CN112448591B - 功率模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种功率模块，包括变压器、第一开关单元和第二开关单元；变压器包括磁芯和包覆在磁芯的绕线柱上的平绕式绕组；平绕式绕组包括第一绕组，第一绕组的第一端和第一开关单元电连接且位于绕线柱的第一侧面上，沿垂直于第一侧面的方向看，第一开关单元、第一绕组的第一端和绕线柱在第一侧面上的投影有重叠；第一绕组的第二端和第二开关单元电连接且位于绕线柱的第二侧面上，沿垂直于第二侧面的方向看，第二开关单元、第一绕组的第二端和绕线柱在第二侧面上的投影有重叠。本申请提供的功率模块降低了绕组损耗，减少了功率模块的占地面积，提高了散热效果。

Description

功率模块

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种功率模块。

背景技术

随着人类对智能生活要求的提升，社会对数据处理的需求日益旺盛。全球在数据处理上的能耗，平均每年达到数千亿甚至数万亿度；而一个大型数据中心的占地面积可以达到数万平方米。因此，高效率和高功率密度，是这一产业健康发展的关键指标。数据中心的关键单元是服务器，其主板通常由中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、芯片组(Chipsets)、内存等数据处理芯片和它们的供电电源及必要外围组件组成。

随着单位体积服务器处理能力的提升，意味着这些处理芯片的数量、集成度也在提升，导致空间占用和功耗的提升。因此，为这些芯片供电的电源(因为与数据处理芯片同在一块主板上，又称主板电源)，就被期望有更高的效率，更小的体积和更高的功率密度，来支持整个服务器乃至整个数据中心的节能和占地面积缩小的要求。

针对低压大电流应用的功率模块，其中的变压器一般有两种方案，第一种为基于立绕式绕组(edgewise-wound winding)的变压器。立绕式绕组是指绕组面垂直于绕线柱轴向方向的绕组。典型地，这类变压器的绕组会采用多层印制电路板(Printed CircuitBoard,PCB)，然后在PCB上设置有开孔，磁芯磁柱穿过开孔。这种立绕式绕组的占地面积往往较大，且存在绕组内外侧的电流分配不均的问题。另一种变压器方案为基于平绕式绕组(flatwise-wound winding)的变压器，平绕式绕组是指绕组面平行于绕线柱轴向方向的绕组。平绕式绕组一般都会有较高的空间利用率，变压器的体积可以比PCB变压器小。但是，在平绕式变压器中，由于绕组铜箔的宽度往往较大，如何实现绕组和其他器件之间的低损耗连接挑战很大。在低电压，大电流，高频的电源模块中，二次侧绕组的匝数通常已经只有一匝，绕组和器件之间的不理想连接导致的额外损耗在模块总损耗中的占比越来越高。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术的功率模块，实为目前迫切的需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种功率模块。

本申请提供的功率模块，包括：变压器、第一开关单元和第二开关单元；

所述变压器包括磁芯和平绕式绕组，所述平绕式绕组包覆在所述磁芯的绕线柱上；

所述平绕式绕组包括第一绕组，所述第一绕组的第一端电连接所述第一开关单元的第一端，所述第一绕组的第二端电连接所述第二开关单元的第一端；

其中，所述第一绕组的第一端和所述第一开关单元位于所述绕线柱的第一侧面上，且沿垂直于所述第一侧面的方向看，所述第一开关单元、所述第一绕组的第一端和所述绕线柱在所述第一侧面上的投影有重叠；

所述第一绕组的第二端和所述第二开关单元位于所述绕线柱的第二侧面上，且沿垂直于所述第二侧面的方向看，所述第二开关单元、所述第一绕组的第二端和所述绕线柱在所述第二侧面上的投影有重叠。

