逆变器装置的制作方法

文档序号:25535322发布日期:2021-06-18 20:28阅读:83来源:国知局
逆变器装置的制作方法

本发明涉及一种包括多个开关元件的逆变器装置。



背景技术:

在现有技术中,例如,如在日本未审专利申请公开no.2018-148635(jp2018-148635a)中描述地,已知一种包括多个开关元件的逆变器装置,其中,测量每个开关元件的端子间电压(集电极-发射极电压vce或漏极-源极电压vds),并且当所测量的端子间电压大时,检测到相对应的开关元件的过电流并且停止逆变器电路的操作。

日本未审专利申请公开no.2014-228330号(jp2014-228330a)公开了一种逆变器装置,该逆变器装置包括测量安装在基板上的绝缘栅双极型晶体管(igbt)的开尔文发射极端子和梁式引线之间的电压的电压检测单元、检测igbt的发射极电流的电流检测单元和基于根据由电压检测单元测量的电压和由电流检测单元检测的发射极电流计算的电阻值来检测焊接发射极端子和梁式引线的焊料的裂纹的焊料裂纹检测单元。



技术实现要素:

当在具有如在jp2018-148635a中描述地使用开关元件的端子间电压来检测过电流的功能的逆变器装置中另外地提供如在jp2014-228330a中描述的检测焊料裂纹的功能时,需要另外地设置测量每个开关元件的端子与其焊接的部分之前和之后的电压的电压检测单元,这增加了成本,并且随着所安装的构件数目的增加,基板的尺寸增加。

本发明能够在抑制构件数目的增加时检测开关元件的端子中的焊料裂纹的产生。

本发明的一个方面提供了一种逆变器装置。该逆变器装置包括多个开关元件、基板、多个电压传感器和控制器。该多个开关元件被构造成根据输入到信号端子的导通/关断信号在导通状态和关断状态之间切换。该多个开关元件被构造成使得在其导通状态中电流从输入端子流动到输出端子。基板包括多个输入端子焊盘和多个输出端子焊盘。该多个输入端子焊盘与该多个开关元件的输入端子焊接。该多个输出端子焊盘与该多个开关元件的输出端子焊接。该多个电压传感器被设置为对应于该多个开关元件。该多个电压传感器被构造成在导通状态中测量在该多个输入端子焊盘和该多个输出端子焊盘之间的焊盘间电压。控制器被构造成将导通/关断信号输出到该多个开关元件。控制器被构造成从该多个电压传感器获取测量结果。控制器被构造成通过使用来自该多个电压传感器的测量结果的比较运算处理来检测在该多个输入端子焊盘和该多个输出端子焊盘中的至少一个中已经产生焊料裂纹。

利用这种构造,可以抑制构件数目的增加,并且检测开关元件的端子中的焊料裂纹的产生。

附图说明

以下将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点与技术和工业意义,其中,相同的附图标记表示相同的元件,并且其中:

图1是示意包括根据本发明的实施例的逆变器装置的电动油泵的构造的实例的截面视图;

图2a是沿图1中的线iia-iia的截面视图;

图2b是沿图1中的线iib-iib的截面视图;

图3是示意逆变器装置的构造的实例的电路图;

图4a是示意第一fet及其周边部分的透视图;

图4b是示意焊料裂纹的截面视图;

图5是示意第一到第六fet的焊盘间电压的实例的曲线图;并且

图6是示意根据变型实例的控制器的操作的实例的流程图。

具体实施方式

实施例

以下将参考附图描述本发明的实施例。以下描述的实施例是适合于体现本发明的具体实例,并且具体描述了在技术上优选的各种技术事项。然而,本发明的技术范围不限于该特定实例。

图1是示意包括根据本发明的实施例的逆变器装置的电动油泵的构造的实例的截面视图。图2a是沿图1中的线iia-iia的截面视图,并且图2b是沿图1中的线iib-iib的截面视图。

电动油泵1例如被安装在车辆中,并且用于操作变速器的致动器或馈送用于冷却驱动电动马达的油。电动油泵1包括电动马达2、由电动马达2致动的油泵3、将pwm控制的三相ac电流供应到电动马达2的逆变器装置4和在其中容纳电动马达2和逆变器装置4的外罩10。

