CN104467472B - 电源供应器和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电源供应器和方法。一种电源供应器包括多个电子组件，电子组件包括整流器以及开关晶体管中的一个或多个，被配置为从功率源接收电能的输入端口，以及包括空腔的电路板。整流器和开关晶体管中的至少一个嵌入该空腔之中。该空腔被布置为接近于输入端口使得由整流器和开关晶体管中的一个或多个所产生的热能中的至少一部分利用输入端口而从该电源供应器进行消散。

Description

电源供应器和方法
背景技术
电源供应器可以在各种电子装置内使用或者随各种电子装置使用以便提供电力。电源供应器可以将交变电流(AC)源转换为一个或多个电子设备所需的直流(DC)源。例如，电源供应器可以被用于将市电交变电流转换为适用于膝上计算机或移动电话的直流源。这样的电源供应器，特别是在电子设备之外使用时，也可以被称作适配器、充电器或功率转换器。
电源供应器内的电子组件在工作期间可能产生热能。为了避免电子组件变得过热，电源供应器可以包括散热设备。一种类型的散热设备是散热器，其可以位于发热电子组件和电源供应器外壳之间从而将热量传输至外壳。然而，同样不期望外壳超过所期望的预定温度。
为了防止外壳变得过热，可以在散热器和外壳之间提供一个或多个另外的散热板，或者可以提供额外的风扇以迫使空气流动将热量从散热器通过外壳中所提供的通风口带到外部。
然而，通常期望减小包括电源供应器在内的电子装置的尺寸。然而，减小电源供应器的尺寸就减少了可用于额外散热板、风扇等的空间。因此，期望一种具有良好散热且可尺寸可以有所减小的电源供应器。
发明内容
提供了一种电源供应器，其包括多个电子组件，该多个电子组件包括一个或多个整流器以及开关晶体管，被配置为从功率源接收电能的输入端口，以及包括空腔的电路板。整流器和开关晶体管中的至少一个嵌入该空腔之中。该空腔被布置为接近于输入端口而使得整流器和开关晶体管中的一个或多个所产生的热能中的至少一部分利用输入端口而从该电源供应器进行消散。
提供了一种方法，包括在电源供应器的输入端口接收来自功率源的电能；将所接收的电能提供至一个或多个整流器和开关晶体管，其中一个或多个整流器和开关晶体管嵌入在空腔中，并且该布置空腔接近于输入端口，并且利用输入端口使得整流器和开关晶体管中的一个或多个所产生的热能中的至少一部分从该电源供应器进行消散。
提供了一种电源供应器，包括用于在电源供应器的输入端口接收来自功率源的电能的装置；用于将所接收的电能提供至整流器和开关晶体管中的一个或多个的装置，其中整流器和开关晶体管中的一个或多个嵌入在空腔中，并且其中该空腔被布置为接近于输入端口而使得整流器和开关晶体管中的一个或多个所产生的热能中的至少一部分利用输入端口而从该电源供应器进行消散。
附图说明
附图中的元件并非一定彼此相对依比例绘制。同样的附图标记指定相对应的相似部分。除非各个所图示实施例的特征互相排斥，否则它们能够进行组合。实施例在附图中进行描绘并且在随后的描述中详细描述。
图1a图示了电源供应器的示例性电路图。
图1b图示了电源供应器的示例性电路图。
图2a图示了电源供应器的一部分的截面图。
图2b图示了电源供应器的一部分的截面图。
图3a图示了电源供应器的一部分的截面图。
图3b图示了电源供应器的一部分的截面图。
图4图示了电源供应器的三维透视图。
图5图示了电源供应器的顶视图。
图6图示了电源供应器的一部分的截面图。
图7图示了电源供应器的一部分的截面图。
图8图示了电源供应器的一部分的截面图。
图9图示了电源供应器的次级侧电路的一部分的截面图。
图10图示了用于电源供应器的外壳的透视图。
图11图示了用于电源供应器的外壳的横截面的透视图。
图12图示了用于电源供应器的外壳的侧面的透视图。
图13图示了外壳和电源供应器。
图14图示了用于电源供应器的外壳的透视图。
图15图示了用于电源供应器的外壳的透视图。
图16图示了用于电源供应器的外壳的透视截面图。
图17图示了用于电源供应器的外壳的透视截面图。
具体实施方式
在以下详细描述中对附图进行参考，该附图形成这里的一部分并且其中通过图示而示出了可以对本发明进行实践的具体实施例。就此而言，诸如“顶部”、“底部”、“前方”、“后方”、“之前”、“之后”等的方向性术语是参考所描述的(多幅)附图的方位使用。由于实施例中的组件能够以多种不同方位进行定位，所以该方向性术语是用于图示的目的而并非作为限制。所要理解的是，可以采用其它实施例并且可以进行结构或逻辑的变化而并不背离本发明的范围。其以下详细描述并非以限制的含义进行理解，并且本发明的范围由所附权利要求所限定。
以下将对多个实施例进行解释。在这种情况下，相同的结构特征在图中由相同或相似的附图标记所标示。在该描述的上下文中，“横向”或“横向方向”应当被理解为表示总体上平行于半导体材料或半导体载体的横向范围行进的方向或范围。横向方向因此总体上平行于这些表面或侧面。与之相比，术语“垂直”或“垂直方向”被理解为表示总体上垂直于这些表面或侧面并且因此垂直于横向方向的行进的方向。垂直方向因此以半导体材料或半导体载体的厚度方向行进。
如该说明书中所采用的，术语“耦合”和/或“电耦合”并非意在表示部件必须直接耦合在一切，可以在被“耦合”和/或“电耦合”的部件之间提供中间部件。
图1a图示了用于将交流转换为直流的电源供应器100的电路图。电源供应器100包括初级侧电路101、电感器102和次级侧电路103。初级侧电路101利用输入端口接收例如由AC市电供电所提供的交变电流。在该实施例中，AC至DC整流使用桥式整流器104来实现，桥式整流器104包括四个二极管105、106、107、108。桥式整流器104将AC输入电压Vin的正和负的半个周期转换为极性恒定的全波整流波形。为了跨耦合至电源供应器100的输出的负载109产生所期望的稳定DC输出电压Vout，整流波形由耦合至桥式整流器104的输出的平滑电路进行滤波。
