输送面区域中，输入相位的从中间回路电容器引导至功率半导体的电流等长地通过。

上述的电路板将输入相位转换成至少一个输出相位。因此，可以经由电路板提供用于运行装置、尤其是直流马达的至少一个输出相位。对于装置、尤其是直流马达不通过输出相位来运行的情况，则可以将电流从装置引导回电路板中。在该情况下，电路板适用于将该引导回的电流切换成相应于输入相位的相位。该相位可以反馈到供电网或供电电池中。因此，电路板也适用于再生。尤其地，与电路板联接的直流马达在输出侧引入转动运动时可以当作发电机用，其中，电路板将产生的和引导回的电流转换成相应于输入相位的相位。

本发明的另外的任务是提供一种改进的直流马达，尤其是在其运行时补偿了寄生振荡和乱真发射的直流马达。

该任务通过具有权利要求15中说明的特征的直流马达来解决。直流马达具有如上所述的电路板。电路板将输入相位转换成至少一个输出相位，并且将其提供用于运行直流马达。特别优选地，用于运行直流马达的所有的相位都由电路板提供。

直流马达尤其可以是三相直流马达。特别优选地，直流马达是三相无刷直流马达。直流马达的另外的优点相应于上述电路板的优点。

附图说明

本发明的其他特征、优点和细节由下面结合附图所描述的实施例得到。其中：

图1示出电路板的示意性的俯视图；

图2示意性地示出覆盖面区域内部的层结构，以及示意性地示出根据图1的电路板的部件的互连方式；并且

图3示出电路板的另外的实施例的俯视图。

具体实施方式

在图1和2中描述了电路板1的第一实施例。电路板1在图1中以示意性的俯视图示出。图2示意性地示出了电路板的互连方式，其中，也示意性地示出了在稍后还将描述的覆盖面区域2中的电路板1的层结构。

电路板1与电压源3联接。经由电压源3提供的输入相位具有dc+极化和dc-极化。各自的极化经由dc+压入元件4或dc-压入元件5引导到电路板1中。

电路板1具有高侧功率半导体6和低侧功率半导体7。功率半导体6、7实施为mosfet。高侧功率半导体6和低侧功率半导体7能够实现将输入相位的dc+电位或dc-电位切换成三个输出相位u、v、w。输出相位u、v、w与在图2中示意性地示出的直流马达8联接。因此，电路板1适用于运行直流马达8。直流马达8是无刷的三相直流马达。为了运行直流马达8设置有+/-48伏的输入相位。电路板1能够直接装配在直流马达8上。为此，电路板1具有用于直流马达8的驱动轴的驱动轴凹部9。在此，直流马达8的驱动轴沿着电路板1的层片的面法线10延伸。

在图2的电路图中，为了清楚起见，针对每个输出相位u、v、w仅将作为每个半桥11的一部分的一个高侧功率半导体6和一个低压侧功率半导体7示出。然而从图1中显而易见的是，针对每个输出相位u、v、w存在有八个高侧功率半导体6和同样多的低侧功率半导体7，其中，为了清楚起见，仅给每个输出相位u、v、w的一个高侧功率半导体6和一个低压侧功率半导体7设以附图标记。多个功率半导体6、7能够实现将所要切换的总电流拆分成不同的分电流，以便因此能够切换大的总电流。功率半导体6、7布置在电路板1的表面12上。功率半导体6、7沿着图1中以虚线示出的切换圆弧13布置。切换圆弧13至少局部地限界了输入相位面区域14，在该输入相位面区域中，输入相位从压入元件4、5引导至功率半导体6、7。在输入相位面区域14的外部布置有输出相位面区域15、16、17。在输出相位面区域15、16、17中引导有输出相位u、v或w。输入相位面区域14与输出相位面区域15、16、17之间的边界在图1中以虚线突出显示。

电路板1在覆盖面区域2(其是输入相位面区域14的一部分)中的层结构在图2中示意性地示出。在输出相位面区域15、16、17中，电路板1也具有类似的层结构。输入相位面区域14在电路板1的层片的内部通过蚀刻结构与输出相位面区域15、16、17分开。电路板1具有十个导电的层片。

