CN109412389A - 电源转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电源转换装置，其包含：主电路板；EMI模块，设置于主电路板上；辅助电源模块，与EMI模块平行地设置于主电路板上，且与EMI模块之间形成第一气流通道；电容集成单元，设置于主电路板上，并包含排列成平行的至少两排的至少两电容以形成第二气流通道；主功率单元，设置于主电路板上，且包含两个平行设置的主功率转换模块，且两个主功率转换模块之间形成第三气流通道；控制板，垂直设置于主电路板上；输出总线板，垂直设置于主电路板上并与控制板平行；风扇，用以产生气流于第一气流通道、第二气流通道及第三气流通道中。

Description

电源转换装置
技术领域
本发明涉及一种电源转换装置，特别涉及一种宽度相对较窄，且具有风扇通道，以助各元器件散热的电源转换装置。
背景技术
小型化及高功率密度逐渐成为服务器电源的趋势。于服务器领域中，电源转换系统通常由电源机架以及放置于电源机架中的电源转换装置构成，例如多个电源转换装置需安装于机架中，然后再以输出串联或并联的方式给电子装置供电。而在保持原尺寸的电源机架宽度不变的条件下，为了增加电源转换系统的输出功率，则势必需改变电源转换装置的宽度，以使电源机架可装设更多的电源转换装置。
然而，由于电源转换装置内多采用分立的元器件，且部分元器件的体积相对较大，因此若无法减少该些元器在电源转换装置所占据的空间，则难以实现减少电源转换装置的宽度的目的。此外，若欲减少电源转换装置的宽度，则在宽度方向上元器件的设置将需更加集中，如此一来，会导致电源转换装置内的元器件散热不易甚至过热，造成电源转换装置的工作效率降低而使生产成本增加。
因此，如何发展一种克服上述缺点的电源转换装置，实为目前迫切的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源转换装置，解决现有的电源转换装置的宽度不易减少，或是现有的电源转换装置在减少宽度的情况下，是使元器件散热不易甚至过热，造成电源转换装置的工作效率降低而使成本增加，且同时影响元器件的效能。
为达上述目的，本发明的一较广义实施方式为提供一种电源转换装置，是包含：主电路板；EMI模块，是设置于主电路板上；辅助电源模块，是与EMI模块平行地设置于主电路板上，且与EMI模块之间形成第一气流通道；电容集成单元，是设置于主电路板上且与EMI模块电连接，并包含至少两电容，至少两电容是排列成平行的至少两排，且形成第二气流通道；主功率单元，是设置于主电路板上且与电容集成单元电连接，且包含两个主功率转换模块，两个主功率转换模块是平行设置，且两个主功率转换模块之间是形成第三气流通道，其中第一气流通道、第二气流通道及第三气流通道是相连接而彼此连通，以构成风扇通道；控制板，是垂直设置于主电路板上，且与该辅助电源模块以及该主功率单元电性连接；输出总线板，是垂直设置于主电路板上并与控制板平行，且邻近于控制板，输出总线板是与主功率单元电连接；风扇，用以产生气流于风扇通道中。
本发明的有益效果在于，本发明是公开一种电源转换装置，该电源转换装置通过辅助电源模块与EMI模块平行设置主电路板上、电容集成单元的多个电容是排列成平行的至少两排于主电路板上、主功率单元的两个主功率转换模块是相平行地设置于主电路板上且控制板及输出总线板亦垂直设置于主电路板上，故可使电源转换装置的整体宽度减少。另外，由于本发明的电源转换装置的EMI模块与辅助电源模块之间形成第一气流通道、电容集成单元的多个电容之间形成第二气流通道以及两个主功率转换模块间形成的第三气流通道，故风扇所产生的气流可经由由第一气流通道、第二气流通道及第三气流通道所构成的风扇通道而流至电源转换装置内的各元器件，使各元器件充分散热，如此一来，本发明的电源转换装置的工作效率可提升且降低生产成本。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的电源转换装置的立体结构示意图。
图2是图1所示的电源转换装置的俯视及部分结构分解示意图。
图3是图1所示的电源转换装置的部分电路结构示意图。
图4是图1所示的电源转换装置的输入部的剖面结构示意图。
图5是图4所示的输入部的立体结构示意图。
图6是图1所示的EMI模块的立体结构示意图。
图7是图1所示的主功率单元的任一主功率转换模块的部分立体结构示意图。
图8是图1所示的主功率单元的任一主功率转换模块的电路结构示意图。
图9是图1所示的控制板的立体结构示意图。
图10是图1所示的辅助电源模块的立体结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1：电源转换装置