该平滑电路工作以在AC输入电压Vin低的部分期间将DC输出电压保持在峰值电压附近。根据所使用的平滑电路，一定数量的AC纹波叠加在DC输出Vout上。例如，该平滑电路可以是耦合至桥式整流器的输出的平滑电容器。还可以采用额外的滤波将纹波减少至可接受的水平。
初级侧所产生的DC输出电压Vout具有接近于AC输入电压Vin的峰值电压的峰值电压Vpeak。然而，许多应用可能需要明显更低的电压。例如，许多设备需要12V DC或甚至更低的DC电压，而AC电压Vin对于一些国家的住宅AC市电而言可能为230V。
为了将DC电压降低至所需水平，可以在次级侧电路中使用降压变压器或DC-DC转换器110。DC-DC转换器110可以包括诸如晶体管、二极管、电感器、滤波电容器之类的开关111以及脉冲宽度调制器(PWM)控制112。PWM控制112对以远高于AC市电的50Hz频率的固定频率对开关111的断开和闭合进行控制，通常，PWM控制以大于1kHz的频率对开关的断开和闭合进行控制。
当开关111接通时，电流通过开关111、电感器流入滤波电容器和负载109。增大的电流导致电感器的磁场累积要存储在电感器磁场中的能量。当开关关断时，跨电感器的压降快速反转极性并且电感器所存储的能量被用作负载的电流源。DC输出电压Vout由开关接通的时间(Ton)在周期T中的比例所决定，其中T为1/f。更具体地，Vout等于DVin(DC)，其中D＝Ton/T被称作占空比而Vin(DC)是在桥式整流器104的输出处提供的源DC输入电压。PWM控制器被配置在反馈路径中，这允许通过调制占空比D而对DC输出电压Vout进行调节。
在一些实施例中，电源供应器可以包括若干输出，每个输出提供不同的DC电压，或者可以在单个输出提供有所差别的DC电压。
热量由初级侧电路101中所使用的各种组件所产生，并且典型地在较小程度上由次级侧电路103的组件所产生。电源供应器100的组件通常被包围在壳体或外壳中，后者可能由于壳体内的这些组件所产生的热量而变热。
然而，电源供应器的电路图并不局限于图1a中所图示的并且可以包括不同形式的电路。
图1b图示了用于将交流转换为直流的另外的电源供应器110的电路图。电源供应器110包括初级侧电路111、变压器112和次级侧电路113。初级侧电路111例如从AC市电供电接收交变电流。初级侧电路111包括桥式整流器114、功率校正因数电路115以及包括四个晶体管117的全桥116。晶体管例如可以是基于硅的MOSFET器件或基于氮化镓的高电子迁移率晶体管(HEMT)。次级侧电路111包括三个另外的晶体管177。
然而，以下描述中所描述的电源供应器并不局限于具有图1a或1b所图示的电路之一。这些电路图仅是可以使用以下所描述的一个或多个电源供应器的一个或多个特征提供的电路的示例。
图2a图示了电源供应器120的一部分的示意性截面图，特别是AC/DC转换器的初级侧的部分。电源供应器120可以具有如图1所示的基本电路布局。然而，用来提供AC至DC转换的组件和电路并不局限于图1所示的电路布局而是可以有所不同。
电源供应器120包括一个或多个半导体晶粒121，其中包括一个或多个整流器和开关晶体管。整流器可以是二极管或者诸如场效应晶体管的开关晶体管。整流器也可以是包括多个组件的整流电路。在一个实施例中，整流器是包括四个二极管的桥式整流电路。开关晶体管可以是诸如MOSFET(金属氧化物半导体晶体管)或IGBT(绝缘栅双极晶体管)的基于硅的半导体晶体管。开关晶体管还可以包括合成半导体并且可以是诸如基于GaN的HEMT(高电子迁移率晶体管)的III族氮化物晶体管。
在图2a中，所图示的半导体裸片121是硅二极管122，其形成包括四个二极管的桥式整流器的一部分。电源供应器120进一步包括诸如插口、插头或线缆的输入端口123，其被配置为从例如AC源的功率源接收电能。输入端口例如可以包括插口、引线或插头。
电源供应器120包括电路板124，其包括空腔125。二极管122嵌入在空腔125中，空腔125被布置为接近于输入端口123而使得二极管122所产生的至少一部分热能利用输入端口123而从电源供应器120进行消散，如图2a中由箭头126所示意性图示的。
在图2a所示的实施例中，二极管122是被配置为提供桥式整流器的四个二极管之一，该桥式整流器用于将输入端口123所接收的AC电压转换为极性恒定的全波整流波形。输入端口123电耦合至桥式整流器的两个二极管。
电路板124在图2所示的实施例中为多层电路板，其包括第一非传导核心层127，第一非传导核心层127包括诸如一般被称作FR4的玻璃纤维强化环氧树脂的非传导性材料。空腔125位于第一核心层127中而使得其通过第一核心层127的厚度进行延伸。二极管122具有接近于核心层127的厚度的高度。空腔125的基部由第二核心层128所形成并且该空腔被第三核心层129所覆盖。
电路板124进一步包括导电再分布结构，其包括传导层130，传导层130包括位于第一核心层127和第二核心层128之间的传导迹线131以及位于第三核心层129中的传导通孔132。传导通孔132在二极管122和位于电路板124的上表面134的导电接触焊盘133之间延伸。输入端口123的传导部分可以安装在接触焊盘133上以将输入端口123电耦合至电路板124。
二极管122是垂直设备并且具有上表面上的第一电极136和下表面上的第二电极137。第一电极136耦合至接触焊盘133而第二电极137则安装在电路板124的传导迹线131上或与之耦合。