在一种可选的方式中，所述第一侧面平行于所述第二侧面，且所述第一侧面和所述第二侧面均位于所述磁芯的绕线窗口的外部。

在一种可选的方式中，所述第一侧面垂直于所述第二侧面，且所述第一侧面和所述第二侧面均位于所述磁芯的绕线窗口的外部

在一种可选的方式中，所述功率模块还包括滤波电容、功率端子和接地端子；所述滤波电容的第一端电连接所述功率端子，所述滤波电容的第二端电连接所述接地端子。

在一种可选的方式中，所述第一绕组包括第一子绕组和第二子绕组；所述第一子绕组和所述第二子绕组串联连接的连接点电连接所述功率端子；所述第一开关单元的第二端和所述第二开关单元的第二端电连接所述接地端子。

在一种可选的方式中，所述第一子绕组包括通过第一连接柱电连接的一部分第一层导体箔和一部分第二层导体箔，所述第二子绕组包括通过第二连接柱电连接的另一部分第一层导体箔和另一部分第二层导体箔；其中，所述第二层导体箔包覆所述第一层导体箔，且所述第一绕组的第一端和所述第一绕组的第二端均位于所述第二层导体箔上。

在一种可选的方式中，所述平绕式绕组还包括第二绕组，所述第二绕组包括第三层导体箔；所述第三层导体箔位于所述第一层导体箔和所述第二层导体箔之间，且所述第三层导体箔上设置有用于所述第一连接柱和所述第二连接柱穿过的避让孔。

在一种可选的方式中，还包括载板，所述功率模块的功率端子和接地端子均设置于所述载板上。

在一种可选的方式中，所述第二开关单元焊接于所述载板的下表面，所述变压器位于所述载板的上表面；所述第二开关单元通过所述载板的导电布线层与所述第一绕组的第二端电连接。

在一种可选的方式中，所述第二开关单元内埋于所述载板，所述变压器位于所述载板的上表面；所述第二开关单元通过所述载板的导电布线层与所述第一绕组的第二端电连接。

在一种可选的方式中，所述变压器内埋于所述载板，所述第一开关单元位于所述载板的上表面，所述第二开关单元位于所述载板的下表面；其中，所述第一开关单元焊接于位于所述载板上表面的第一绕组的第一端，或者通过所述载板的导电布线层与所述第一绕组的第一端电连接；所述第二开关单元焊接于位于所述载板下表面的第一绕组的第二端，或者通过所述载板的导电布线层与所述第一绕组的第二端电连接。

在一种可选的方式中，所述第一绕组的第一端包括多个线性排布的焊盘，所述第一绕组的第二端包括多个线性排布的焊盘。

在一种可选的方式中，所述平绕式绕组电镀或化学镀在所述磁芯上；

所述平绕式绕组和所述绕线柱之间设置有绝缘层，所述平绕式绕组中的各层导体箔之间设置有绝缘层。

在一种可选的方式中，所述磁芯还包括连接部，所述连接部连接所述绕线柱形成闭合磁路。

在一种可选的方式中，所述第一开关单元包括多个并联连接的开关管，所述第二开关单元包括多个并联连接的开关管。

在一种可选的方式中，所述第一绕组包括设置于所述绕线柱最外层的外层导体箔，所述第一绕组的第一端和所述第一绕组的第二端均从所述外层导体箔引出；所述第一开关单元中单个开关管的宽度小于所述外层导体箔的宽度，所述第二开关单元中单个开关管的宽度小于所述外层导体箔的宽度。

在一种可选的方式中，所述功率模块的滤波电容中，一部分所述滤波电容设置于所述第一侧面上，另一部分所述滤波电容设置于所述第二侧面上。

在一种可选的方式中，所述功率模块的滤波电容中，一部分所述滤波电容堆叠设置于所述第一开关单元上，另一部分所述滤波电容堆叠设置于所述第二开关单元上。

在一种可选的方式中，所述第一开关单元包括第一开关管和第三开关管，所述第二开关单元包括第二开关管和第四开关管；

所述第一绕组的第一端与所述第一开关管的第二端和所述第三开关管的第一端电连接，所述第一绕组的第二端与所述第二开关管的第二端和所述第四开关管的第一端电连接；

所述第一开关管的第一端和所述第二开关管的第一端电连接所述功率端子，所述第三开关管的第二端和所述第四开关管的第二端电连接所述接地端子。

在一种可选的方式中，所述功率模块还包括整流电感，所述第一开关单元包括第一开关管，所述第二开关单元包括第二开关管；

所述第一绕组的第一端与所述第一开关管的第一端及所述整流电感的第一端电连接，所述第一绕组的第二端与所述第二开关管的第一端电连接；

所述整流电感的第二端电连接所述功率端子，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第二端电连接所述接地端子。

