CN110505785A - 适用不同尺寸功率元件的功率转换器 - Google Patents

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Abstract

一种适用不同尺寸功率元件的功率转换器，包括一基座、一散热器、一电路板以及一功率元件。基座具有一隔板以及一开口，隔板具有一第一阶梯面及一第二阶梯面，其中第一阶梯面及第二阶梯面位于不同的水平高度。散热器组装于基座上，并抵靠于隔板的第一阶梯面及第二阶梯面中的其中之一。电路板组装于基座上。功率元件设置于电路板上，并通过开口与散热器接触。

Description

适用不同尺寸功率元件的功率转换器
技术领域
本发明涉及一种功率转换器，且特别涉及一种适用不同尺寸功率元件的功率转换器。
背景技术
各种功率转换器已经广泛用于各种电子产品，例如电源供应器、电脑、UPS不断电系统、交流转直流变频器等，功率转换器提供稳定的定电压或定电流，其主要功能是将输入端的电源型式转换成输出端的负载所需要的电源型式。一般功率转换器包含功率元件(例如功率晶体管、功率二极管等)及散热装置(例如散热器及风扇等)。由于在市面上具有各式不同尺寸或输出功率的功率元件，同时，为了配合不同尺寸或输出功率的功率元件，亦对应有不同尺寸或散热效率的散热器及风扇，以避免造成功率转换器过热而停止作动、故障或毁损。
在功率转换器中，是将功率元件及散热器组装在基座上，且基座的结构设计仅可适用于一特定尺寸的功率元件及其对应的散热器。换句话说，为了将功率元件及散热器固定在基座中，一旦决定功率元件与散热器的尺寸之后，便会针对该尺寸设计对应的基座结构及其模具。若要改变功率元件与散热器的尺寸，势必要开发新的模具来生产新的基座，因而造成模具成本增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用不同尺寸功率元件的功率转换器，以便达到基座共用与减少模具数量的目的。
根据本发明的一方面，提出一种适用不同尺寸功率元件的功率转换器，包括一基座、一散热器、一电路板以及一功率元件。基座具有一隔板以及一开口，隔板具有一第一阶梯面及一第二阶梯面，其中第一阶梯面及第二阶梯面位于不同的水平高度。散热器组装于基座上，并抵靠于隔板的第一阶梯面及第二阶梯面中的其中之一。电路板组装于基座上。功率元件设置于电路板上，并通过开口与散热器接触。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A及图1B分别绘示依照本发明一实施例的适用不同尺寸功率元件的功率转换器从俯视角及仰视角观看的分解示意图；
图1C绘示基座沿着线C-C的剖视示意图；
图2A绘示第一尺寸功率元件组装于基座中的示意图；
图2B绘示第一尺寸散热器组装于基座中的示意图；
图2C绘示图2B中的第一尺寸散热器组装于基座后沿着线A-A的剖视示意图；
图2D绘示图2B沿着线C-C的剖视示意图；
图3A绘示第二尺寸功率元件组装于基座中的示意图；
图3B绘示第二尺寸散热器组装于基座中的示意图；
图3C绘示图2B中的第二尺寸散热器组装于基座后沿着线B-B的剖视示意图；
图3D绘示图3B沿着线C-C的剖视示意图；
图4绘示图3B中的第二尺寸散热器组装于基座后沿着线D-D的剖视示意图。
其中，附图标记
100：功率转换器
110：上盖
120：电路板
130：第一尺寸功率元件
130’：第二尺寸功率元件
131：下表面
140：基座
141：隔板
142：底板
143：阶梯面
1431：第一阶梯面
1432：第二阶梯面
144：开口
146：主动散热元件
148：防护墙
150、150’：散热器
151：上表面
152：第一固定元件
153：第二固定元件
154：安全缓冲区
H1：第一高度
H2：第二高度
T1：第一厚度
T2：第二厚度
具体实施方式
以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。以下是以相同/类似的符号表示相同/类似的元件做说明。
请参照图1A及图1B，依照本发明一实施例的功率转换器100，其例如包括一上盖110、一电路板120、一功率元件130、一基座140、一底板142以及一散热器150。其中，功率元件130设置于电路板120上。上盖110、电路板120、底板142及散热器150分别组装在基座140上。此外，上盖110及电路板120覆盖在基座140上仅为一范例，并非用以限制本发明。