二极管122被布置为接近于输入端口123而使得二极管122所产生的热量能够利用传导通孔132、接触焊盘133和输入端口123进行散热。输入端口123可以包括耦合在电路板124和功率源之间的传导连接器135。热能可以被消散到该连接器中并且从那里进入耦合至输入端口123的功率源和/或进入周围环境。
如以上所讨论的，电源供应器包括被配置为形成桥式整流电路的四个二极管122。这四个二极管122中的每一个可以被嵌入在电路板124中。这四个二极管122中的每一个可以被布置在单独的离散空腔中，或这四个二极管122中的两个或更多可以被布置在电路板124内的单个共用空腔中。四个二极管122可以被布置在电路板124的例如第一核心层127的单层中所布置的一个或多个空腔中。然而，二极管122可以被布置在电路板124的两个或更多的不同核心层中。
如果除了桥式整流器之外或者替代二极管之一使用开关晶体管，则该开关晶体管也可以安装在电路板的核心层之一中的空腔之中。
例如二极管122的半导体晶粒121作为离散组件位于电路板124中的空腔125内。该空腔可以完全布置在电路板内或者可以布置在电路板的外部核心层中。半导体裸片或晶粒周围的体积例如可以利用环氧树脂或粘合剂或填充剂进行填充。
传导通孔132的其它布置形式也是可能的。例如，可以除了从半导体设备121中的一个或多个的下表面延伸至电路板基底层的传导通孔132之外或者替代其提供传导通孔。
图2b图示了电源供应器120'的一部分的示意性截面图，特别是AC/DC转换器的初级侧电路部分。类似于图2a所示的实施例，电源供应器120'包括一个或多个半导体晶粒121'，尤其是形成桥式整流电路的四个二极管122'。二极管122'之一在图2b的截面图中进行了图示。电源供应器120'还包括输入端口123'，输入端口123'通过内部连接器135'耦合至电路板124'。
图2b所示的电源供应器120'与图2a所示的不同之处在于电路板124'的形式。电路板124'包括单个核心层127'。半导体晶粒121'完全嵌入单个核心层127'内。除了从位于二极管122'的上表面的第一电极136'延伸至核心层127'的上表面134'的传导通孔132'之外，第二传导通孔138'从位于二极管122'的下表面上的第二电极137'延伸至单个核心127'的下表面139'。除了传导通孔132'和138'之外，电路板124'的再分布结构还包括核心层127'的上表面134'上的传导迹线133'以及核心层127'的下表面139'上的传导迹线131'。
在电路板124'并未在图2b的截面图中图示的部分中，电路板124'还包括通过单个核心层127'的整个厚度进行延伸的传导通孔。
半导体二极管122'可以被认为嵌入在空腔125'中，后者完全被二极管122'所填充。在该实施例中，空腔125'并不包括空区域或者被包围二极管122'的额外化合物所填充的区域。
在一些实施例中，半导体晶粒121中的一个或多个可以以子模块或插件的形式提供，其包括一个或多个半导体晶粒的封装并且在一些实施例中还包括再分布结构。
图3a图示了用于将AC输入电压转换为DC输出电压的电源供应器140的初级侧部分的示意性截面图。电源供应器140包括电路板141、用于接收AC电压的输入端口142以及位于空腔144中的子模块143，该空腔144位于电路板141的核心层145中。子模块143包括桥式整流电路，其包括四个二极管，其中的两个二极管146和147在图3的截面图中进行了图示。
子模块143包括非传导核心层148，其可以包括玻璃纤维强化环氧树脂。两个空腔149、150彼此相邻地位于核心层148中而使得它们通过核心层148的厚度进行延伸。核心层148进一步包括两个另外的空腔，它们并未在图3a的截面图中进行图示。另外两个未图示的二极管之一位于这些空腔中的每一个中。
二极管146在空腔149中被环氧树脂形式的固定件151所支撑，其至少将二极管146侧面与空腔149的内侧面之间的间隙进行桥接。固定件151可以填充这些间隙并且可以稍微与二极管146和空腔149的外围区域相重叠以针对空腔149内的二极管146提供额外的机械支撑。二极管147也在空腔150中由固定件151所支撑。
两个二极管146、147通过在二极管146、147中的每一个的上表面之间进行延伸的传导迹线152互相耦合。传导迹线152提供了桥式整流电路的节点并且通过电传导通孔153电耦合至输入端口142以及耦合至子模块143的接触区域154。在一些实施例中，通孔153可以被省略而使得子模块143的接触区域154与将两个二极管146和147连接在一起的传导迹线152布置在相同平面。
子模块143进一步在其后侧包括传导迹线155和156，它们可以被用来分别将二极管146、147中的每一个电耦合至另外的二极管。这些电传导迹线156、157在模块143的下侧上提供了接触焊盘。可以通过将接触焊盘直接安装在电路板141的传导迹线上而将它们电耦合至电路板141另外的传导迹线155。例如，可以通过将子模块143安装在非传导核心层上而使得子模块143的接触焊盘与电路板141电绝缘。
子模块143的接触焊盘和传导迹线152、155、156可以包括铜。电路板141的传导迹线可以包括铜。子模块143的非传导核心层148可以包括与电路板124的核心层127相同的非传导材料，例如玻璃纤维强化环氧树脂。在一些实施例中，子模块143的核心层148的非传导材料可以与电路板124的层的核心层的非传导材料有所不同。
子模块143被布置接近于输入端口142而使得子模块143所产生的热量的至少一部分可以利用输入端口142进行消散。子模块143可以至少部分直接位于输入端口142之下并且直接处于子模块143和输入端口142之间的连接器159之下。连接器159被安装在子模块143的传导迹线154上。