电动马达2是三相ac马达,并且包括固定到外罩10的内圆周的定子21、能够在定子21的内侧旋转的转子22和随着转子22旋转的轴23。在定子21中,定子芯211包括六个齿212,并且u相绕组213、v相绕组214和w相绕组215被缠绕在每两个齿212上。转子22包括转子芯221和固定到转子芯221的外圆周的多个永久磁体222。轴23由一对轴承11和12支撑。

油泵3包括:内部转子31,该内部转子31包括多个外齿311并且随着轴23旋转;外部转子32,该外部转子32包括数目大于内部转子31的外齿311的数目的内齿321;泵板33,该泵板33设置有与在内部转子31和外部转子32之间形成的多个泵腔室30连通的吸入端口331和排出端口332;和容纳内部转子31和外部转子32的泵外罩34。将油从外侧引导到吸入端口331的吸入流动路径333和将排出到排出端口332的油引导到外侧的排出流动路径334在泵板33上形成。

逆变器装置4包括基板40和安装在基板40上的电子构件,并且经由母线451到453向电动马达2供应三相ac电流。安装在基板40上的电子构件包括中央处理单元(cpu)411、存储器ic412、诸如电容器或电阻器的无源元件413和将在以后描述的场效应晶体管(fet)421到426。作为预定电压的dc电压(例如,dc12v)作为电源电压被从设置在外罩10中的连接器100的连接器引脚101供应到逆变器装置4。

图3是示意逆变器装置4的构造的实例的电路图。逆变器装置4包括由cpu411和存储器ic412构成的控制器41、逆变器电路42、第一到第六电压传感器431到436,和电流传感器44。控制器41通过使cpu411执行存储在存储器ic412中的程序来执行将在以后描述的过程。

在逆变器电路42中,第一到第六fet421到426被以三相桥方式连接,供应u相电流的母线451被连接在第一fet421和第二fet422之间,供应v相电流的母线452被连接在第三fet423和第四fet424之间,并且供应w相电流的母线453被连接在第五fet425和第六fet426之间。

第一到第六fet421到426是本发明中的一种类型的开关元件。在该实施例中,第一到第六fet421到426是n沟道mosfet。构成逆变器电路42的开关元件不限于fet,并且例如,可以使用诸如绝缘栅双极型晶体管(igbt)的功率晶体管。

来自连接器引脚101的dc电压被供应到逆变器电路42的上部总线427。逆变器电路42的下部总线428被电接地,并且在下部总线428中流动的电流,即,在第一到第六fet421到426中流动的电流之和,由电流传感器44测量。电流传感器44包括分流电阻器441和电压传感器442,并且电压传感器442测量在分流电阻器441的两端之间的电势差。控制器41能够作为来自电流传感器44的测量结果获取来自电压传感器442的测量结果。

第一到第六fet421到426中的每一个都包括用作信号端子的栅极端子、用作输入端子的漏极端子和用作输出端子的源极端子,并且根据输入到栅极端子的导通/关断信号在导通状态和关断状态之间切换。电流在导通状态中从漏极端子流动到源极端子,并且在关断状态中,电流被切断。控制器41将导通/关断信号输出到第一到第六fet421到426中的每一个的栅极端子,并且通过pwm控制将正弦三相ac电流供应到电动马达2。

基板40包括:多个信号端子焊盘,第一到第六fet421到426的栅极端子与该多个信号端子焊盘焊接起来;多个输入端子焊盘,第一到第六fet421到426的漏极端子与该多个输入端子焊盘焊接起来;和多个输出端子焊盘,第一到第六fet421到426的源极端子与该多个输出端子焊盘焊接起来。第一到第六电压传感器431到436被设置为对应于第一到第六fet421到426,并且能够在导通状态中测量在相对应的输入端子焊盘和相对应的输出端子焊盘之间的焊盘间电压。

由于第一到第六fet421到426具有特定的导通电阻,该导通电阻是在漏极和源极之间在其导通状态中的电阻,因此由第一到第六电压传感器431到436测量的焊盘间电压取决于在第一到第六fet421到426的漏极端子和源极端子之间流动的电流(漏极电流)而改变。导通电阻例如为7mω。控制器41能够从第一到第六电压传感器431到436获取焊盘间电压的测量结果,并且基于所获取到的焊盘间电压的测量结果来检测其中诸如直通电流的过电流流动的过电流异常的产生。具体地,当焊盘间电压高于预定阈值时,检测到过电流异常,并且所有的第一到第六fet421到426都被切换为关断状态以停止逆变器电路42的驱动。