10：主电路板
100：第一侧边
101：第二侧边
102：第三侧边
103：第四侧边
11：EMI模块
110：EMI电容
111：共模电感
113：第一电路板
12：辅助电源模块
120：第四电路板
121：辅助组件集成
13：电容集成单元
130：输入电容
131：母线电容
14：主功率单元
141：第二电路板
142：第一变换电路
143：第二变换电路
L1：输入电感
T：变压器
L2：滤波电感
140：主功率转换模块
15：控制板
150：第三电路板
151：控制组件集成
152：第一面
153：第二面
16：输出总线板
160：片状导电板
161：插设端子
17：风扇
18：第一气流通道
19：第二气流通道
20：第三气流通道
21：输入/输出部
210：输入部
211：输出部
212：输入板件
212a：第一面
212b：第二面
213：输入端子
215：孔洞
G1-G6：间隙
22：输出电容
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作对其进行说明用，而非架构于限制本发明。
请参阅图1、图2及图3，其中图1是本发明较佳实施例的电源转换装置的立体结构示意图，图2是图1所示的电源转换装置的俯视及部分结构分解示意图，图3是图1所示的电源转换装置的部分电路结构示意图。本实施例的电源转换装置1可被一机壳(未图示)完全包覆，并可设置于一机架(未图示)上。如图1至图3所示，该电源转换装置1包含主电路板10、EMI模块11、辅助电源模块12、电容集成单元13、主功率单元14、控制板15、输出总线板16及风扇17。主电路板10包含彼此相对的第一侧边100及第二侧边101和位于第一侧边100与第二侧边101之间且彼此相对的第三侧边102及第四侧边103。
EMI模块11是设置于主电路板10上并邻近于第一侧边100，用以防止电磁干扰。辅助电源模块12是与EMI模块11平行且相间隔地设置主电路板10上而邻近于第二侧边101，且辅助电源模块12与EMI模块11之间是通过间隔设置而形成第一气流通道18。更甚者，辅助电源模块12与EMI模块11实质上可平行于第一侧边100及第二侧边101。辅助电源模块12与主功率单元14电性连接，以驱动控制板15运作。
电容集成单元13是设置于主电路板10上，且与EMI模块11及主功率单元14电连接，并包含多个电容，例如两个，多个电容是排列成平行且间隔的至少两排，且两排之间是通过间隔设置而形成第二气流通道19。更甚者，两排中的每一排的排列方向是平行于第一侧边100及第二侧边101。此外，电容集成单元13的多个电容实际上可由至少一输入电容130及至少一母线电容131所构成，即多个电容可电连接于电源转换装置内的不同位置，实现不同的功能。其中，输入电容130电连接于EMI模块11的输出端及主功率单元14的输入端之间，用以稳定主功率单元14所接收的电压。母线电容131则与主功率单元14及辅助电源模块12电连接，用以稳定主功率单元14所提供的电压，并将主功率单元14所提供的电压提供给辅助电源模块12。
主功率单元14是设置于主电路板10上，且包含两个主功率转换模块140，两个主功率转换模块140是相平行且相间隔地设置，且两个主功率转换模块140之间通过间隔设置而形成第三气流通道20，其中第一气流通道18、第二气流通道19及第三气流通道20是相连接而彼此连通，以构成风扇通道。
控制板15是垂直设置于主电路板10上并邻近于第二侧边101，且与辅助电源模块12以及主功率单元14电性连接，控制板15是用来控制电源转换装置1的整体运作，例如，对电源转换装置1所接收的电压和电流进行采样、对电源转换装置1所输出的电压和电流进行采样、控制主功率单元14的运作、对辅助电源模块12所输出的电压和电流进行检测和控制，对电源转换装置1内部的温度进行检测及控制风扇17的速度等。
输出总线板16是垂直设置于主电路板10上，且是与控制板15相邻地平行设置，并可由导电材质，例如铜所构成，输出总线板16与主功率单元14的输出端电连接。于一些实施例中，输出总线板16实际上是包含两个平行设置的片状导电板160，两个片状导电板160之间可设置一绝缘物质，例如绝缘片等，使两个片状导电板160以绝缘方式彼此贴合，且每一片状导电板160具有多个插设端子161，多个插设端子161是插设于主电路板10上。另外，两个片状导电板16的其中的一片状导电板160与另一片状导电板160分别用来作为输出电压的正负极。
