CZ34499U1 - Výkonový regulátor - Google Patents

Výkonový regulátor Download PDF

Info

Publication number
CZ34499U1
CZ34499U1 CZ2020-37886U CZ202037886U CZ34499U1 CZ 34499 U1 CZ34499 U1 CZ 34499U1 CZ 202037886 U CZ202037886 U CZ 202037886U CZ 34499 U1 CZ34499 U1 CZ 34499U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
circuit board
power
printed circuit
openings
power regulator
Prior art date
Application number
CZ2020-37886U
Other languages
English (en)
Inventor
Grigorij Dvorský
Original Assignee
MGM COMPRO s.r.o.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MGM COMPRO s.r.o. filed Critical MGM COMPRO s.r.o.
Priority to CZ2020-37886U priority Critical patent/CZ34499U1/cs
Publication of CZ34499U1 publication Critical patent/CZ34499U1/cs
Priority to PCT/CZ2021/050088 priority patent/WO2022037733A1/en
Priority to EP21857815.1A priority patent/EP4197295A4/en
Priority to US18/021,589 priority patent/US20230300971A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H05K1/0204—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate
    • H05K1/0206—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate by printed thermal vias
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/06—Thermal details
    • H05K2201/066—Heatsink mounted on the surface of the printed circuit board [PCB]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09209—Shape and layout details of conductors
    • H05K2201/095—Conductive through-holes or vias
    • H05K2201/09545—Plated through-holes or blind vias without lands
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09209—Shape and layout details of conductors
    • H05K2201/095—Conductive through-holes or vias
    • H05K2201/09563—Metal filled via
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09209—Shape and layout details of conductors
    • H05K2201/095—Conductive through-holes or vias
    • H05K2201/09609—Via grid, i.e. two-dimensional array of vias or holes in a single plane
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09209—Shape and layout details of conductors
    • H05K2201/09654—Shape and layout details of conductors covering at least two types of conductors provided for in H05K2201/09218 - H05K2201/095
    • H05K2201/09772—Conductors directly under a component but not electrically connected to the component
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/40—Forming printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K3/42—Plated through-holes or plated via connections
    • H05K3/429—Plated through-holes specially for multilayer circuits, e.g. having connections to inner circuit layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)