控制回路层18具有控制回路层片19、20。控制回路层18紧跟阻焊漆层21地布置在电路板1的表面12上。控制回路层片19被用于驱控高侧功率半导体6，而控制回路层片20被用于驱控低侧功率半导体7。为此，控制回路层片19与高侧功率半导体6的栅极端子联接，而控制回路层片20与低侧功率半导体7的栅极端子联接。在电路板1的表面12上还可以布置有另外的表面贴装器件(smd)22，表面贴装器件22处理在控制回路层片18中引导的控制信号。控制回路层片19、20由铜制成。控制回路层片20具有约70μm的层厚度。控制回路层片19作为具有约18μm的层厚度的铜箔实现。

在电路板1的与表面12相对置的底侧23上布置有整流回路层24，整流回路层24具有整流回路层片25、26。整流回路层片25、26与高侧功率半导体6和低侧功率半导体7导电连接。整流回路层片25、26由铜制成。整流回路层片25是具有约70μm的层厚度的铜箔。整流回路层片26构造为具有约18μm的层厚度的铜箔。

在整流回路层片25、26之间联接有整流回路电容器27。在图2中示意性地仅示出了一个整流回路电容器27。然而，给每个由高侧功率半导体6和低侧功率半导体7构成的功率半导体对都设置了整流回路电容器27。整流回路电容器27布置在高侧功率半导体6和低侧功率半导体7的区域中。为了提高清晰度，整流回路电容器27未在图1中明确示出。通过整流回路层片24和整流回路电容器27确保了功率半导体6、7的低电感的接合。

为了将输入相位的dc+电位或dc-电位从各自的压入元件4、5引导至高侧功率半导体6和低侧功率半导体7，存在有三个dc+层片28和三个dc-层片29。所有的dc+层片28和dc-层片29都实施为厚铜层。dc+层片28和dc-层片29具有约210μm的层厚度。因此，所有的dc+层片28和dc-层片29在制造精度的范围内具有相同的层厚度。dc+层片28和dc-层片29交替地且成对地布置。通过交替的布置，提高了dc+层片28和dc-层片29的电容效应。

在dc+层片28与dc-层片29之间分别联接有中间回路电容器30。在图2中仅示例性地明示了五个中间回路电容器30。然而，从图1中可以看出，在电路板1的表面12上布置有10个中间回路电容器30。为了清楚起见，在图1中，十个中间回路电容器30仅设有一个附图标记。中间回路电容器30沿着在图1中虚线示出的中间回路圆弧31布置。中间回路圆弧31与切换圆弧13同心并且比切换圆弧13具有更小的半径。因此，中间回路圆弧31完全构造在输入相位面区域14内部。中间回路电容器30布置在输入相位面区域14内部。在中间回路圆弧31与切换圆弧13之间限定了输送面区域32，在其中，输入相位从中间回路电容器30引导至高侧功率半导体6和低侧功率半导体7。输送面区域32是输入相位面区域14的一部分。

在输入相位面区域14中实现了覆盖面区域2。覆盖面区域2覆盖了输入相位面区域14的至少75％。覆盖面区域2包括输送面区域32的一部分。覆盖面区域2包括输送面区域32的至少75％。在覆盖面区域2中，每个dc+层片28相应于各自的dc-层片29地实施。图2中的示意性的层结构示出了在覆盖面区域2中的dc+层片28和各自的dc-层片29。相应的实施方案通过如下方式来确保，即，dc+层片28和各自的dc-层片29在电路板1的制造精度之内具有导体迹线33、通孔、如例如热通孔34和另外的蚀刻结构的相同的布置。该相同的布置使得诸如dc+层片28的和各自的dc-层片29的杂散电容和杂散电感的杂散变量基本上是相同的。通过该对称性确保了对通过在功率半导体6、7上引起的切换过程所产生的寄生振荡和乱真发射的补偿。过冲可以保持在低压范围内。对于+/-48伏的输入相位来说，过冲可以保持在75伏以下。

通过如下方式进一步提高了输入相位面区域14的覆盖面区域2中的dc+层片28和dc-层片29的对称性，即，所有的dc+层片28和所有的dc-层片29具有导体迹线33、通孔34和另外的蚀刻结构的相应的布置。相应的结构33、34在电路板的制造精度的范围内全等地实施。因此，所有的dc+层片28和所有的dc-层片29全等地实施。由于dc+层片28和dc-层片29的层厚度基本相同，使得这些dc+层片和dc-层片在覆盖面区域2中在制造精度范围内甚至一致地实施。