图4a是示意第一fet421及其周边部分的透视图。在图4a中,示意了第一fet421的本体50、漏极端子51、源极端子52和栅极端子53与基板40的输入端子焊盘401、输出端子焊盘402和信号端子焊盘403。输入端子焊盘401、输出端子焊盘402和信号端子焊盘403在由诸如玻璃环氧树脂的绝缘树脂形成的面板形基板400的表面上形成。在基板400上,多个输入端子焊盘401、多个输出端子焊盘402和多个信号端子焊盘403被形成为对应于第一到第六fet421到426。

基板400的表面和布线图案用阻焊剂(未示意)进行绝缘涂覆,并且输入端子焊盘401、输出端子焊盘402和信号端子焊盘403不进行绝缘涂覆。通过焊料6,漏极端子51被连接到输入端子焊盘401,源极端子52被连接到输出端子焊盘402,并且栅极端子53被连接到信号端子焊盘403。

这里,由于第一fet421等的本体50的线性膨胀系数与基板400的线性膨胀系数不同,因此,例如,当温度由于从电动马达2发出的热量或外部空气温度的影响而反复变化时,在焊料6中可能产生裂纹(断裂)。例如,当在将漏极端子51连接到输入端子焊盘401的焊料6中产生裂纹时,在漏极端子51和输入端子焊盘401之间的电阻增加,并且即使当漏极电流恒定时,由第一电压传感器431测量的焊盘间电压431也增加例如四倍。即使由于焊盘间电压的增加,过电流实际上没有流动,也存在对过电流异常的错误检测的担忧。当在将源极端子52连接到输出端子焊盘402的焊料6中产生裂纹时,也是如此。

在图4b中示意的截面视图中,例如,示意了在连接漏极端子51和输入端子焊盘401的焊料6中产生的裂纹c。裂纹c可能在整个焊料6中产生,或者可能在其一部分中产生。当产生这样的裂纹c并且确保了在漏极端子51和输入端子焊盘401之间的电连接时,优选地在不停止逆变器电路42的驱动的情况下连续地驱动逆变器电路42。

因此,在该实施例中,当在该多个输入端子焊盘401或该多个输出端子焊盘402中的一个中产生焊料裂纹时,控制器41通过使用来自第一到第六电压传感器431到436的测量结果的比较运算处理来检测焊料裂纹。更具体地,当第一到第六fet421到426中的一个fet(例如,第一fet421)的焊盘间电压明显地大于其它fet(例如,第二到第六fet422到426)的焊盘间电压时,检测到在该一个fet中的焊料裂纹的产生。

这里,“明显地更大”意味着,例如,第一fet421的焊盘间电压是第二到第六fet422到426的焊盘间电压的平均值的两倍或更多倍。可替代地,例如,当第一fet421的焊盘间电压是第二到第六fet422到426的焊盘间电压中的最小焊盘间电压的两倍或更多倍时,可以确定第一fet421的焊盘间电压明显地更大。因为由于第一到第六fet421到426的切换而导致焊盘间电压随着漏极电流的增加或减少而变化,所以在比较运算处理中,将电动马达2的电角度的至少一圈期间的峰值用作焊盘间电压。

对于在第一到第六fet421到426中已经检测到焊料裂纹的产生的fet,控制器41增加用于检测过电流异常的阈值。例如,当由第一电压传感器431测量的第一fet421的焊盘间电压增加到比由第二到第六电压传感器432到436测量的第二到第六fet422到426的焊盘间电压明显地大并且已经检测到第一fet421中的焊料裂纹的产生时,用于对第一fet421检测过电流异常的阈值被设定为大于用于对第二到第六fet422到426检测过电流异常的阈值。换言之,对其中已经检测到焊料裂纹的产生的fet,用于检测过电流异常的确定条件被放松。

图5是示意在第一到第六fet421到426的焊盘间电压(峰值)之间的比较的实例的曲线图。这里,示意了这样一个实例,其中在将第一fet421的漏极端子51连接到输入端子焊盘401的焊料6或者将其源极端子52连接到输出端子焊盘402的焊料6中产生裂纹,并且第一fet421的焊盘间电压增加,并且在竖直轴线上示意了作为在放松过电流异常的确定条件之前的阈值的初始值的初始阈值s1,和作为在放松过电流异常的确定条件之后的阈值的经校正阈值s2。对于第二到第六fet422到426,用于确定过电流异常的阈值被保持为初始阈值s1。