本申请提供的功率模块，第一绕组的第一端和第一开关单元位于绕线柱的第一侧面上，且沿垂直于第一侧面的方向看，第一开关单元、第一绕组的第一端和绕线柱在所述第一侧面上的投影有重叠；第一绕组的第二端和第二开关单元位于绕线柱的第二侧面上，且沿垂直于第二侧面的方向看，第二开关单元、第一绕组的第二端和绕线柱在所述第二侧面上的投影有重叠。第一绕组的第一端和第一开关单元堆叠设置于绕线柱的第一侧面的正上方，第一绕组的第二端和第二开关单元堆叠设置于绕线柱的第二侧面的正上方，缩短了绕组和开关单元之间的连接路径，降低了连接损耗，提高了功率模块的效率。此外，绕线柱的第一侧面与第二侧面为不同的侧面，将第一开关单元和第二开关单元设置于绕线柱的不同侧，减少了功率模块的占地面积，且提高了散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的功率模块的结构示意图；

图2为图1所示的功率模块的俯视图；

图3为图1所示的功率模块的仰视图；

图4为图1所示提供的功率模块的截面图；

图5为一功率模块的结构示意图；

图6为本申请实施例一提供的平绕式绕组的结构示意图；

图7为本申请实施例一提供的第一绕组的结构示意图；

图8为本申请实施例一提供的第一层导体箔的结构示意图；

图9为本申请实施例一提供的第二层导体箔的结构示意图；

图10为本申请实施例一提供的第三层导体箔的结构示意图；

图11为本申请实施例一提供的功率模块的电路原理图；

图12为本申请实施例二提供的功率模块的结构示意图；

图13为本申请实施例三提供的功率模块的结构示意图；

图14为本申请实施例四提供的功率模块的结构示意图；

图15为本申请实施例五提供的功率模块的电路原理图；

图16为本申请实施例五提供的功率模块的结构示意图；

图17为本申请实施例六提供的功率模块的电路原理图；

图18为本申请实施例六提供的功率模块器的结构示意图。

附图标记：

1，2，3，4，5，6，10-功率模块；

100-变压器；

110-磁芯；

111-连接部；

112-绕线窗口；

120-绕线柱；

121-第一侧面；

122-第二侧面；

130-平绕式绕组；

131-第一层导体箔；

132-第二层导体箔；

133-第三层导体箔；

134-避让孔；

135-第一连接柱；

136-第二连接柱；

200-第一开关单元；

300-第二开关单元；

400-载板；

Vo-功率端子；

GND-接地端子。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本申请实施例一提供的功率模块的结构示意图，图2为图1所示的功率模块的俯视图，图3为图1所示的功率模块的仰视图，图4为图1所示的功率模块的截面图。

参见图1-图4，功率模块1包括变压器100、第一开关单元200和第二开关单元300。变压器100包括磁芯110和平绕式绕组130，平绕式绕组130包覆在磁芯110的绕线柱120上。平绕式绕组130包括第一绕组，第一绕组的第一端D1电连接第一开关单元200的第一端，第一绕组的第二端D2电连接第二开关单元300的第一端。其中，第一绕组的第一端D1和第一开关单元200位于绕线柱120的第一侧面121上，且沿垂直于第一侧面121的方向看，第一开关单元200、第一绕组的第一端D1和绕线柱120在第一侧面121上的投影有重叠。第一绕组的第二端D2和第二开关单元300位于绕线柱120的第二侧面122上，且沿垂直于第二侧面122的方向看，第二开关单元300、第一绕组的第二端D2和绕线柱120在第二侧面122上的投影有重叠。

