CN111711358B - 电压调节模块 - Google Patents

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Abstract

本案公开一种电压调节模块，包含印刷电路板组件及磁芯组件，印刷电路板组件包含印刷电路板及开关电路，印刷电路板包含相对的第一面与第二面、第一凹槽及突出部，第一凹槽由第二面内凹所形成，突出部形成于第一凹槽内，且突出部内部具有布线，第二面上包含电压调节模块的正输入端导接部、正输出端导接部及负输出端导接部，开关电路设置于印刷电路板的第一面上，磁芯组件容置于第一凹槽内，磁芯组件还包含至少一第一孔洞，每一第一孔洞供对应的突出部穿设，使至少一突出部与磁芯组件相互配合而形成至少一电感。

Description

电压调节模块
技术领域
本案为一种电压调节模块，尤指一种可减少尺寸的电压调节模块。
背景技术
请参阅图1A及图1B，其中图1A为第一种习知电子装置的结构示意图，图1B为图1A所示的电压调节模块的结构示意图。如图1A及图1B所示，习知第一种电子装置1采用水平供电结构，且包含中央处理器(Central Processing Unit；CPU)11、习知电压调节模块12、系统板13及输出电容14。习知电压调节模块12用以转换所接收的输入电压为调节电压，并提供给中央处理器11，且习知电压调节模块12与中央处理器11皆设置于系统板13的第一表面上，另外，为了满足负载动态切换的要求，习知电压调节模块12的输出端靠近中央处理器11的供电输入端。输出电容14设置于相对第一表面的系统板12的第二表面上，并与中央处理器11的供电输入端相邻。
此外，习知电压调节模块12更具有印刷电路板15及磁性组件16。磁性组件16设置于印刷电路板15上，且在印刷电路板15和磁性组件16之间的空隙里可设置开关组件。印刷电路板15设置于系统板13的第一表面上，借此电压调节模块12产生的热能可通过印刷电路板15传送至系统板13，进而利用系统板13的散热系统(未图标)进行散热。
然而随着中央处理器11所需的电流越来越大，电子装置的体积要求越来越小，图1A所示的中央处理器11及习知电压调节模块12放置在同一侧的方式已不能满足负载动态切换的要求。请参阅图2，其系为习知第二种电子装置的结构示意图。如图所示，为了减小电子装置的体积，并有效地提升电压调节模块的动态切换性能，习知第二种电子装置1’将传统水平供电结构改变为垂直供电结构，而将习知电压调节模块12改为设置于系统板13的第二表面，使习知电压调节模块12与中央处理器11位于系统板13的相对表面上，如此一来，可有效地减小了电子装置1’的体积，并且因输出电容14就近放置在习知电压调节模块12的输出端和中央处理器11的供电输入端，更可以有效地提升习知电压调节模块12的动态切换性能。
虽然上述习知第二种电子装置1’的习知电压调节模块12可以有效地提升习知电压调节模块12的动态切换性能，然由于习知电压调节模块12的磁性组件16及开关组件皆设置于印刷电路板15的同一侧，且开关组件设置于印刷电路板15与磁性组件16之间的空隙中，使得习知电压调节模块12的磁性组件16不能进一步优化其结构及尺寸，从而使得第二种习知电子装置1’的习知电压调节模块12的尺寸仍存在较大的问题，并且习知电压调节模块12在系统板回流焊接时，再次受热容易发生内部器件脱落或移位。
因此，实有必要发展一种电压调节模块，以解决先前技术所面临的问题。
发明内容
本案的目的为提供一种电压调节模块，其可达到减少尺寸的功效。
本案的另一目的为提供一种电压调节模块，其可达到简化装配流程的功效。
为达上述目的，本案的一实施态样为提供一种电压调节模块，包含印刷电路板组件及磁芯组件。印刷电路板组件包含印刷电路板及至少一开关电路。印刷电路板包含相对的第一面与第二面、第一凹槽以及至少一突出部。第一凹槽系由第二面内凹所形成，突出部系形成于第一凹槽内，突出部内部具有布线，第二面上包含电压调节模块的正输入端导接部、正输出端导接部以及负输出端导接部，开关电路系设置于印刷电路板的第一面上。磁芯组件容置于第一凹槽内，磁芯组件还包含至少一第一孔洞，每一第一孔洞系供对应的突出部穿设，使至少一突出部与磁芯组件相互配合而形成至少一个电感。
附图说明
图1A为第一种习知电子装置的结构示意图。
图1B为图1A所示的电压调节模块的结构示意图。
图2为习知第二种电子装置的结构示意图。
图3A为本案第一较佳实施例的电压调节模块的结构示意图。
图3B为图3A所示的电压调节模块的另一视角的结构示意图。
图3C为图3B所示的电压调节模块的爆炸结构示意图。
图4为图3A所示的电压调节模块的等效电路图。