当已经在第一fet421中检测到焊料裂纹时,控制器41将经校正阈值s2设定为大于第一fet421的焊盘间电压的值。当已经检测到第一fet421中的焊料裂纹时,例如,基于第一fet421的焊盘间电压,设定作为阈值从初始阈值s1到经校正阈值s2的增加的增量δs。这里,经校正阈值s2是小于当直通电流实际地流动时的焊盘间电压的值,并且当直通电流在第一fet421中流动时,第一fet421的焊盘间电压大于经校正阈值s2并且检测到过电流异常。

以此方式,通过将用于确定过电流异常的阈值从初始阈值s1改变为经校正阈值s2,用于检测过电流异常的余量(裕度)减小,但是即使当产生焊料裂纹时,逆变器电路42也能够继续被驱动以致动电动马达2和油泵3。例如,当直通电流在第一fet421中流动时,相同的电流在第二到第六fet422到426中的任何一个中流动,并且因此也能够检测到过电流异常。

根据前述实施例,由于能够使用来自被设置用于检测过电流异常的第一到第六电压传感器431到436的测量结果来检测焊料裂纹的产生,因此可以抑制构件数目的增加,并且在第一到第六fet421到426中的任何一个的漏极端子51或源极端子52中检测焊料裂纹。

当已经检测到焊料裂纹的产生时,可以发出警报。可替代地,可以将其中已经产生焊料裂纹的fet设定为常关断状态,并且可以在将三相驱动切换为两相驱动的情况下操作电动马达2。

(变型实例)

下面将描述实施例的变型实例。在该变型实例中,控制器41通过对第一到第六fet421到426中的每一个通过在根据来自第一到第六电压传感器431到436的测量结果和来自电流传感器44的测量结果计算的电阻值之间的比较来检测焊料裂纹的产生。当对第一到第六fet421到426中的一个fet计算的电阻值明显地大于对其它fet计算的电阻值时,在该一个fet中检测到焊料裂纹的产生。

图6是示意根据该变型实例由控制器41执行的操作的实例的流程图。在流程图中示意的过程流中,控制器41首先获取第一到第六fet421到426的焊盘间电压,即,来自第一到第六电压传感器431到436的测量结果(步骤s1)。然后,控制器41确定在第一到第六fet421到426的焊盘间电压中是否存在明显地更大的焊盘间电压(步骤s2)。

当在步骤s2中确定存在明显地更大的焊盘间电压时(s2:是),控制器41从电流传感器44获取测量结果(步骤s3),并计算其中焊盘间电压被确定为明显地更大的fet的电阻值,即,通过将焊盘间电压除以漏极电流(焊盘间电压/漏极电流)获得的商(步骤s4)。能够基于来自电流传感器44的测量结果和第一到第六fet421到426的导通/关断状态来计算fet的漏极电流。

然后,控制器41确定在步骤s4中计算的电阻值是否大于初始值(步骤s5)。该初始值对应于fet的导通电阻,并且例如能够使用在制造逆变器装置4之后进行性能测试时测量的值。在步骤s5中,当在步骤s4中计算的电阻值和初始值之间的差异是等于或大于考虑温度变化等的影响而设定的预定值的显著差异时,确定在步骤s4中计算的电阻值大于初始值。

当在步骤s5中确定在步骤s4中计算的电阻值大于初始值时(s5:是),控制器41增加用于检测其中已经确定焊盘间电压明显地更大的fet的过电流异常的阈值以对其进行校正(步骤s6)。

然后,控制器41对第一到第六fet421到426中的每一个将焊盘间电压与用于检测过电流异常的阈值进行比较(步骤s7)。即使当步骤s2和s7中的任何一个的确定结果为否定时(否),控制器41也执行步骤s7随后的过程。然后,控制器41确定是否存在大于用于检测过电流异常的阈值的焊盘间电压(步骤s8),当存在大于用于检测过电流异常的阈值的焊盘间电压时(s8:是),确定已经产生过电流异常,并且停止逆变器电路42的驱动(步骤s9)。

以此方式,可以使用来自电流传感器44的测量结果带有高准确度地检测焊料裂纹的产生。

(补充注释)尽管以上已经描述了本发明的实施例,但是实施例不限制与所附权利要求相关联的本发明。应当注意,以上在实施例中描述的特征的所有组合对于解决本发明问题的手段而言不是必需的。

在不脱离其主旨的情况下,能够通过省略一些元件或添加或替换元件来适当地使本发明变型。

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