Description

Výkonový regulátor
Oblast techniky
Technické řešení se týká regulátoru pro řízení toku elektrického výkonu sloužícího zejména k řízení chodu střídavého nebo stejnosměrného elektromotoru.
Dosavadní stav techniky
Při připojení k napájení se elektromotor roztočí na nějaké otáčky. Avšak mnohá nasazení elektromotorů vyžadují, aby měly elektromotory otáčky regulovatelné. K tomuto účelu se začaly používat výkonové regulátory, které dokážou kontrolované měnit parametry napájení elektromotoru, čímž je v podstatě chod elektromotoru řízen. Mezi známé typy elektromotorů podle konstrukce patří např. BLDC elektromotory, nebo PMSM elektromotory atp.
Regulátory spadají do kategorie tzv. výkonové elektroniky, která je v dnešní době velice intenzivně rozvíjejícím se technickým oborem, jehož zaměřením je efektivní řízení toku elektrického výkonu, který se používá k napájení širokého spektra spotřebičů. Úkolem výkonových aplikací spadajících pod tento technický obor je přeměna, řízení a úprava elektrického výkonu, přičemž přeměna znamená změnu alespoň jedné charakteristické veličiny výkonového systému pomocí elektronických spínacích součástek bez výrazně vyššího ztrátového výkonu.
Výkonové regulátory lze zpravidla obecně popsat technickými znaky, mezi které patří deska plošných spojů, jenž poskytuje nosnou oporu elektronickým součástkám, dále elektronické součástky, jejichž úkolem je splnit cíl výkonové aplikace, a jako neposlední v řadě elektricky vodivé plošné spoje, jež slouží jako propojovací dráhy elektrické energie mezi elektronickými součástkami. Příkladem výkonového regulátoru může být například vynález z přihlášky vynálezu PV 2003-333 A.
Známým nedostatkem regulátorů pracujících s velkými toky elektrického výkonu je problém s odpadním teplem. Jak prochází tok elektrického výkonu plošnými spoji a elektronickými součástkami po desce plošných spojů, tak musí překonávat jejich ohmický elektrický odpor.
Další známou nevýhodou je přítomnost parazitní indukčnosti mezi sousedícími elektrickými prvky na desce plošných spojů (tzv. indukčnosti vodivých cest DPS).
Úkolem technického řešení je vytvoření výkonového regulátoru, jehož konstrukce by umožňovala efektivní odvod odpadního tepla výkonových součástek a současně přiváděla/odváděla vysoké proudy k/od výkonových součástek.
Podstata technického řešení
Vytčený úkol je vyřešen pomocí výkonového regulátoru pro řízení toku elektrického výkonu vytvořeného podle níže uvedeného technického řešení.
Výkonový regulátor pro řízení toku elektrického výkonu sestává z alespoň jedné desky plošných spojů pro nesení a elektrické propojení komponentů výkonového regulátoru. Další součástí výkonového regulátoru je alespoň jeden výkonový spínací prvek uspořádaný na jedné ze stran desky plošných spojů. Dále se výkonový regulátor sestává z alespoň jednoho chladiče uspořádaného na zbývající straně desky plošných spojů.
- 1 CZ 34499 UI
Podstata technického řešení spočívá v tom, že deska plošných spojů je opatřena sítí otvorů pod výkonovou součástkou (součástkami) procházejících skrz desku plošných spojů, přičemž jsou otvory prokovené, nebo zcela vyplněné kovem, a současně se mezi chladičem a deskou plošných spojů nachází alespoň jedna vrstva z tepelně vodivého a elektricky izolačního materiálu.
To je výhodné z pohledu efektivity odvodu tepla z výkonového prvku. Prokovené, nebo kovem vyplněné, otvory plní roh tepelných mostů, kterými je teplo vedeno ke chladiči snáze, než kdyby se muselo prozářit skrz materiál desky plošných spojů.
S výhodou je průměr otvorů řádově 0,2 až 0,25 mm a rozteč sousedících otvorů je řádově 0,1 mm až 0,5 mm. Díky vhodně zvolené velikosti otvorů a jejich roztečí je možné vytvořit hustou síť otvorů. Navíc je výhodné, pokud leží tloušťka prokovení otvoru v rozmezí od 20 pm do 60 pm, nebo jsou zcela vyplněny kovem.
V dalším výhodném provedení výkonového regulátoru podle technického řešení je plošná elektroda pouzdra výkonového spínacího prvku v kontaktu s prokovením, nebo s kovovou výplní, alespoň jednoho z otvorů. Tímto otvory plní současně i druhou funkci, kterou je distribuce elektrického proudu.
Mezi výhody regulátoru patří lepší odvod odpadního tepla do chladiče a z toho plynoucí možnost zpracovat vyšší elektrický výkon. Další výhodou je, že otvory mohou posloužit k rozvodu elektrického proudu, čímž je umožněno napájet komponenty ležící na desce plošných spojů směrem zespodu.
Objasnění výkresů
Uvedené technické řešení bude blíže objasněno na následujících vyobrazeních, kde:
obr. 1 schematicky znázorňuje řez regulátorem vedoucí skrz jeho výkonový spínací prvek, desku plošných spojů a chladič, obr. 2 schematicky znázorňuje síť otvorů vedoucích skrz desku plošných spojů.
Příklad uskutečnění technického řešení
Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení technického řešení na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde popsána.
Na schematickém řezu obr. 1 se nachází SMD výkonový spínací prvek 21 (MOSFET, SiC apod.), který má jednak klasické vývody 23 (elektrody jako S nebo G) připojené k čipu 22. a jednak D elektrodu 24, orientovanou vespod prvku 21 s největší plochou. SMD zkratkou se rozumí součástka pro upevnění na povrch desky plošných spojů (Surface Mount Device).
Touto elektrodou 24 se prvek 21 za prvé nejvíce chladí (tj. odvádí teplo vznikající průchodem proudu prvkem 21, tak i vznikající spínáním proudu (spínací ztráty)), a za druhé se takto k prvku 21 přivádí (odvádí) proud. Elektrodou 24 (montážní plochou prvku 21) je prvek 21 připájen k horní Cu vrstvě 25 desky plošných spojů.
Deska plošných spojů je tvořena více vrstvami 25 mědi (Cu), které jsou od sebe izolovány izolačními vrstvami 26. Na desce plošných spojů se pod elektrodu 24 rozmístí síť mikro otvorů 29
-2 CZ 34499 UI s průměrem řádově od 0,2 mm do 0,25 mm s malými roztečemi (řádově do 0,5mm), takže na ploše cca 10x10 mm lze umístit řádově až 400 těchto otvorů 29. Příklad rastru těchto otvorů 29 je znázorněna na obr. 2.
Skutečná velikost a vzájemné vzdálenosti otvorů 29 jsou závislé na použité technologii výroby desky plošných spojů, a také na velikosti proudu protékající těmito otvory 29, jakož i na množství tepla, které mají otvory 29 odvést do chladiče 28.
Otvory 29 jsou prokovené optimálně ve vrstvě silné 20 až 60 pm, anebo i volitelně v silnější vrstvě, či jsou plně vyplněny Cu, díky čemu efektivně přenáší teplo vznikající provozem výkonového prvku 21 do chladiče 28 přes teplotně vodivou a elektricky izolační vrstvu 27. Současně je těmito otvory 29, resp. jejich povrchem nebo celým objemem otvoru 29, dle použité technologie, přiváděn proud k elektrodě 24 SMD výkonového prvku 21. Jestli je chladič 28 vzduchový, kapalinový apod. není podstatné. Použití SMD výkonových prvků 21 a jejich připojení k desce plošných spojů sítí mikro otvorů 29 je výhodné i z hlediska jak minimalizace odporů měděných cest desky plošných spojů, tak i z hlediska minimalizace parazitních indukčností obvodu.
Průmyslová využitelnost
Regulátor pro řízení toku elektrického výkonu podle technického řešení nalezne uplatnění v oblasti regulace elektrospotřebičů, zejména elektromotorů.