图5为图3A所示的电压调节模块的第一面设置塑封层后的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1：电子装置
11：中央处理器
12：习知电压调节模块
13：系统板
14：输出电容
15：印刷电路板
16：磁性组件
2：电压调节模块
21：Dr.MOS
L：电感
Cin：输入电容
Cout：输出电容
SW：第一端
Vin+：正输入端
Vin-：负输入端
Vo+：正输出端
Vo-：负输出端
D：控制电路
PWM1、PWM2：脉宽控制信号
20：印刷电路板组件
30：磁芯组件
30a：表面
30b：第一孔洞
30c：气隙
30d：外环侧壁
30e：内环侧壁
31：环形磁芯
22：印刷电路板
22a：第一面
22b：第二面
22c：侧壁
22d：电镀区块
22e：第二凹槽
221：第一凹槽
221a：底部
221b：容置壁面
222：突出部
223a：第一导接部
224a：第二导接部
225a：第三导接部
23：第一间隙
24：第二间隙
25：塑封层
251：外表面
具体实施方式
体现本案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。应理解的是本案能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本案的范围，且其中的说明及图式在本质上系当作说明的用，而非用于限制本案。
请参阅图3A、图3B、图3C及图4，其中图3A为本案第一较佳实施例的电压调节模块的结构示意图，图3B为图3A所示的电压调节模块的另一视角的结构示意图，图3C为图3B所示的电压调节模块的爆炸结构示意图，图4为图3A所示的电压调节模块的等效电路图。如图所示，本实施例的电压调节模块2可应用在电子装置内，并与电子装置内的系统板(未图标)以焊接方式连接，且电压调节模块2更为至少一相降压转换电路。在电路结构上，电压调节模块2包含至少一开关电路，例如驱动器金氧半场效应晶体管单元21(Driver and Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；Dr.MOS，后面简称Dr.MOS 21)、至少一电感L、至少一输入电容Cin以及至少一输出电容Cout。而为了满足电子装置内的中央处理器的大电流需求，本实施例的电压调节模块2可为多相降压转换电路，以有效地增大电压调节模块2的输出电流能力，例如图4所示，本实施例的电压调节模块2为两相降压转换电路，而对应电压调节模块2为两相降压转换电路，电压调节模块2包含两个Dr.MOS 21及两个电感L。
每一Dr.MOS 21串联连接于对应的电感L的第一端SW而构成一相Buck电路，而两相Buck电路的第一端并联电性连接后与电压调节模块2的输入电容Cin电性连接，以构成电压调节模块2的输入端(包含正输入端Vin+与负输入端Vin-)，而两相Buck电路的第二端(即每一电感L的第二端)并联电性连接后与输出电容Cout电性连接，以构成电压调节模块2的输出端(包含正输出端Vo+与负输出端Vo-，其中负输入端Vin-与负输出端Vo-为短路相接)。输出电容Cout的第一端可构成电压调节模块2的正输出端Vo+，输出电容Cout的第二端可构成电压调节模块2的负输出端Vo-。输入电容Cin的第一端系与电压调节模块2的正输入端Vin+电性连接，输入电容Cin的第二端系与电压调节模块2的负输入端Vin-电性连接。
于一些实施例中，Dr.MOS 21包含晶体管开关及用来驱动晶体管开关的驱动器。电压调节模块2还包含控制电路D，控制电路D通过采样电压调节模块2的输出电压和各相Buck电路的输出电流而产生两组脉宽控制信号PWM1及PWM2，其中两组脉宽控制信号错相180度，且脉宽控制信号PWM1用来控制其中一相buck电路，脉宽控制信号PWM2用来控制另一相Buck电路。
在本实施例中，电压调节模块2包含印刷电路板组件20及磁芯组件30(如图3C所示)。印刷电路板组件20包含印刷电路板22及至少一Dr.MOS21。印刷电路板22包含相对的第一面22a与第二面22b、第一凹槽221以及至少一突出部222。印刷电路板22的第一面22a可供所有的Dr.MOS 21和所有的输入电容Cin通过焊锡焊接方式或者导电胶黏贴方式进行设置(如图3A所示)，且所有的输入电容Cin更与Dr.MOS 21电性连接。此外，于一些实施例中，两个Dr.MOS 21在第一面22a上的设置方向相反，使得两个Dr.MOS 21的输入电压脚位相邻，而所有输入电容Cin更可设置于两个Dr.MOS 21之间，使得该两个Dr.MOS 21的输入电压脚位共享该些输入电容Cin，以此使得该两个Dr.MOS 21的输入电压脚位就近电性连接，并减少输入电容Cin的个数。于一些实施例中，印刷电路板组件20还可包含供电滤波电容(未图标)，设置于印刷电路板22的第一面22a上，用以对Dr.MOS 21的驱动供电。