在本发明实施例中，基座140具有一隔板141，隔板141具有一开口144以及多个阶梯面143。其中散热器150抵靠于隔板141的多个阶梯面143中的其中一个阶梯面，且功率元件130通过开口144与散热器150接触。此外，在本发明实施例中，无论功率元件130的尺寸为何，电路板120皆在组装在基座140的一固定位置上。
请参照图1A及图1C，其以两个阶梯面为例，隔板141具有第一阶梯面1431及第二阶梯面1432，其中第一阶梯面及第二阶梯面位于不同的水平高度。散热器150是根据功率元件的尺寸而决定抵靠于隔板141的第一阶梯面1431或第二阶梯面1432。
请参照图2A及图2B，其为第一尺寸功率元件130及其对应的第一尺寸散热器150组装于本发明实施例的功率转换器100的基座140的示意图。当功率元件130具有一第一尺寸时，散热器150抵靠于隔板141的第一阶梯面1431，如图2A中的虚线所示。请参照图2D，其为图2B沿着线C-C的剖视示意图。当功率元件130具有第一尺寸时，散热器150抵靠于隔板141的第一阶梯面1431。
请参照图2C，其为图2B中的第一尺寸散热器150组装于基座140后沿着线A-A的剖视示意图。散热器150设置在隔板141与底板142之间，且散热器150的上表面151可藉由多个第一固定元件152(例如螺钉)固定在隔板141的第一阶梯面1431，以使散热器150固定于基座140上，且散热器150的上表面151抵靠于隔板141的第一阶梯面1431。
在一实施例中，散热器150的上表面151可藉由导热胶与第一尺寸功率元件130的下表面131直接接触，以吸收第一尺寸功率元件130产生的废热。第一尺寸功率元件130通过开口144直接贴附在散热器150上，可使热传导具有最佳且最短的有效散热路径。另外，底板142可与散热器150底部接触，以增加散热面积。散热器150例如是散热鳍片，为了增加散热效能，基座140内更可设置一主动散热元件146(参见图2B)，例如风扇，通过风扇产生的气流可将散热鳍片吸收的热带走，以达到冷却的效果。
请参照图2C，在此实施例中，第一尺寸功率元件130具有一第一厚度T1，且隔板141的第一阶梯面1431位于一第一水平高度，其中隔板141的第一阶梯面1431相对于电路板120具有第一高度H1。其中，第一高度H1相当于第一厚度T1。
请参照图3A及图3B，其为第二尺寸功率元件130’及其对应的第二尺寸散热器150’组装于本发明实施例的功率转换器100的基座140的示意图。当功率元件130’具有一第二尺寸时，散热器150’抵靠于隔板141的第二阶梯面1432，如图3A中的虚线所示，其中第一尺寸不同于第二尺寸，也就是说，功率元件130’具有一第二厚度T2，第二厚度T2不同于功率元件130的第一厚度T1。请参照图3D，其为图3B沿着线C-C的剖视示意图。当功率元件130’具有第二尺寸时，散热器150’抵靠于隔板141的第二阶梯面1432。
请参照图3C，其为图3B中的第二尺寸散热器150’组装于基座140后沿着线B-B的剖视示意图。散热器150’设置在隔板141与底板142之间，且散热器150’的上表面151可藉由多个第二固定元件153(例如螺钉)固定在隔板141的第二阶梯面1432，以使散热器150’固定于基座140上，且散热器150’的上表面151抵靠于隔板141的第二阶梯面1432。
图3C与图2C不同之处在于：第二尺寸功率元件130’具有第二厚度T2，散热器150’的抵靠于隔板141的第二阶梯面1432，且隔板141的第二阶梯面1432位于一第二水平高度，其中隔板141的第二阶梯面1432相对于电路板120具有第二高度H2，第二高度H2不同于隔板141的第一阶梯面1431相对于电路板120的第一高度H1。其中，第二高度H2相当于第二厚度T2。
在上述二实施例中，第一尺寸功率元件130例如为以Easy Pack包装的功率元件，其厚度T1例如为12mm，而第二尺寸功率元件130’例如为以Econo Pack包装的功率元件，其厚度T2例如为17mm(大于第一尺寸功率元件130的厚度T1)。由于功率元件130、130’是设置于电路板120，而电路板120组装在基座140上。由于电路板120组装在基座140的固定位置，因此当不同厚度的功率元件130、130’通过电路板120组装在基座140时，功率元件130、130’的下表面位于不同水平高度，如图2C及图3C所示。
为了达到可共用基座140的目的，本发明实施例提出不同水平高度的多个阶梯面1431、1432分别对应不同厚度的功率元件130、130’，使散热器150、150’可分别抵靠于对应的阶梯面1431、1432上，使功率元件130、130’的通过开口144直接与散热器接触，以达到散热效果。如此不需再针对不同尺寸的功率元件130、130’设计不同的基座140，以便达到基座140共用与减少模具数量的目的。