风扇17是设置于机壳上，但本发明并不以此为限。风扇17用以产生气流于第三气流通道20中，且由于第一气流通道18、第二气流通道19及第三气流通道20是构成风扇通道，故风扇17所产生的气流将经由第三气流通道20而流至第二气流通道19及第一气流通道18中，故风扇17所产生的气流便可对邻近于风扇通道的相关元器件进行散热。当然，风扇17可以与主功率单元14邻近地设置。
由上可知，本实施例的电源转换装置1通过辅助电源模块12与EMI模块11平行设置于主电路板10上、电容集成单元13的多个电容是排列成至少平行的至少两排于主电路板10上、主功率单元14的两个主功率转换模块140是相平行地设置于主电路板10上且控制板15及输出总线板16亦垂直设置于主电路板10上，如此一来，可节省主电路板10于宽度方向上的空间，即节省主电路板10上介于第一侧边100及第二侧边101之间的空间，故可使电源转换装置1的整体宽度减少，使电源机架在宽度不变的条件下，可装设更多台电源转换装置1。另外，由于本发明的电源转换装置1的EMI模块11与辅助电源模块12之间形成第一气流通道18、电容集成单元13的多个电容之间形成第二气流通道19以及两个主功率转换模块140间形成的第三气流通道20，故风扇17所产生的气流可经由第一气流通道18、第二气流通道19及第三气流通道20所构成的风扇通道而流至电源转换装置1内的各元器件，使各元器件充分散热，如此一来，本发明的电源转换装置1的工作效率可提升且降低生产成本。
于上述实施例中，第一气流通道18、第二气流通道19及第三气流通道20依次序的排列于第三侧边102与第四侧边103之间。第三侧边102至第四侧边103的距离大于第一侧边100至第二侧边101的距离，且第一侧边100至第二侧边101的距离是介于35mm至55mm之间，例如40mm、45mm或54mm。
请参阅图4及图5并配合图1、2，其中图4是图1所示的电源转换装置的输入部的剖面结构示意图，图5是图4所示的输入部的立体结构示意图。如图所示，于一些实施例中，电源转换装置1还可包含输入/输出部21，是设置于主电路板10上且与第三侧边102相邻，并包含输入部210及输出部211。输入部210是可活动式地与外部电源(未图示)连接，且与EMI模块11电连接，当输入部210与外部电源电连接时，可接收外部电源所提供的电能并传送至EMI模块11，另外，输入部210还包含输入板件212、至少一输入端子213。输入板件212可通过跳线(未图标)而与EMI模块11导接，且包含至少一孔洞215，孔洞215是贯穿输入板件212的第一面212a及第二面212b，用以供穿设并容置部分螺丝9，并使螺丝9的部分第一端拴锁于第二面212b上，而螺丝9的第二端则凸出于第一面212a而锁固于机壳的一锁固部，例如螺孔上。输入端子213是设置于输入板件212上，且通过输入板件212及跳线而与EMI模块11电连接。此外，于一些实施例中，当孔洞215容置部分螺丝9时，螺丝9与输入板件212之间可存在至少一间隙，例如图4、5所示，螺丝9的第一端与输入板件212的第二面212b之间存在第一间隙G1，螺丝9的第二端与输入板件212的第一面212a之间存在第二间隙G2，位于孔洞202内的部分螺丝9与输入板件200之间存在前后左右共四个间隙G3-G6，换言之，即孔洞202的大小大于螺丝9的部分第一端，使输入板件212可相对于螺丝9而前后左右(水平)浮动，而拴锁于第二面212b上的螺丝9的部分第一端与第二面212b之间存在间隙，使输入板件212可相对于螺丝9而以垂直于第二面212b的方向浮动，如此一来，可使输入板件212为浮动状态，故可提供设置于输入板件212上的输入端子213一定的缓冲，使输入端子213方便插入对应的装置，如外部电源中，不会因制程上的公差而影响输入端子213与对应的装置之间的插设。输出部211是设置于输入部210的下方，且与输出总线板16电性连接，并包含多个输出端子(未图示)，其中部分的输出端子是用来供电源转换装置1输出电能，而其余输出端子则用来供电源转换装置1输出信号。而由于输出部211是设置于输入部210的下方，故可减少输出部211使用跳线的情况，借此减少干扰及成本。而于其它实施例中，输入部210上亦可设置EMI模块11的部分元器件。
又于一些实施例中，电源转换装置1还可包含至少一输出电容22，例如图1所示的两个输出电容22，输出电容22是设置于主电路板10上而位于风扇17及主功率单元14之间，用以减少主功率单元14所输出的电压的纹波。而在电源转换装置1包含输出电容22的实施例中，输出总线板16与输出电容22电连接，且每一输出电容22还与主功率单元14的输出端电连接。另外，主功率单元14的两个主功率转换模块140的输出端可为相互独立而不电连接，故如图1所示，电源转换装置1则包含两个输出电容22，每一输出电容22是与对应的主功率转换模块140的输出端电连接。当然主功率单元14的两个主功率转换模块140的输出端亦可并联连接，电源转换装置1则可以仅包含一个输出电容22，该输出电容22是与两个主功率转换模块140的输出端电连接。