印刷电路板22的第一凹槽221系由印刷电路板22的第二面22b，例如印刷电路板22的第二面22b的中间区域，以铣削方式内凹所形成。印刷电路板22更在以铣削方式形成第一凹槽221时形成位于第一凹槽221内的至少一突出部222，其中突出部222的一端面可构成第二面22b的一部分，且位于第二面22b的中心位置，而突出部222因由印刷电路板22所构成而其内部具有布线。此外，印刷电路板22的第二面22b可包含电压调节模块2的正输出端导接部、正输入端导接部及负输出端导接部。于一些实施例中，印刷电路板22可选择具一定厚度，例如为3mm，的电路板，以便形成第一凹槽221。
磁芯组件30设置于印刷电路板22的第二面22b的第一凹槽221内，且包含一表面30a及至少一第一孔洞30b。于磁芯组件30设置于印刷电路板22的第二面22b的第一凹槽221内时，磁芯组件30的表面30a与印刷电路板22的第二面22b共平面或者低于印刷电路板22的第二面22b。磁芯组件30的每一第一孔洞30b与对应的突出部222相对设置，以于磁芯组件30设置于印刷电路板22的第二面22b的第一凹槽221内时，供对应的突出部222穿设，使每一突出部222可与磁芯组件30相互配合而形成电感L。而于本实施例中，由于电压调节模块2为两相降压转换电路，故印刷电路板22包含两个突出部222。此外，磁芯组件30可由至少一环形磁芯31所构成，其中对应于电压调节模块2为两相降压转换电路，故磁芯组件30包含两个环形磁芯31，每一环形磁芯31包含对应的第一孔洞30b，两个突出部222系分别穿设对应的第一孔洞30b，每一突出部222分别与对应的环形磁芯31相互配合而形成一个电感L。
由上可知，由于本案的电压调节模块2的Dr.MOS 21与磁芯组件30分别设置于印刷电路板22的相对两面，且采用印刷电路板22的突出部222作为电感绕组，并与磁芯组件30一同构成电感L的方式，可以有效减小磁芯组件30的厚度与大小，同时将磁芯组件30容置于印刷电路板22的第一凹槽221内，因此本案的电压调节模块2的高度仅为印刷电路板22与Dr.MOS21之间的高度总和，故相较于习知电压调节模块的高度，本案的电压调节模块2的尺寸可进一步缩小。
于本实施例中，每一突出部222的表面包含导接部222a，印刷电路板22的正输出端导接部可由两个突出部222的导接部222a所构成。印刷电路板22上的正输入端导接部由两个第一导接部223a所构成，且两个第一导接部223a系以两个突出部222之间的中心位置的两边而对称地设置于印刷电路板22的第二面22b上，并与两个突出部222之间的区域相邻。印刷电路板22上的负输出端导接部可由两个第二导接部224a所构成，其中印刷电路板22的第二面22b上具有四个端角，且对称于第二面22b的中心点的其中两个相对的端角形成第一对角线，对称于第二面22b的中心点的另外两个相对的端角形成第二对角线，负输出端导接部的两个第二导接部224a设置于印刷电路板22的第二面22b的第一对角线的两个端角上，且位于突出部222的两边。此外，印刷电路板22的第二面22b上还包含两个信号端，两个信号端设置于印刷电路板22的第二面22b的第二对角线的两个端角上，当电压调节模块2与系统板焊接连接时，电压调节模块2可利用两个信号端与系统板进行信号传递，而每一信号端可由一个第三导接部225a或由相间隔的多个第三导接部225a所构成(例如图3B及3C所示)。
在本实施例中，电压调节模块2可利用印刷电路板22的第二面22b上的正输出端导接部、正输入端导接部、负输出端导接部以及信号端而与系统板进行焊接，即利用印刷电路板22上设置于两个突出部222表面的两个导接部222a、两个第一导接部223a、两个第二导接部224a及多个第三导接部225a与系统板进行焊接，且由于本案的电压调整模块2系利用两个导接部222a、两个第一导接部223a、两个第二导接部224a及多个第三导接部225a与系统板进行焊接，以此来解决垂直供电结构中，电压调节模块2与系统板的电气连接，并简化导接部的设计，减小电压调节模块2的尺寸。
