一种功率系统与控制系统的集成组件的制作方法

1.本发明属于电力电子及电工技术领域，具体涉及一种功率系统与控制系统的集成组件。


背景技术：

2.功率系统包括功率变换与隔离、负载点变换、功率传输、功率管理等，功率变换采用高功率密度电源变换电路，大电流功率传输采用汇流排形式，功率管理采用数字芯片进行功率管理与监测，控制系统采用高速电路对系统实时控制与通讯。目前常用的功率系统、功率管理、功率传输以及控制系统多为独立设计，再通过系统集成，实现功率及信号互联，进而完成系统功能。但对于系统集成度高、尺寸薄、重量轻、负载较多且空间随机分布的情况，采用常规设计方法，占据的尺寸较大，重量较重，无法在有限的空间内，实现对多个负载供电与控制。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种功率系统与控制系统的一体化设计方法，减小空间高度，实现尺寸薄、重量轻，匹配多个负载空间随机分布的要求。
4.为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，一种功率系统与控制系统的集成组件，所述集成组件包括：功率变换与隔离电路，用于实现电压变换与电气隔离，并提供分布式供电所需的中间电压；多个输出连接器，用于将所述集成组件的输出功率与控制信号传输给负载，与相应负载对应设置；多个负载点电路，用于将功率变换与隔离电路提供的中间电压变换成负载的供电电压，所述负载点电路围绕输出连接器分布；控制系统电路，用于接收上位机发出的信号，并生成功率变换与隔离电路、负载点电路和负载的控制指令同时将所述集成组件的工作状态和负载的状态反馈给上位机；功率管理电路，用于接收控制系统电路发出的功率变换与隔离电路以及负载点电路控制指令后对功率变换与隔离电路以及负载点电路进行控制，并同时监测功率变换与隔离电路以及负载点电路的工作状态反馈给控制系统电路；平面汇流排，用于传输所述集成组件的输入功率，所述功率变换与隔离电路、负载点电路、功率管理电路、控制系统电路、平面汇流排和输出连接器在同一块pcb上集成。
5.本发明所提供的功率系统与控制系统的集成组件，还具有这样的特征，在pcb中，将功率与控制信号分层、分区布线，层间采用不等厚铜层和层叠对称布置。
6.本发明所提供的功率系统与控制系统的集成组件，还具有这样的特征，所述功率管理电路布置在所述控制系统电路和所述功率变换与隔离电路之间。
7.本发明所提供的功率系统与控制系统的集成组件，还具有这样的特征，所述平面汇流排在pcb上均匀对称分布，所述平面汇流排的输入端通过铜凸台与外部互联，输出端通过突出铜钉与pcb焊盘焊接互联，同时平面汇流排底面与pcb整体焊接。
8.本发明所提供的功率系统与控制系统的集成组件，还具有这样的特征，所述平面
汇流排扁平设计，平面汇流排的高度不高于所述功率变换与隔离电路、负载点电路、功率管理电路、控制系统电路和输出连接器中器件的最高高度。
9.本发明所提供的功率系统与控制系统的集成组件，还具有这样的特征，所述pcb与所述集成组件的应用结构壳体共形，所述集成组件与所述结构壳体之间填充导热介质。
10.有益效果
11.本发明提供的功率系统与控制系统的集成组件，在同一块pcb中集成多种功能电路，实现功率变换、传输与管理，同时完成系统控制，并与壳体结构共形设计，增强了散热性能，减小了功率系统与控制系统的整体厚度和重量。
附图说明
12.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
13.图1为本发明实施例中的功率系统与控制系统的集成组件的结构图；
14.图2为本发明实施例中的分层走线不等厚对称层叠示意图；
15.图3为本发明实施例中的汇流排局部示意图。
具体实施方式
16.下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
17.在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