本发明的电源转换装置1一实施例的运作方式为先由输入/输出部21的输入部210接收外部电源所提供的电能，并传送至EMI模块11，然后，EMI模块11再输出电能至电容集成单元13，由电容集成单元13的输入电容130进行滤波，而主功率单元14则经由输入电容130接收电能并进行转换，且提供转换后的电能至输出电容22来进行滤波，而经由输出电容22滤波后的电能则经由输出总线板16传送至输入/输出部21的输出部211，并供与电源转换装置1连接的装置，例如服务器、计算机等装置使用。此外，主功率单元14的部分电能可经由辅助电源模块12转换，并以隔离方式传送给控制板15。
以下将再进一步说明电源转换装置1内部各元器件的实际结构。请参阅图6，并配合图1，其中图6是图1所示的EMI模块的立体结构示意图。如图所示，EMI模块11是包含多个EMI组件集成110、共模电感111以及第一电路板113。第一电路板113是插设于主电路板10上。每一EMI组件集成110是设置于第一电路板113上，且可包含例如至少一差模电容、至少一共模电容以及至少一第一开关组件(皆未附图)等，共模电感111也设置于第一电路板113上。
请参阅图7及图8，并配合图1，其中图7是图1所示的主功率单元的任一主功率转换模块的部分立体结构示意图，图8是图1所示的主功率单元的任一主功率转换模块的电路结构示意图。如图所示，每一主功率转换模块140是两级电路架构，且包含第二电路板141、第一变换电路142及第二变换电路143。第二电路板141是插设于主电路板10上。第一变换电路142可以为升压电路结构，且第一变换电路142的输出端可以与第二变换电路143的输入端电连接，并设置于第二电路板141上。此外，第一变换电路142包含输入电感L1和至少一第一开关组件(未图示)。第二变换电路143可以为直流/直流全桥电路架构，且包含变压器T、至少一第二开关组件(未图示)及滤波电感L2，其中输入电感L1、变压器T及滤波电感L2依次序排列设置于第二电路板141上。当然，第一变换电路142及第二变换电路143亦可分别包含其它电子组件，例如其他类型的开关组件等，而第一变换电路142及第二变换电路143的电路架构可依实际需求而有不同的实施方式。另外，于一些实施例中，输入电感L1、变压器T及滤波电感L2可采用平面PCB绕组来构成，以减小尺寸。另外，输入电感L1、变压器T及滤波电感L2的尺寸可彼此相同、相异或部分相同。
请参阅图9，并配合图1，其中图9是图1所示的控制板的立体结构示意图。如图所示，控制板15是包含第三电路板150及控制组件集成151。其中第三电路板150是插设于主电路板10上，且具有相对的第一面152及第二面153。控制组件集成151是设置于第一面152上，且可包含微控制单元、采样电路、检测电路及通信电路等(皆未图标)。
请参阅图10，并配合图1，其中图10是图1所示的辅助电源模块的立体结构示意图。如图所示，辅助电源模块12是包含第四电路板120及辅助组件集成121。其中第四电路板120是插设于主电路板10上，且第三电路板150、第四电路板120及输出总线板16互相平行。辅助组件集成121是设置于第四电路板120上，且可由功率器件(未附图)和平面变压器(未附图)封装而成。而由于EMI模块11与辅助电源模块12是间隔设置于主电路板10上，故可使EMI模块11的共模电感111和辅助电源模块12的辅助组件集成121的平面变压器两者间的距离较远，以减小上述两个磁件之间的耦合，借此减少电磁干扰。
综上所述，本发明是公开一种电源转换装置，该电源转换装置通过辅助电源模块与EMI模块平行设置主电路板上、电容集成单元的多个电容是排列成平行的至少两排于主电路板上、主功率单元的两个主功率转换模块是相平行地设置于主电路板上且控制板及输出总线板亦垂直设置于主电路板上，故可使电源转换装置的整体宽度减少。另外，由于本发明的电源转换装置的EMI模块与辅助电源模块之间形成第一气流通道、电容集成单元的多个电容之间形成第二气流通道以及两个主功率转换模块间形成的第三气流通道，故风扇所产生的气流可经由由第一气流通道、第二气流通道及第三气流通道所构成的风扇通道而流至电源转换装置内的各元器件，使各元器件充分散热，如此一来，本发明的电源转换装置的工作效率可提升且降低生产成本。

Claims (16)

1.一种电源转换装置，是包含：
一主电路板；
一EMI模块，是设置于该主电路板上；