于一些实施例中，电压调节模块2的印刷电路板22还包含侧壁22c，介于第一面22a及第二面22b之间，侧壁22c上包含以电镀形成的多个电镀区块22d，每一电镀区块22d的位置系与正输入端导接部的两个第一导接部223a、负输出端导接部的两个第二导接部224a及信号端的多个第三导接部225a中的每一导接部的位置相对应，因此当电压调节模块2的正输入端导接部的两个第一导接部223a、负输出端导接部的两个第二导接部224a及信号端的多个第三导接部225a与系统板进行回流焊接时，每一电镀区块22d可提供侧面爬锡，以提升电压调节模块2与系统板之间的焊接强度。
于一些实施例中，如图3C所示，印刷电路板22的第二面22b的第一凹槽221包含一底部221a及一容置壁面221b，第一凹槽221的底部221a系可暴露出印刷电路板22内部的铜层，而第一凹槽221的容置壁面221b系包含以电镀形成的电镀层，因此，当磁芯组件30设置于印刷电路板22的第一凹槽内221时，可利用第一凹槽221的底部221a所暴露出的铜层及容置壁面221b所包含的电镀层加强磁芯组件30的散热能力。
于一些实施例中，磁芯组件30还包含至少一气隙30c，例如图3B及图3C所示，磁芯组件30包含两个气隙30c，两个气隙30c分别形成于对应的环形磁芯31上而位于磁芯组件30的相对两侧。此外，印刷电路板22的侧壁22c还包含至少一第二凹槽22e，例如图3C所示，印刷电路板22的侧壁22c包含两个第二凹槽22e，每一第二凹槽22e系由印刷电路板22的第二面22b内凹所形成，且每一第二凹槽22e的形成位置与气隙30c的位置相对应，且分别与第一凹槽221相连通，而通过第二凹槽22e，可使印刷电路板22的第一凹槽221的铣削加工更为方便，同时第二凹槽22e亦可形成气流流道而可加强磁芯组件30的散热能力。又于一些实施例中，磁芯组件30的两个环形磁芯31可为一体成型，但不以此为限，两个环形磁芯31亦可分别为独立的组件，并以相互组装方式形成磁芯组件30。
于本实施例中，磁芯组件30的第一孔洞30b的形状为圆形，而穿设第一孔洞30b的突出部222亦对应为圆形，然而并不以此为限，第一孔洞30b的形状亦可为方形或任意形状，突出部222的形状亦对应于第一孔洞30b的形状而有不同的实施态样，此外，磁芯组件30的外环侧壁30d的形状为圆形，当然也可为方形或任意形状，而印刷电路板22的第一凹槽221的容置壁面221b的形状则对应于磁芯组件30的形状，使得磁芯组件30可与印刷电路板22的第一凹槽221紧密贴合。
于一些实施例中，磁芯组件30的外环侧壁30d上可包含涂层胶，用以吸收印刷电路板22形变时对磁芯组件30造成的拉力与压力。此外，磁芯组件30还可利用导热胶固设于第一凹槽221的底部221a，借此增加磁芯组件30的散热能力。更甚者，于其它实施例中，磁芯组件30的外环侧壁30d与第一凹槽221的容置壁面221b之间可具有第一间隙23，磁芯组件30的内环侧壁30e与对应的突出部222之间可具有第二间隙24，而电压调节模块2还可包含底胶(underfill)，底胶填充于第一间隙23及第二间隙24内，使得磁芯组件30利用底胶与印刷电路板22相接触，借此利用底胶而增加磁芯组件30与印刷电路板22之间的接触面积，并进而增加磁芯组件30的散热能力。
请参阅图5，其为图3A所示的电压调节模块的第一面设置塑封层后的结构示意图。如图所示，于其它实施例中，本案的电压调节模块2还可包含塑封层25。塑封层25设置于印刷电路板22的第一面22a上，用以将印刷电路板22的第一面22a上连同所有Dr.MOS 21和所有的输入电容Cin和供电滤波电容塑封成一体，其中塑封层25的外表面251为一平面，外表面251可与电子装置的机壳或散热片相贴合而固接，且由于外表面251为平面，故增大了与机壳或散热片的接触面积，如此一来，不但有利于减小散热热阻而提升电压调节模块2的散热能力，更可以平均分配来自机壳的压力，增强印刷电路板组件20的抗压能力。更甚者，当塑封层25塑封了印刷电路板22的第一面22a、所有的Dr.MOS 21和所有的输入电容Cin和供电滤波电容后，可以对塑封层25的外表面251进行打磨，使每一个Dr.MOS 21的表面露出于塑封层25的外表面251，进而可通过散热片或者直接与电子装置的机壳贴合，如此一来，有利于进一步减小热阻，增强散热效果。
更甚者，本实施例的电压调节模块2利用一面塑封，铣削印刷电路板22的第二面22b产生第一凹槽221放置磁芯组件30，并通过设置于印刷电路板22的第二面22b的导接部与系统板焊接的方式，可防止电压调节模块2内部的元器件在电压调整模块2与系统板焊接或者在系统板上焊接其它元器件时因为受热而脱落或移位，故本案的电压调节模块2在生产应用中的装配流程可以简化。