上述实施例是以两个阶梯面为例，然本发明不限于此，可根据功率元件的不同尺寸，设计对应数量的阶梯面。例如，若功率元件具有四种不同的尺寸，则在一实施例中，基座140可具有四个位于不同水平高度的阶梯面。
请参照图1A及图4，其中图4绘示图3B中的第二尺寸散热器150’组装于基座140后沿着线D-D的剖视示意图。在一实施例中，隔板141例如包括多个防护墙148，围绕开口144周围，且防护墙148朝向电路板120的方向凸起，以使电路板120组装于基座140的隔板141上方时，防护墙148可位于电路板120与隔板141之间的间隙中。在一实施例中，一般功率转换器为了通过零件破坏实验，会在功率元件上增加一防爆片，用来防止火花喷溅，然而，如爆破时能量太强，防爆片会抵挡不住而破裂丧失保护的功能。本实施例的基座140除了在开口144周围设置防护墙148，以避免火花喷溅，更可藉由设置于开口144周围的阶梯面143将能量宣泄至一安全缓冲区154内(参见图4，例如位于第一阶梯面1431与散热器150’的上表面151之间)，减少因爆破而产生的能量，同时能降低防爆片破裂的风险。
此外，电路板120上电子元件与散热器150、150’有相关的空间距离与爬电距离的安全规范，本实施例的基座140于开口144周围设置多个阶梯面143可使空间距离与爬电距离增加(例如可沿着图4中安全缓冲区154的侧壁布线)，可以更有效的利用电路板120的布线空间使电路板120的体积缩小。
本发明上述实施例所揭露的适合不同尺寸功率元件的功率转换器，可在不变更基座尺寸的情况下适用不同尺寸厚度的功率元件，满足市场需求增加市场竞争力。也就是说，散热器是根据功率元件的尺寸而决定抵靠于隔板的第一阶梯面或第二阶梯面。此外，本装置可在不变更基座尺寸的情况下适用不同尺寸厚度的功率元件，不会增加基座模具数量、制造难度与制造成本，也不会增加产品组装困难度，进而达到基座共用与减少模具数量的目的。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用不同尺寸功率元件的功率转换器，其特征在于，包括：
一基座，该基座具有一隔板以及一开口，该隔板具有一第一阶梯面及一第二阶梯面，其中该第一阶梯面及该第二阶梯面位于不同的水平高度；
一散热器，组装于该基座上，并抵靠于该隔板的该第一阶梯面及该第二阶梯面中的其中之一；
一电路板，组装于该基座上；以及
一功率元件，设置于该电路板上，并通过该开口与该散热器接触。
2.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，该散热器根据该功率元件的尺寸而决定抵靠于该隔板的该第一阶梯面或该第二阶梯面。
3.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，当该功率元件具有一第一尺寸时，该散热器抵靠于该隔板的该第一阶梯面，当该功率元件具有一第二尺寸时，该散热器抵靠于该隔板的该第二阶梯面，其中该第一尺寸不同于该第二尺寸。
4.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，该功率元件的尺寸包含一第一厚度或一第二厚度，该第一厚度不同于该第二厚度，其中该第一阶梯面相对于该电路板具有一第一高度，该第一高度对应于该第一厚度，其中该第二阶梯面相对于该电路板具有一第二高度，该第二高度对应于该第二厚度，该第一高度不同于该第二高度。
5.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，该第一阶梯面相对于该电路板具有一第一高度，该第二阶梯面相对于该电路板具有一第二高度，其中该第一高度不同于该第二高度。
6.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，更包括多个固定元件，用于将该散热器固定于该隔板上。
7.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，当该功率元件具有一第一尺寸时，该电路板组装于该基座的一固定位置上，当该功率元件具有一第二尺寸时，该电路板组装于该基座的该固定位置上，其中该第一尺寸不同于该第二尺寸。
8.根据权利要求1所述的功率转换器，其特征在于，该隔板更包括多个防护墙，围绕该开口周围，且位于该电路板与该隔板之间的间隙中。
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