图3b图示了用于将AC输入电压转换为DC输出电压的电源供应器140'的初级侧部分的示意性截面图。与图3a所示的电源供应器140相类似，电源供应器140'包括电路板141'、用于接收AC电压的输入端口142'，以及位于电路板141'的核心层145'中的空腔144'中的子模块143'。子模块143'包括具有四个二极管的桥式整流电路，其中两个二极管146'和147'能够在图3b的截面图中看到。
图3b所示的电源供应器140'与图3a所示的不同之处在于子模块143'的配置。子模块143'仅包括单个核心层148'。二极管146'、147'以及图3b的截面图中看不到的两个另外的二极管嵌入在核心层148'的主体内而使得它们在所有侧面上被核心层148'的材料所包围。
子模块143'的再分布结构包括从而二极管146'、147'的上表面延伸至核心层148'的上表面的传导通孔153'、以及从二极管146'、147'的下表面延伸至核心层148'的下表面的传导通孔153。
再分布结构还包括位于核心层148'的上表面上的传导迹线154'以及位于核心层148'的下表面上的传导迹线155'和156'。在该实施例中，两个二极管146'、147'通过位于子模块143'的上表面上的传导迹线154'互相电耦合。子模块143'还包括从图3b的截面图中未图示的模块部分的上表面向下表面延伸的传导通孔。
子模块143'被安装在电路板141'的空腔144'中，并且以与结合图3a所描述的类似方式安装在电路板141'的传导迹线158'上。
二极管146'可以被认为安装在空腔149'中，空腔149'完全位于核心层148'内并且完全被二极管146'所填充。类似地，二极管147'能够被认为安装在空腔150'中，空腔150'完全位于核心层148'内并且完全被二极管147'所填充。
电源供应器中所嵌入的半导体晶粒的横向布置形式可以进行选择以帮助散热。该布置在图4的电源供应器160的三维透视图和图5的顶部视图中进行图示。
电源供应器160包括初级侧电路161、次级侧电路162和变压器163。变压器163被布置在初级侧电路161和次级侧电路162之间。电源供应器160进一步包括输入端口164，在所图示的实施例中，其被配置为作为接纳例如来自线缆的连接器的插口，以及包括例如USB插口的插口的输出端口165。
初级侧电路161包括桥式整流电路166以及至少一个晶体管167，晶体管167接近于输入端口164进行布置并且嵌入在电源供应器160的电路板168中的第一嵌入区域175中。第一嵌入区域175被布置在输入端口164下方。初级侧电路161中诸如平面扼流输入滤波器169和电容器170之类的另外的组件也被布置在变压器163和输入端口164之间。另外的组件可以相邻于第一嵌入区域175布置并且可以嵌入电路板168中，或者可以安装在电路板168的上表面上。变压器163具有平面配置并且也可以被安装在布置在初级侧电路161和次级侧电路162之间的电路板168的空腔中。
在次级侧电路162中，至少一个次级侧晶体管173嵌入在电路板168内的第二嵌入区域176中，并且接近于输出端口165进行放置。第二嵌入区域176在该实施例中位于输出端口165下方。在该实施例中，次级侧晶体管173至少部分布置在输出端口165下方。输出电容器171和平面电感器172被布置为相邻输出端口165和第二嵌入区域175。次级侧电路162的组件被布置在变压器163和输出端口165之间。
通过将桥式整流器166、初级侧晶体管167、次级侧晶体管173和变压器163嵌入在电源供应器160的电路板168之内，与这些电子组件中的每一个在单独封装中被提供和/或被组合为安装在电路板168上表面上的一个或多个子模块的配置形式相比，变压器160的整体尺寸特别是其高度可以有所减小。
热量可以从电源供应器160内诸如桥式整流器166、初级侧晶体管167的发热组件进行消散，并且以较小的程度以从次级侧晶体管173和平面变压器163进行消散。这些组件在电源供应器160内的布置形式可以被用来帮助热量消散。例如，桥式整流器166和初级侧晶体管167接近于输入端口164进行放置而使得热量能够利用输入端口164尤其是输入端口164的电传导金属部分进行消散，并且消散到可以附接至输入端口164的另外连接器中。
例如，在所图示的实施例中，输入端口164是包括在外部线缆和电路板168之间提供电连接的两个金属引脚174的插口。热量可以通过这些引脚174从桥式整流器166和初级侧晶体管167消散至电源供应器160之外并消散到被插入到输入端口164中的例如线缆的另外连接器中。
类似地，通过将次级侧晶体管173接近于输出端口165布置在电路板168的相反一端，促使由次级侧电路162的组件所产生的热能通过输出端口165特别是输出端口165的金属部分进行消散。
次级侧电路162可以提供用于将从桥式整流器166输出的电压转换为不同的DC电压的DC-DC转换器。典型地，从桥式整流器166输出的电压高于设备或者附接至输出端口165的设备所需。例如，桥式整流器166所输出的电压可以为230V，其对应于在输入端口164所接收的住宅AC市电供电的电压。然而，要附接至输出端口165的设备可能需要12V或者例如3V的更低电压的较低电压。
图4和5所示的电源供应器具有输入端口164以及被适配为可拆除地接纳另外的连接器的输出端口165。然而，电源供应器160可以包括硬线连接至电源供应器的输入端口164，和/或输出端口165可以硬线连接至接收转换功率的设备。例如，如果电源供应器160安装在电子装置内部，则输出可以硬线连接至要被提供以DC电压的设备，而输入端口164则可以可拆除地附接至向电源供应器160提供AC电压的另外的连接器。
图6图示了根据实施例的电源供应器180。电源供应器180包括多层电路板181。在该示例中，多层电路板181包括五个非传导核心层182、183、184、185、186以及传导层187、188、189。然而，该电路板并不局限于这些特定数量的非传导和传导层。电源供应器180包括子模块143'，如图3b所示的实施例中那样，其包括被布置为提供桥式整流器的四个二极管。