Claims (4)

  1. NÁROKY NA OCHRANU
    1. Výkonový regulátor pro řízení toku elektrického výkonu sestávající z alespoň jedné desky plošných spojů pro nesení a elektrické propojení komponentů výkonového regulátora a dále z alespoň jednoho výkonového spínacího prvku (21) uspořádaného najedné ze stran desky plošných spojů, vyznačující se tím, že deska plošných spojů je opatřena sítí otvorů (29) procházejících skrz desku plošných spojů, přičemž jsou otvory (29) prokovené, nebo zcela vyplněné kovem, a současně se mezi chladičem (28) a deskou plošných spojů nachází alespoň jedna vrstva (27) z tepelně vodivého a elektricky izolačního materiálu.
  2. 2. Výkonový regulátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že průměr otvorů (29) je řádově 0,2 mm až 0,25 mm, a rozteč sousedících otvorů (29) je řádově 0,1 mm až 0,5 mm.
  3. 3. Výkonový regulátor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že tloušťka prokovení otvoru (29) leží v rozmezí od 20 do 60 pm.
  4. 4. Výkonový regulátor podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že mezi výkonový spínací prvek (21) a desku plošných spojů je uspořádána plošná elektroda (24) pouzdra výkonového spínacího prvku (21), přičemž je plošná elektroda (24) v kontaktu s prokovením, nebo s kovovou výplní alespoň jednoho z otvorů (29).
CZ2020-37886U 2020-08-17 2020-08-17 Výkonový regulátor CZ34499U1 (cs)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-37886U CZ34499U1 (cs) 2020-08-17 2020-08-17 Výkonový regulátor
PCT/CZ2021/050088 WO2022037733A1 (en) 2020-08-17 2021-08-17 Power controller
EP21857815.1A EP4197295A4 (en) 2020-08-17 2021-08-17 POWER CONTROLLER
US18/021,589 US20230300971A1 (en) 2020-08-17 2021-08-17 Power controller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-37886U CZ34499U1 (cs) 2020-08-17 2020-08-17 Výkonový regulátor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ34499U1 true CZ34499U1 (cs) 2020-11-03

Family

ID=73045612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2020-37886U CZ34499U1 (cs) 2020-08-17 2020-08-17 Výkonový regulátor