在功率模块1中，第一绕组的第一端和第一开关单元堆叠设置于绕线柱的第一侧面的正上方，第一绕组的第二端和第二开关单元堆叠设置于绕线柱的第二侧面的正上方，缩短了绕组和开关单元之间的连接路径，降低了连接损耗，提高了功率模块的效率。此外，绕线柱的第一侧面与第二侧面为不同的侧面，将第一开关单元和第二开关单元设置于绕线柱的不同侧，减少了功率模块的占地面积，且提高了散热效果。

一种可选的实施方式中，如图2所示，磁芯110还包括连接部111，连接部111连接绕线柱120形成闭合磁路。磁芯110的绕线柱120可以为I字形，也可以为C字形，绕线柱120通过连接部111可以形成回字形磁芯110，也可以形成环形磁芯110，本申请对磁芯110和绕线柱120的形状均不做限制。磁芯110可以仅包括一个绕线柱120被平绕式绕组130包覆，也可以包括多个绕线柱120分别被平绕式绕组130包覆。示例性的，图2中的磁芯110包括2个绕线柱120，每个绕线柱120均被一平绕式绕组130包覆。本申请实施例对绕线柱的数量不做限制。此外，两个绕线柱120上的平绕式绕组130可以根据需要串联或者并联连接，或者单独工作。

一种可选的实施方式中，平绕式绕组130可以包括多层导体箔，导体箔可以为铜箔或铝箔，本申请实施例对导体箔的材料也不做限制。平绕式绕组130和绕线柱120之间设置有绝缘层，平绕式绕组130中的各层导体箔之间也设置有绝缘层。示例性的，绝缘层的材料可以为陶瓷材料。

一种可选的实施方式中，平绕式绕组130电镀或化学镀在磁芯110上。

一种可选的实施方式中，平绕式绕组130由铜皮通过裁切弯折形成。

一种可选的实施方式中，第一绕组包括位于平绕式绕组130的最外侧的外层导体箔，该第一绕组还可以包括其他层的导体箔。将至少部分第一绕组设置在最外层，可以方便其与开关单元的电连接。

一种可选的实施方式中，第一开关单元200包括多个并联连接的开关管SR1，第二开关单元300包括多个并联连接的开关管SR2。其中，第一开关单元200中开关管SR1的数量和第二开关单元300中开关管SR2的数量相同。示例性的，功率模块1中，第一开关单元200包括八颗并联的开关管SR1，第二开关单元300包括八颗并联的开关管SR2。在其它实施例中，第一开关单元中开关管的数量和第二开关单元中开关管的数量并不限定为八颗，可以按照实际电流大小和单颗开关管的耐电流能力进行设置。示例性的，第一开关单元中开关管的数量为一颗或多颗，第二开关单元中开关管的数量为一颗或多颗。其中，开关管可以包括二极管、金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT)或其它半导体器件。

一种可选的实施方式中，当第一开关单元和第二开关单元均包括多颗开关管时，为了使第一绕组和每颗开关管均电连接，相应的，第一绕组的第一端D1包括多个线性排布的焊盘，第一绕组的第二端D2也包括多个线性排布的焊盘。通过上述焊盘，第一绕组的第一端D1和第一开关单元中的开关管可以低阻抗互联，第一绕组的第二端D2和第二开关单元中的开关管也可以低阻抗互联。

一种可选的实施方式中，第一开关单元中单个开关管的宽度小于外层导体箔的宽度，第二开关单元中单个开关管的宽度小于外层导体箔的宽度。如图3所示，第一绕组的宽度W1可以和开关单元的宽度W2相近，即第一绕组的宽度W1约等于单个开关管的宽度W0的4倍。从而进一步实现绕组的均流。