子模块143'安装在位于两个核心层183中的空腔190中，子模块143通过从第二传导层187向电传导层189进行延伸的一个或多个出道通孔191电耦合至位于第五核心层186的下表面上的第三传导层189，该第二传导层187通过非传导核心层184、185、186电耦合至子模块143'。电传导层189例如可以提供接地平面。
多层电路板181进一步包括第二子模块192，其包括在初级侧电路中用作开关的晶体管193。第二子模块192包括具有晶体管193安装于其中的空腔195的非传导核心层194。晶体管193可以利用固定件204安装在空腔195中，该固定件204可以粘合定位在限定空腔195的侧壁与晶体管193的侧面之间。
可以通过布置在晶体管193的第一主表面201和子模块192的核心层194的第一主表面203上的一个或多个电传导迹线196而针对晶体管193形成传导连接。对于在其两个相对主表面上具有电极的垂直晶体管而言，可以通过布置在晶体管193的第二主表面202上和子模块192的核心层194的第二主表面205上的第二传导迹线197针对晶体管形成传导连接。例如，传导迹线196、197的该布置形式可以在晶体管193的高度对应于核心层194的高度的情况下得以使用。传导迹线196、197可以在其远端提供接触焊盘并且为子模块192提供再分布结构。
第二模块192安装在位于多层电路板181的第四核心层185中的第二空腔207中。子模块192通过从子模块192的上方传导迹线197和模块143的下方传导迹线156进行延伸的多个传导通孔206而耦合至子模块143。子模块192通过多个传导通孔208电耦合至电路板181的下表面上的传导层189，该传导通孔208从子模块192的下方传导迹线196通过核心层186延伸至传导层189。
在电源供应器180中，晶体管193位于与提供桥式整流电路的二极管不同的平面中。另外，晶体管193位于与第一子模块143'分离的第二子模块192中。第二子模块192安装在多层电路板181中与第一子模块143'不同的层中。第二子模块192和/或晶体管193可以直接位于第一子模块143之下而使得第一子模块143'与第二子模块192部分或完全重叠。部分或完全重叠的布置形式可以被用来节省电路板181的横向空间。
在一些实施例中，可以提供被布置在电路板的相同层中的两个子模块。该电源供应器还可以包括多于两个的子模块并且可以包括嵌入电路板中的另外组件。
电源供应器180进一步包括输入端口198，输入端口198在该实施例中是包括电耦合至电源供应器180的内部传导连接器200的一个或多个传导引脚199的插口。内部传导连接器200通过传导触点209以及多个电耦合至第一模块143，传导通孔延伸通过非传导层182。内部传导连接器200位于第一子模块143上方。
在电路板181中无法在图6的截面图中看到的部分中，提供了至少一个沿电路板181的整个厚度从上表面延伸至下表面的传导通孔。
第一子模块143和第二子模块192被布置为接近于输入端口198特别是接近于输入端口198的金属部分199、200，而促使分别在第一子模块143和第二子模块192内所发散的热能被利用输入端口198的金属部分199、200而消散至电源供应器180之外。如果诸如线缆之类的另外连接器可拆除地连接至输入端口198，则热量能够被消散至该连接器中。
图7图示了根据实施例的电源供应器210的一部分的截面图。电源供应器210包括多层电路板211，多层电路板211包括五个核心层212、213、214、215、216。图7图示了AC-DC功率转换器的初级侧。该初级侧电路包括桥式整流电路217和开关晶体管218。桥式整流电路217由以桥式布置进行连接的四个二极管219来提供，图7的截面图中图示了其中二极管219中的两个。电源供应器210包括子模块221，子模块221不仅包括提供桥式整流电路217的四个二极管219而且还包括开关晶体管218。
子模块221包括五个空腔222，二极管219中的每个二极管一个空腔并且晶体管218一个空腔。每个空腔222被布置在子模块的共用核心层223中而使得二极管219和开关晶体管218是共面的。子模块221进一步包括再分布结构，其电连接二极管219以形成桥接电路217并且将晶体管218电耦合至桥接电路217以便晶体管218能够对来自桥接电路217的输出进行开关。
二极管219和晶体管218是垂直器件并且均在其两个相对主表面上具有至少一个电极。子模块221在其上表面上包括电传导迹线224，其对两个二极管219、220进行电连接以形成一个配对并且提供桥接电路的节点。二极管219、220的相对侧面通过电传导迹线226电连接至其它二极管配对中的二极管。晶体管218以源下布置(source down arrangement)形式进行布置并且通过电传导迹线226电连接至二极管219从而对来自桥接电路217的输出进行开关。
子模块221安装在电路板211的核心层213的空腔233中。子模块221通过子模块221的传导迹线224、226与多层电路板211的传导迹线234之间的电连接而电耦合至多层电路板211的再分布结构。例如，子模块221的传导迹线226可以焊接到多层电路板211的传导迹线234上。
如图6中所示的实施例，电源供应器210进一步包括插口228形式的输入端口227，该插口228包括至少一个传导引脚229以及电耦合至子模块221的内部导体230，并且在该特定实施例中，内部连接器230被安装在子模块221的上表面231上的接触区域232上。