其中每个dc+层片28与各自的dc-层片29相邻。这意味着在dc+层片28与各自的dc-层片29之间没有布置另外的导电的层片。在dc+层片28与各自的dc-层片29之间布置有由fr4/99材料构成的介电芯35。介电芯35具有约150μm的厚度。因此，dc+层片28和各自的dc-层片29沿面法线10的方向具有小的间距，这改善了它们的电容效应。

在电路板的另外的导电的层片之间布置有介电预浸料层片36。介电预浸料层片由fr4/99材料构成，并且具有分别约为59μm的层厚度。在导电的层片之间上下相叠地分别布置有多个介电预浸料层片36。出于清楚起见，在图2中仅分别给一个介电预浸料层片36设有附图标记。在切换回路层片19、20之间并且在整流回路层片25、26之间分别布置有两个介电预浸料层片36。在另外的导电的层片之间，尤其是在dc+层片28与dc-层片29(在其之间没有布置介电芯35)之间分别布置有五个介电预浸料层片36。由此，提高了电路板1的厚度并因此提高了稳定性。

从图2中的示意性的层结构可以看出，在覆盖面区域2的一部分中，整流回路层片24相应于dc+层片28和dc-层片29地实施。这进一步提高了输入相位面区域14的对称性，并且确保了对寄生振荡和乱真发射的更有效的补偿。然而，整流回路层片24以及控制回路层片18在覆盖面区域2之内可以偏离dc+层片28和dc-层片29地设计。例如，整流回路层片24和控制回路层片18可以具有另外的结构，例如通孔37。

图3中示出了电路板1a的另外的实施例的示意性的俯视图。已经结合根据图1和2的电路板1所描述的部件具有相同的附图标记。设计结构上不同的但功能相似的部分保持相同的附图标记并具有后缀a。

电路板1a具有与电路板1相同的层结构。然而，电路板1a的区别在于其几何形状。电路板1a具有矩形的基本面。因此，输入相位面区域14a也具有矩形的形状。

电路板1a将输入相位转换成三个输出相位u、v、w。为此，针对每个输出相位u、v、w分别设置有四个高侧功率半导体6和四个低侧功率半导体7。为了清楚起见，针对每个输出相位u、v、w，仅为一个高侧功率半导体6或一个低侧功率半导体7设有附图标记。功率半导体6、7实施为mosfet。为了引导输出相位u、v、w设置有汇流排38。

在功率半导体6、7和汇流排38的区域中，整流回路电容器27a作为smd构件布置。在此，每两个高侧功率半导体6和两个低侧功率半导体7分别存在一个整流回路电容器27a。

功率半导体6、7和汇流排38沿着切换直线39布置。同样，中间回路电容器沿着中间回路直线40布置。切换直线39和中间回路直线40在图3中以虚线示出。在中间回路线40与切换线39之间实现了输送面区域32a。

另外的未示出的实施例具有电路板的其他的层结构。例如，可以仅设置两个dc+层片和两个所属的dc-层片。在另外的实施例中，仅设置有一个dc-层片和dc+层片。在另一个的实施例中，设置有多于三个的dc+层片和同样多的所属的dc-层片。在所有的实施例中，dc-层片的数量都相应于dc+层片的数量。在其他的实施例中，可以在所有的dc+层片与所有的dc-层片之间分别布置有介电芯，例如150μm厚的由fr4/99材料构成的芯。这进一步提高了dc+层片和dc-层片的电容量。

附图标记列表

1、1a电路板

2覆盖面区域

3电压源

4dc+压入元件

5dc-压入元件

6高侧功率半导体

7低压侧功率半导体

8直流马达

9驱动轴凹部

10面法线

11半桥

12、12a电路板的表面

13切换圆弧

14、14a输入相位的面区域

15输出相位的面区域(输出相位u)

16输出相位的面区域(输出相位v)

17输出相位的面区域(输出相位w)

18控制回路层

19控制回路层片(高侧)

20控制回路层片(低侧)

21阻焊漆层

22表面贴装器件(smd)

23电路板的下侧

24整流回路层

25整流回路层片

26整流回路层片

27、27a整流回路电容器

28dc+层片

29dc–层片

30中间回路电容器

31中间回路圆弧

32、32a输送面区域

33导体迹线

34热通孔

35介电芯

36介电的预浸料层片

37通孔

38汇流排

39切换直线

40中间回路直线