一辅助电源模块，是与该EMI模块平行地设置于该主电路板上，且与该EMI模块之间形成一第一气流通道；
一电容集成单元，是设置于该主电路板上且与该EMI模块电连接，并包含至少两电容，该至少两电容是排列成平行的至少两排，且形成一第二气流通道；
一主功率单元，是设置于该主电路板上且与该电容集成单元电连接，且包含两个主功率转换模块，两个该主功率转换模块是平行设置，且两个该主功率转换模块之间是形成一第三气流通道，其中该第一气流通道、该第二气流通道及该第三气流通道是相连接而彼此连通，以构成一风扇通道；
一控制板，是垂直设置于该主电路板上，且与该辅助电源模块以及该主功率单元电性连接；
一输出总线板，是垂直设置于该主电路板上并与该控制板平行，且邻近于该控制板，该输出总线板是与该主功率单元电连接；以及
一风扇，用以产生气流于该风扇通道中。
2.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该主电路板还包含一第一侧边及与该第一侧边彼此相对的一第二侧边以及位于该第一侧边及该第二侧边之间而彼此相对的一第三侧边及一第四侧边，且该EMI模块与该辅助电源模块之间形成的该第一气流通道、该电容集成单元形成的该第二气流通道及两个该主功率转换模块间形成的该第三气流通道依次序的排列于该第三侧边与该第四侧边之间。
3.如权利要求2所述的电源转换装置，其中该第三侧边至该第四侧边的距离大于该第一侧边至该第二侧边的距离，且该第一侧边至该第二侧边的距离是介于35mm至55mm之间。
4.如权利要求3所述的电源转换装置，其中该第一侧边至该第二侧边的距离为40mm、45mm或54mm。
5.如权利要求2所述的电源转换装置，还包含一输入部及一输出部，该输入部用以电性连接一外部电源，且与该EMI模块电连接，该输出部是设置于该输入部的下方，且与该输出总线板电性连接。
6.如权利要求5所述的电源转换装置，其中该输入部还包含一输入板件以及组接于输入板件上的至少一输入端子，该输入板件是通过一跳线而与该EMI模块导接，且包含贯穿该输入板件的一第一面及一第二面的一孔洞，该孔洞用以供一螺丝穿设并容置部分该螺丝，使该螺丝的一第一端是部分拴锁于该输入板件的该第二面上，而该螺丝的一第二端则凸出于该第一面并锁固于包覆该电源转换装置的一机壳的一锁固部，该至少一输入端子是通过该输入板件而与该EMI模块电连接。
7.如权利要求6所述的电源转换装置，其中该孔洞的大小大于该螺丝的该第一端，使该输入板件相对于该螺丝而水平浮动，且该螺丝的该第一端与该输入板件的该第二面之间存在一间隙，使该输入板件相对于该螺丝而以垂直于该第二面的方向浮动。
8.如权利要求5所述的电源转换装置，还包含至少一输出电容，是设置于该主电路板上而位于该风扇及该主功率单元之间，且该至少一输出电容是与该输出总线板及该主功率单元电性连接。
9.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该输出总线板包含绝缘贴近而平行设置的两块片状导电板，且每一该片状导电板具有多个插设端子，该多个插设端子插设于该主电路板上。
10.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该EMI模块是包含多个EMI组件集成、一共模电感以及一第一电路板，其中该第一电路板是插设于该主电路板上，该多个EMI组件集成以及该共模电感是设置于该第一电路板上。
11.如权利要求1所述的电源转换装置，其中每一该主功率转换模块是包含一第二电路板、一第一变换电路及一第二变换电路，该第二电路板是插设于该主电路板上，该第一变换电路及该第二变换电路是设置于该第二电路板上。
12.如权利要求11所述的电源转换装置，其中该第一变换电路是包含一输入电感和至少一第一开关组件，该第二变换电路是包含一变压器、至少一第二开关组件及一滤波电感，且该输入电感、该变压器及该滤波电感依次序排列设置于该第二电路板上。
13.如权利要求2所述的电源转换装置，其中两个该主功率转换模块是输出并联连接。
14.如权利要求2所述的电源转换装置，其中该控制板是包含一第三电路板，该第三电路板是插设于该主电路板上。
15.如权利要求14所述的电源转换装置，其中该辅助电源模块是包含一第四电路板，该第四电路板是插设于该主电路板上，且该第三电路板、该第四电路板及该输出总线板互相平行。
16.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该风扇是固定于包覆该电源转换装置的一机壳上。
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