图8图示了根据实施例的电源供应器240的初级侧电路部分的示意性截面图。电源供应器240与图6所示的电源供应器180相类似，并且包括多层电路板181，多层电路板181具有接合图6所描述的布置形式以及输入端口198，该输入端口198具有至少一个传导引脚199和电耦合至电路板181的内部连接器200。电源供应器240与图6所示的电源供应器160的不同之处在于子模块241、242的布置形式。
初级侧电路包括提供了整流电路特别是桥式整流电路的第一子模块241以及包括开关晶体管240的第二子模块242。
第一子模块241包括单个核心层243，单个核心层243包括四个空腔244。每个空腔中布置有一个二极管。在图8的截面图中，图示出了两个二极管245、246。第一子模块243包括在桥式整流电路配置中将二极管互相电耦合的再分布结构。
在图8的截面图中所示的部分中，二极管245的上部电极通过电传导迹线247电耦合至二极管246的电极，该电传导迹线247从二极管245的上表面上的电极沿核心层243的上表面248延伸至二极管246的上部二极管，并且提供了桥接电路的节点。二极管245的下表面上的电极通过位于二极管245的下部电极上的传导迹线249电连接至桥式整流电路中另外的二极管，传导迹线249通过核心层243的下表面250。二极管246的下表面上的电极通过位于二极管246的下表面上的电极以及子模块241的核心层243的下表面250上的电传导迹线251电耦合至桥式整流电路中另外的二极管。
第一子模块241具有对应于多层电路板181的第二核心层183的高度的高度。第一子模块241位于多层电路板181的第二核心层183的空腔中，并且夹在第一核心层182和第二核心层184之间。第一子模块241埋在多层电路板181的主体之内。
包括开关晶体管243的第二子模块242包括单个核心层253以及单个空腔254，开关晶体管243位于在该空腔254中。开关晶体管252也是具有位于两个相对主表面上的至少一个电极的垂直设备。第二子模块242包括位于核心层253的上表面256上的至少一个传导迹线255，核心层253将晶体管252的上表面上的例如漏极电极的电极电耦合至子模块242的外部接触焊盘。
子模块242进一步包括位于核心层253的下侧上的至少一个传导迹线257，核心层253将晶体管252的下表面上的例如源极电极的电极电耦合至第二子模块242的下表面上的接触焊盘。该子模块包括位于核心层253的下侧258上的另外迹线，其将晶体管243的下表面上的例如栅极电极的电极电耦合至第二子模块242的下表面上的接触焊盘。
电传导迹线255和257为第二子模块242提供了再分布结构，尤其是提供了从晶体管260的电极到第二子模块242的接触区域的再分布结构，第二子模块242的接触区域可以电耦合至多层电路板181的传导层188中另外的迹线以及电源供应器240中诸如第一子模块241的桥式整流电路的另外组件。
第二子模块242具有对应于第四核心层185的高度的高度，并且被布置在第四核心层185内的空腔259中。第四核心层185被夹在第三核心层184和第五核心层156之间而使得第三核心层184覆盖子模块242的上侧而第五核心层186则覆盖第二子模块242的下侧。
在图8所示的实施例中，电源供应器240的第一子模块241和第二子模块242布置在多层电路板181的不同层中。然而，第一子模块241和第二子模块242也可以布置在相同的核心层中。
第一子模块241和第二子模块242可以被布置为具有层叠布置，在层叠布置中一个子模块至少部分地位于其它子模块的之上而使得子模块的部分有所重叠。然而，第一子模块241和第二子模块242也可以被布置在多层电路板181中而使得它们即使位于电路板181的不同层中也并不重叠。
图9图示了根据实施例的电源供应器270的一部分的示意性截面图。特别地，图9图示了电源供应器的次级侧电路的一部分，该次级侧电路包括输出端口271以及具有五个非传导层和三个传导层的多层电路板并且具有如图6所示的总体构造。然而，该电路板并不被局限于该特定配置并且可以具有更多或更少的非传导核心层和传导层。
输出端口271包括至少一个电传导引脚272以及将引脚272电耦合至电路板181的内部连接器273。电源供应器270包括子模块274，子模块274包括电源供应器的次级侧电路中的一个或多个组件。在该实施例中，子模块274包括单个核心层277以及嵌入在核心层277中的空腔276中的晶体管275。子模块274进一步包括再分布结构，其用于将晶体管275电耦合至子模块274的接触焊盘以及将子模块274电耦合至多层电路板181的再分布结构。
子模块274包括布置在其上表面280上的至少一个传导迹线279，其将晶体管275的上表面上的电极电耦合至接触焊盘278。子模块274进一步包括其下表面282上的传导迹线281，其将晶体管275的下表面上的电极电耦合至位于子模块274的下表面282上的接触焊盘283。
子模块274具有对应于电路板181的第四核心层185的高度的高度。子模块274被布置在第四核心层185中的空腔284中。子模块274完全嵌入在电路板181的主体之内并且被横向定位而使得其接近于输出端口271，从而由晶体管275所生成的至少一部分热量可以利用输出端口271特备是利用传导连接器273和传导引脚272进行散热。
热量可以被散热到耦合至输出端口271的另外连接器中。输出端口可以是诸如USB插口、火线插口或雷电(Thunderbolt)插口的插口。输出端口271可以具有诸如线缆或引脚之类的其它形式。
第一子模块274可以直接位于输出端口271的至少一部分之下，例如部分地位于连接器273之下。
电源供应器270的次级侧电路可以包括DC-DC转换器。次级侧的一个或多个另外的组件可以嵌入在电路板181之内。
针对次级侧183和输出端口271所示出的布置形式可以结合图2、3以及6至8所示的布置形式而用于AC/DC转换器的初级侧。