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230300971A1 (cs)
EP (1) EP4197295A4 (cs)
CZ (1) CZ34499U1 (cs)
WO (1) WO2022037733A1 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022037733A1 (en) * 2020-08-17 2022-02-24 MGM COMPRO s.r.o. Power controller

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19909505C2 (de) * 1999-03-04 2001-11-15 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Herstellung von Schaltungsanordnungen
CN100381027C (zh) * 1999-09-02 2008-04-09 伊比登株式会社 印刷布线板及其制造方法
WO2002007312A2 (en) * 2000-07-13 2002-01-24 Isothermal Systems Research, Inc. Power semiconductor switching devices, power converters, integrated circuit assemblies, integrated circuitry, power current switching methods, methods of forming a power semiconductor switching device, power conversion methods, power semiconductor switching device packaging methods, and methods of forming a power transistor
WO2003019997A1 (en) * 2001-08-22 2003-03-06 Vanner, Inc. Improved heat sink for surface mounted power devices
JP4256463B1 (ja) * 2008-10-16 2009-04-22 有限会社アイレックス 放熱構造体
US9686854B2 (en) * 2012-09-25 2017-06-20 Denso Corporation Electronic device
WO2016048676A1 (en) * 2014-09-24 2016-03-31 Hiq Solar, Inc. Transistor thermal and emi management solution for fast edge rate environment
AT516724B1 (de) * 2014-12-22 2016-08-15 Zizala Lichtsysteme Gmbh Herstellen einer schaltungsanordnung mit thermischen durchkontaktierungen
DE112018006370B4 (de) * 2017-12-14 2024-09-19 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitereinrichtung
JP7004749B2 (ja) * 2018-01-25 2022-01-21 三菱電機株式会社 回路装置および電力変換装置
CN112586093A (zh) * 2018-06-15 2021-03-30 Lg伊诺特有限公司 印刷电路板和包括该印刷电路板的相机装置
CZ34499U1 (cs) * 2020-08-17 2020-11-03 MGM COMPRO s.r.o. Výkonový regulátor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022037733A1 (en) * 2020-08-17 2022-02-24 MGM COMPRO s.r.o. Power controller

Also Published As

Publication number Publication date
EP4197295A1 (en) 2023-06-21
EP4197295A4 (en) 2024-08-21
US20230300971A1 (en) 2023-09-21
WO2022037733A1 (en) 2022-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7236368B2 (en) Integral molded heat sinks on DC-DC converters and power supplies
USRE44372E1 (en) System and apparatus for efficient heat removal from heat-generating electronic modules
US10117321B2 (en) Device including a printed circuit board and a metal workpiece
CN102790043B (zh) 功率半导体
EP1988762A2 (en) Phase change cooled power electronic module
CN102017135A (zh) 带有在多个接触平面中的元器件的基板电路模块
CN105210281B (zh) 变流器设备和用于制造变流器设备的方法
CN113823516A (zh) 包括散热器和控制电子器件构造的固态开关设备
US10049962B2 (en) Arrangement of multiple power semiconductor chips and method of manufacturing the same
SE529673C2 (sv) Kretsarrangemang för kylning av ytmonterade halvledare
WO2018007062A1 (en) Low-inductance power module design
US7057275B2 (en) Device with power semiconductor components for controlling the power of high currents and use of said device
CZ34499U1 (cs) Výkonový regulátor
CN113748503B (zh) 具有增大的冷却面的紧凑的功率电子模块
US11935807B2 (en) Plurality of dies electrically connected to a printed circuit board by a clip
CN116802798A (zh) 具有改进的散热器的半导体冷却装置
US20220199492A1 (en) Semiconductor cooling arrangement with improved baffle
EP3319407B1 (en) Modular power supply
US10728999B2 (en) Circuit boards and method to manufacture circuit boards
CN223968122U (zh) 一种功率装置
EP4490780B1 (en) Power module for solid-state circuit breaker
CN219106130U (zh) 一种可控硅模块与电子设备
US12255121B2 (en) Power semiconductor cooling assembly
Hopkins Packaging and Smart Power Systems
CN119997458A (zh) 一种散热单元及功率装置

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20201103

ND1K First or second extension of term of utility model

Effective date: 20240717