18.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
19.术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
20.如图1-图3所示，本发明实施例提供了一种功率系统与控制系统的集成组件，所述集成组件包括：功率变换与隔离电路，用于实现电压变换与电气隔离，并提供分布式供电所需的中间电压；多个输出连接器
①
，用于将所述集成组件的输出功率与控制信号传输给负载，与相应负载对应设置；多个负载点电路，用于将功率变换与隔离电路提供的中间电压变换成负载的供电电压，所述负载点电路围绕输出连接器
①
分布；控制系统电路，用于接收上
位机发出的信号，并生成功率变换与隔离电路、负载点电路和负载的控制指令同时将所述集成组件的工作状态和负载的状态反馈给上位机；功率管理电路，用于接收控制系统电路发出的功率变换与隔离电路以及负载点电路控制指令后对功率变换与隔离电路以及负载点电路进行控制，并同时监测功率变换与隔离电路以及负载点电路的工作状态反馈给控制系统电路；平面汇流排，用于传输所述集成组件的输入功率，所述功率变换与隔离电路、负载点电路、功率管理电路、控制系统电路、平面汇流排和输出连接器
①
在同一块pcb上集成。其中，图1中的
①
为输出连接器。
21.在上述实施例中，功率变换与隔离电路根据输入输出电压及功率要求，设计相应的变换电路，实现电压变换与电气隔离，提供分布式供电所需的中间电压；负载点电路分布于输出连接器
①
附近，将中间电压变换成负载所需供电电压。功率管理电路对功率进行开关机控制，监测功率电路状态，并与控制系统进行通讯等；控制系统设计控制电路、通讯电路，对系统实时控制与通讯，控制系统包含信号完整性设计；功率与控制系统设计时，pcb进行信号分层设计，铜厚根据载流和阻抗匹配进行不等厚设计，同时保证pcb层间发热均衡，功率层与信号层对称设计，图2所示为8层层叠示意图；平面汇流排根据结构、pcb上器件高度，设计成扁平式汇流排集成于pcb上，保证汇流排高度不超过印制板上最高器件高度，输入通过铜凸台与外部互联，输出通过突出铜钉与印制板焊盘焊接互联，同时将整个汇流排底面与印制板整体焊接，最后通过印制板将大功率能量传输于各个输出连接器
①
，图3所示为汇流排局部示意图；输出连接器
①
分布于pcb各处，与相应负载位置对应，实现功率与信号互联。
22.在部分实施例中，在pcb中，将功率与控制信号分层、分区布线，层间采用不等厚铜层和层叠对称布置。前述实施例所提供的功率系统与控制系统的集成组件保证了pcb层间发热均衡，功率层与信号层对称设计，如图2所示为8层层叠示意图，实现了功率载流以及信号完整性。功率管理电路在同一印制板中，就近检测功率变换电路的各个状态，并与控制系统进就近进行实时通讯，消除了系统互联电缆，增强了系统状态检测及通讯的可靠性。
23.在部分实施例中，所述功率管理电路布置在所述控制系统电路和所述功率变换与隔离电路之间。
24.在部分实施例中，所述平面汇流排在pcb上均匀对称分布，所述平面汇流排的输入端通过铜凸台与外部互联，输出端通过突出铜钉与pcb焊盘焊接互联，同时平面汇流排底面与pcb整体焊接。
25.在部分实施例中，所述平面汇流排扁平设计，平面汇流排的高度不高于所述功率变换与隔离电路、负载点电路、功率管理电路、控制系统电路和输出连接器
①
中器件的最高高度。在上述实施例中，平面汇流排对称、大面积分布于印制板上，在保证功率有效传输的同时，也增强了大尺寸印制板的整体强度与散热性能，保证了整板散热均匀。
26.在部分实施例中，所述pcb与所述集成组件的应用结构壳体共形，所述集成组件与所述结构壳体之间填充导热介质。在上述实施例中，以结构壳体作为散热平面，功率变换和负载点电路发热，散布于结构多个区域，热量不集中，散热性能好。平面汇流排与结构壳体之间填充导热介质，进一步增强系统散热能力。与结构壳体共形取消了功率系统独立的散热冷板，有效的降低了厚度和重量。
27.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。