然而，初级侧电路和次级侧电路的布置形式可以与所图示的那些有所不同。例如，整流电路可以具有桥式整流电路以外的配置并且可以具有与包括四个二极管的那些有所不同的配置。类似地，次级侧电路并不局限于图1、4、5和9所图示的那些配置，并且可以包括具有诸如可埋在电路板的核心层内或者安装在电源供应器的表面电路板上的二极管和/或晶体管的组件的其它配置。
图10图示了适于随电源供应器使用的外壳300。电源供应器可以具有接合图1至9的实施例所描述的一个或多个特征。然而，电源供应器可以具有任意配置。
外壳300包括限定体积302的壁301，该体积302具有适于接纳包括输入端口、输出端口以及支撑电源供应器的组件的电路板在内的电源供应器的尺寸，上述组件例如用于提供AC/DC转换器的组件。
在图10所示的实施例中，壁301限定具有总体上为矩形的横截面的体积302。然而，壁301可以限定其它类型的横截面。外壳300进一步包括至少一个通道303，通道303通过壁301的厚度进行延伸从而使得在外壳300的体积302内所生成的热量能够利用通道303消散到外壳300之外的环境中，如图10中由箭头304所示意性指示。特别地，外壳可以包括多个通道303。通道303可以仅布置在接近于电源供应器的发热组件的位置或者可以遍布外壳300进行分布。
图11图示了用于电源供应器的外壳310的实施例的截面图。在外壳310中，壁311限定用于接纳由双重壁所提供的电源供应器的体积312。至少一个通道313在双重壁的厚度内进行延伸，并且包括从通道313到外壳310的外表面315的通孔314、以及从通道313延伸至体积312的内表面317的通孔316。在体积312内所生成的热量可以通过气流通孔316而沿通道313从外壳310进行消散，并且从位于外壳310的外表面315中的通孔314消散出去。
外壳310可以进一步包括位于该外壳的体积312之内的一个或多个挡板318。该一个或多个挡板318可以被布置在电源供应器上或者从壁311的内表面伸出。挡板318可以被布置在电源供应器模块的发热组件周围，并且防止热量在外壳310的体积312内进行散热。热量被热虹吸机制所促使而经通孔316、位于双重壁311中的通道313所形成的路径而且经通孔314而从外壳310进行消散。
热虹吸是用来描述路径上的温度梯度所产生的空气流动的术语。在图11所示的实施例中，由于挡板318的位置而在位于内表面317中的通孔316附近的发热组件周围形成热点。外壳310的外表面315中的通孔314处的温度可能更低，因此形成温度梯度以及从通孔316到通孔314的热虹吸路径。外壳300可以包括一个或多个热虹吸路径。
图12图示了外壳320的透视图，其可以具有如结合图10所公开的单个壁的构造或者结合图11所公开的双重壁的构造。该外壳具有通孔323以允许在壳体内所生成的热量通过空气流动而从内部经通孔323消散至环境中。外壳320包括侧面321，侧面321包括尺寸适于接纳要安装在外壳320中的电源供应器的输出端口的开口322。例如，输出端口可以附接至电源供应器的电路板。
图13图示了外壳330的示意性透视图，其可以具有接合图10至12所描述的配置以及部分插入的电源供应器模块340，电源供应器模块340包括输入端口341、电路板342以及提供电源供应器的多个组件。外壳330包括双重壁331，双重壁331包括布置在双重壁内的至少一个通道332，其借由通孔334、335而朝向外壳300的内部333以及外壳300的外部打开。
在图13所示的实施例中，电源供应器340提供了AC-DC转换器，AC-DC转换器包括平面变压器以及嵌入在电路板342内的嵌入式整流和开关组件。然而，外壳330可以被用于以下电源供应器，在该电源供应器中整流和开关组件以及变压器并未安装在电路板内而是仅安装在电路板上。
图14图示了外壳350的透视图，其由为外壳350提供总体上矩形的横截面的壁351所限定。外壳350包括以间隔定位在壁351内的多个通道352。通道352通过外壳350的整个长度延伸并且在外壳350的第一端面353以及相对的第二端面354朝向大气开放。第一端面353包括由壁351所界定的矩形开口355，诸如图13所示的电源供应器模块可以插入其中。通道352位于壁351中限定出矩形横截面的较长边的部分中。然而，通道也可以位于限定矩形横截面的较短边内。
通道352均具有总体上矩形的横截面并且均从第一端面353延伸至第二端面354以提供多个单独的纵向通道。然而，通道并不局限于该横截面并且可以具有诸如方形、圆形或椭圆形的其它横截面。
图15图示了外壳350的透视图并且尤其图示了第二端面354。通道352在端面354中具有开口。此外，端面354包括另外的开口356，开口356贯穿端面354的厚度而延伸到由壁351所包围的内部体积中。开口356被配置为接纳安装在位于外壳350内的电源供应器上的输出端口。
图16图示了外壳350的头饰截面图，其图示出位于壁350的厚度内且并不与外壳350的壁351的内表面357或外表面358流体连通的通道352。通道352仅通过外壳350的侧面353和354而与大气流体连通。
虽然外壳350的横截面已经被描述为矩形，但是所要理解的是，该矩形处于内表面357和外表面358上的角可以为圆角。
图17图示了外壳360的横截面的透视图。外壳360由限定具有矩形横截面的体积的壁361所限定。外壳360进一步包括位于壁361内的多个通道362。壁361内的通道362的形状在图17中利用虚线进行图示。
四个开口365位于壁361的上部366而另外四个开口365则在端面363以及横截表面364处位于壁361的下部367。然而，两个单独通道362的两个相邻开口365互相融合以形成在端面363处具有两个开口365的单个通道368。