一种可选的实施方式中，如图1和图4所示，第一绕组的第一端D1设置在绕线柱120的上侧面上，第一开关单元200叠置于第一绕组的第一端D1的上方；第一绕组的第二端D2设置在绕线柱120的下侧面上，第二开关单元300叠置于第一绕组的第二端D2的正下方。在其它实施例中，第一开关单元200和第二开关单元300的设置位置并不仅限于绕线柱120的上侧面上和下侧面上，只要不设置在同一个侧面即可，本申请实施例对此不做限制。由于第一开关单元200和第二开关单元300位于绕线柱120的不同侧面上，因此在选择较多的开关管并联来实现绕组电流的均流时，可以减小绕组的损耗和功率模块的体积。

图5为一功率模块的结构示意图。如图5所示，其中的功率模块10采用单侧设置开关管的结构。如图1所示，功率模块1采用双侧设置开关管的结构。下面通过功率模块10和功率模块1的对比，说明本申请实施例提供的功率模块在损耗降低上的效果。

功率模块10和功率模块1的基本参数相同，其参数如下：输入电压Vin＝54V，输出电压Vout＝4.5V，功率Po＝250W，开关频率为2MHz，一次侧为半桥结构，变压器100的匝比为6:1:1。功率模块10和功率模块1具有相同的占地面积，绕组铜厚t＝70um，绕组宽度W2＝13mm。表1为功率模块10和功率模块1的损耗特征对比表，其采用有限元软件仿真功率模块10和功率模块1的绕组及连接部分的交流电阻。其中，Rac_1st为二次侧绕组Sec短路情况下，一次侧绕组Pri端口测得的2MHz下的交流电阻，RDC为二次侧绕组Sec的直流电阻，Rac_2nd为二次侧绕组Sec在4MHz下的交流电阻，Pcu为半载125W情况下绕组和连接的总损耗。

表1

通过表1可知，相比功率模块10，在确保相同的占地面积下，功率模块1的绕组损耗和连接损耗下降了约32.2％。在功率模块1中，由于开关单元设置在绕线柱120的不同侧，进一步缩短了绕组和开关单元之间的连接路径，从而降低了绕组的连接损耗。

同时，在进行散热设计时，半导体开关管往往是功率模块中的主要热源。在功率模块10中，将第一开关单元200和第二开关单元300设置在变压器100的绕线柱120的同一侧，只能通过单面散热。而本申请实施例一提供的功率模块1，由于将第一开关单元200和第二开关单元300分别设置在绕线柱120的两侧，开关管形成的热源也被有效的分散在两侧，进而可以通过双面散热，实现更高的功率密度。

图6为本申请实施例一提供的平绕式绕组的结构示意图，图7为本申请实施例一提供的第一绕组的结构示意图，图8为本申请实施例一提供的第一层导体箔的结构示意图，图9为本申请实施例一提供的第二层导体箔的结构示意图，图10为本申请实施例一提供的第三层导体箔的结构示意图。

如图6-图10所示，平绕式绕组130可以包括三层导体箔。其中，图8为第一层导体箔131，图9为第二层导体箔132，图10为第三层导体箔133。其中，第二层导体箔132包覆第一层导体箔131，第一层导体箔131和第二层导体箔132共同作为变压器的第一绕组；第三层导体箔133位于第一层导体箔131和第二层导体箔132之间，作为变压器的第二绕组。值得说明得是，此处所说的包覆代表至少部分包覆，即其可以代表完全包覆，也可以代表部分包覆。

一种可选的实施方式中，如图4、图7所示，第一绕组包括第一子绕组Sec1和第二子绕组Sec2，第一子绕组Sec1包括通过第一连接柱135电连接的一部分第一层导体箔131和一部分第二层导体箔132，第二子绕组Sec2包括通过第二连接柱136电连接的另一部分第一层导体箔131和另一部分第二层导体箔132。图4中的黑色线代表第一子绕组Sec1，双划线代表第二子绕组Sec2。第一绕组的第一子绕组Sec1和第二子绕组Sec2绕设于同一个绕线柱120，且相互重叠，使得第一子绕组和第二子绕组之间的漏感较小，有利于降低整流器件的损耗，进而提高功率模块的效率。在其它实施例中，第一子绕组Sec1可由第一层导体箔形成，第二子绕组Sec2可由第二层导体箔形成。在其它实施例中，第一绕组可以由多层导体箔组合形成，也可以由一层导体箔形成，本申请实施例对于第一绕组中包括的导体箔的层数不做限制。