综上所述，由于本案的电压调节模块的Dr.MOS与磁芯组件分别设置于印刷电路板的相对两面，且采用印刷电路板的突出部作为电感绕组，并与磁芯组件一同构成电感的方式，可以有效减小磁芯组件的厚度与大小，同时将磁芯组件容置于印刷电路板的第一凹槽内，因此本案的电压调节模块的高度仅为印刷电路板与Dr.MOS之间的高度总和，故相较于习知电压调节模块的高度，本案的电压调节模块的尺寸可进一步缩小，此外，电压调节模块可利用将第一面塑封，磁芯组件容置于印刷电路板的第二面的第一凹槽内，防止电压调节模块内部的元器件在电压调整模块与系统板焊接时因为受热而脱落或移位，故本案的电压调节模块在生产应用中的装配流程可以简化。

Claims (16)

1.一种电压调节模块，包含：
一印刷电路板组件，包含一印刷电路板及至少一开关电路，该印刷电路板包含相对的一第一面与一第二面、一第一凹槽以及至少一突出部，该第一凹槽由该第二面内凹所形成，该突出部形成于该第一凹槽内，且该突出部内部具有布线，该第二面上包含该电压调节模块的一正输入端导接部、一正输出端导接部以及一负输出端导接部，该开关电路设置于该印刷电路板的该第一面上；以及
一磁芯组件，容置于该第一凹槽内，该磁芯组件还包含至少一第一孔洞，每一该第一孔洞供对应的该突出部穿设，使至少一该突出部与该磁芯组件相互配合而形成至少一个电感。
2.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该突出部的一导接部构成该正输出端导接部。
3.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该印刷电路板组件包含介于该第一面以及该第二面之间的一侧壁，该侧壁上包含以电镀形成的多个电镀区块，每一该电镀区块的位置与该正输入端导接部及该负输出端导接部中的每一该导接部的位置相对应。
4.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该第一凹槽的一底部暴露出该印刷电路板的一铜层，该第一凹槽的一容置壁面包含以电镀形成的一电镀层。
5.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该磁芯组件的一表面上包含一涂层胶。
6.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该磁芯组件利用一导热胶固设于该第一凹槽内。
7.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该磁芯组件的一表面与该第一凹槽的一容置壁面之间具有一第一间隙，该磁芯组件的一内环侧壁与该突出部之间具有一第二间隙，该电压调节模块包含一底胶，该底胶填充于该第一间隙及该第二间隙内。
8.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该电压调节模块包含一塑封层，设置于该印刷电路板的该第一面上，用以将该第一面及该开关电路塑封成一体，其中该塑封层的一外表面为一个平面。
9.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该印刷电路板组件包含两个该开关电路，该印刷电路板包含两个该突出部，该磁芯组件包含两个该第一孔洞，每一该突出部分别穿设对应的该第一孔洞，以与该磁芯组件相互配合而形成对应的该电感，且每一该开关电路串联连接于对应的该电感而构成一相电路。
10.如权利要求9所述的电压调节模块，其中两个该突出部位于该第二面的中心位置，该负输出端导接部由两个该导接部构成，且该两个负输出端导接部分别放置于两个该突出部各自中心点的连线所在直线两侧。
11.如权利要求10所述的电压调节模块，其中该正输入端导接部由两个导接部所构成，该两个正输入端导接部设置于该突出部的中心位置的两边。
12.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该磁芯组件还包含至少一气隙。
13.如权利要求12所述的电压调节模块，其中该印刷电路板的一侧壁包含至少一第二凹槽，该第二凹槽由该第二面内凹所形成，且与该气隙的位置相对应，并与该第一凹槽相连通。
14.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该第二面还包含两个信号端。
15.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该磁芯组件为一体成型，且包含两个环形磁芯。
16.如权利要求1所述的电压调节模块，其中该电压调节模块包含一输入电容，设置于该第一面上，且位于两个该开关电路之间。
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