上部366包括这些布置形式中互相分离的两个。下表面367也包括这些布置形式中互相分离的两个。端面363还包括到外壳360所限定的内部体积370的开口369，用于容纳插入在体积370中的电源供应器的输出端口。通道362并不朝向外壳360的内部体积370打开。
从外壳360的一个端面延伸至其它端面端口打开的通道362也可以互相融合以提供不同的形式。三个或者甚至更多的通道可以互相融合和/或从单个通道进行分流以形成多个单独的通道部分。
这些融合和分流通道的布置形式可以被用来促使热量从外壳360的体积370内的发热组件通过热虹吸效应进行消散。例如，通道可以被布置为根据外壳360的体积370内的发热组件的位置进行汇合或分支以便通过发热组件和外壳360的端面处的开口365之间的热梯度所促成的气流将热量从体积370内的热点消散到外壳360之外。
图10至17所示的实施例的外壳被图示为单块。然而，外壳也可以包括能够互相附接的两块或多块。例如，外壳可以具有在附接至彼此的封闭电源供应器模块的上部和下部。该布置形式可以在挡板从外壳的内表面突出的情况下使用。
诸如“下部”、“低于”、“较低”、“高于”、“上部”等的空间相关术语是为了方便描述以对一个元件相对于第二元件的定位进行解释而使用。除了与图中所描绘的那些有所不同的方位之外，这些术语还意在包含设备的不同方位。
另外，诸如“第一”、“第二”等的术语还被用来描述各个元件、区域、分段等，并且也并非意在作为限制。同样的术语贯穿该描述而指代同样的要素。
如这里所使用的，术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是开放端点的术语，它们指示存在所提到的要素或特征但是并不排除另外的要素或特征。除非上下文明确另外指示，否则冠词“一”、“一个”和“该”意在包括复数以及单数。
所要理解的是，除非以其它方式特别指出，否则这里所描述的各个实施例的特征可以互相组合。
虽然本文已经图示并描述了具体实施例，但是本领域技术人员将会意识到的是，各种可替换和/或等同实施方式可以替代所示出和描述的具体实施例而并不背离本发明的范围。本申请意在覆盖本文所讨论的具体实施例的任意调适或变化形式。因此，本发明意在仅由权利要求及其等同形式进行限定。

Claims (20)

1.一种电源供应器，包括：
多个电子组件，所述多个电子组件包括整流器和/或开关晶体管；
输入端口，所述输入端口被配置为从功率源接收电能；以及
电路板，所述电路板包括空腔，其中所述整流器和/或所述开关晶体管嵌入在所述空腔之中，并且其中所述空腔被布置为接近于所述输入端口以使得由所述整流器和/或所述开关晶体管所产生的热能中的至少一部分利用所述输入端口从所述电源供应器进行消散。
2.根据权利要求1所述的电源供应器，其中利用所述输入端口从所述电源供应器进行消散的热能的至少一部分利用将所述输入端口耦合至所述功率源的至少一个连接器从所述电源供应器进行传输。
3.根据权利要求2所述的电源供应器，其中至少一个连接器包括线缆。
4.根据权利要求2所述的电源供应器，其中利用所述至少一个连接器从所述电源供应器进行消散的所述热能的至少一部分进一步消散到所述功率源之中。
5.根据权利要求1所述的电源供应器，其中所述输入端口电耦合至所述整流器和/或所述开关晶体管。
6.根据权利要求1所述的电源供应器，其中所述空腔的至少一部分位于所述输入端口之下。
7.根据权利要求1所述的电源供应器，其中所述输入端口通过所述电路板的至少一个传导迹线电耦合至所述整流器。
8.根据权利要求1所述的电源供应器，其中所述开关晶体管嵌入在所述电路板之内。
9.根据权利要求1所述的电源供应器，其中所述整流器包括以桥电路进行配置并且嵌入在所述电路板中的多个开关。
10.根据权利要求1所述的电源供应器，其中所述输入端口包括插口、引线和插头之一。
11.根据权利要求1所述的电源供应器，进一步包括变压器。
12.根据权利要求11所述的电源供应器，其中所述变压器包括芯部并且至少所述芯部嵌入在所述电路板中。
13.根据权利要求12所述的电源供应器，其中所述变压器嵌入在所述电路板的一部分之中，所述电路板被布置为使得所述整流器和/或所述开关晶体管位于所述输入端口和所述变压器之间。
14.根据权利要求1所述的电源供应器，进一步包括输出端口。
15.根据权利要求14所述的电源供应器，进一步包括至少一个另外的开关晶体管，所述至少一个另外的开关晶体管被布置为接近于所述输出端口，使得所述至少一个另外的开关晶体管所产生的热量的至少一部分利用所述输出端口从所述电源供应器进行消散。
16.根据权利要求15所述的电源供应器，其中所述至少一个另外的开关晶体管的至少一部分嵌入在所述电路板中。
17.根据权利要求14所述的电源供应器，其中所述输出端口包括插口、引线和插头之一。
18.一种用于供应电源的方法，包括：
在电源供应器的输入端口接收来自功率源的电能；
将所接收的电能提供至整流器和/或开关晶体管，其中所述整流器和/或所述开关晶体管嵌入在空腔中，并且其中所述空腔被布置为接近于所述输入端口；
将由所述整流器和/或所述开关晶体管所产生的热能中的至少一部分利用所述输入端口而从所述电源供应器进行消散。
19.根据权利要求18所述的方法，其中利用所述输入端口从所述电源供应器进行消散的热能的至少一部分利用将所述输入端口耦合至所述功率源的至少一个连接器从所述电源供应器进行传输。
20.一种电源供应器，包括：
用于在电源供应器的输入端口接收来自功率源的电能的装置；
用于将所接收的电能提供至整流器和/或开关晶体管的装置，其中所述整流器和/或所述开关晶体管嵌入在空腔中，并且其中所述空腔被布置为接近于所述输入端口；
用于使得由所述整流器和/或所述开关晶体管所产生的热能中的至少一部分利用所述输入端口从所述电源供应器进行消散的装置。
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