一种可选的实施方式中，第一绕组包括设置于绕线柱120最外层的外层导体箔，第一绕组的第一端D1和第一绕组的第二端D2均从外层导体箔引出。如图6所示，第一绕组的第一端D1和第一绕组的第二端D2均位于第二层导体箔132上。这样可以方便开关管与绕组的连接，缩短连接线路，减少连接损耗。

一种可选的实施方式中，第三层导体箔133上设置有用于第一连接柱和第二连接柱穿过的避让孔134，且该第二绕组的匝数为6。在其它实施例中，第二绕组可以设置在第一绕组的内侧或外侧，或者设置在其它的绕线柱上；且该第二绕组的匝数也可以为其他值。本申请实施例对于第二绕组的位置和匝数不做限制。

图11为本申请实施例一提供的功率模块的电路原理图。如图11所示，功率模块1包括变压器100、第一开关单元200和第二开关单元300。变压器100包括第一绕组和第二绕组，第一绕组作为变压器100的二次侧绕组Sec，第二绕组作为变压器100的一次侧绕组Pri。第一绕组的第一端D1与第一开关单元200电连接，第一绕组的第二端D2与第二开关单元300电连接。在其它实施例中，第一绕组也可以为变压器的一次侧绕组，第二绕组为变压器的二次侧绕组，开关单元形成一次侧的开关电路。

一种可选的实施方式中，功率模块1还包括滤波电容C、功率端子Vo和接地端子GND。滤波电容C的第一端电连接功率端子Vo，滤波电容C的第二端电连接接地端子GND。

一种可选的实施方式中，第一绕组包括第一子绕组Sec1和第二子绕组Sec2。第一子绕组Sec1和第二子绕组Sec2串联连接的连接点电连接功率端子Vo，第一开关单元200的第二端和第二关单元300的第二端电连接接地端子GND。

一种可选的实施方式中，如图1所示，功率模块1还包括载板400，功率模块1的功率端子Vo、接地端子GND和滤波电容C均设置于载板400上。在其它实施例中，功率模块的信号端子也可以设置在载板上。

一种可选的实施方式中，滤波电容C也可以设置于磁芯绕线柱的不同侧面上，类似于第一开关单元和第二开关单元的设置方式。具体地说，滤波电容也往往是由多颗电容并联实现的，此时，可将一部分滤波电容设置于磁芯绕线柱的第一侧面上，比如设置于第一开关单元所在的平面上；另一部分滤波电容设置于磁芯绕线柱的第二侧面上，比如设置于第二开关单元所在的平面上。这种设置方式使得滤波电容、开关单元和变压器绕组构成的输出回路更紧凑，连接损耗更小。进一步地，还可将一部分滤波电容堆叠设置于第一开关单元上，另一部分滤波电容堆叠设置于第二开关单元上。

一种可选的实施方式中，如图1所示，第一侧面121平行于第二侧面122，且第一侧面121和第二侧面122均位于磁芯110的绕线窗口的外部。具体地，功率模块1中的第一开关单元200位于绕线柱120的上侧面上，第一开关单元200直接焊接于第一绕组的第一端D1。第二开关单元300位于绕线柱120的下侧面上，且第二开关单元300焊接于载板400的下表面，变压器100位于载板400的上表面。第二开关单元300通过载板400的导电布线层与第一绕组的第二端D2电连接，其中，导电布线层可包括过孔、焊盘等。

图12为本申请实施例二提供的功率模块的结构示意图。如图12所示，该实施例中的功率模块2与实施例一中的功率模块1结构类似，主要区别在于，在功率模块2中，第二开关单元300内埋于载板400，变压器100位于载板400的上表面；第二开关单元300通过载板400的导电布线层与第一绕组的第二端D2电连接，其中，导电布线层可包括过孔、焊盘等。第二开关单元300通过载板400与变压器100的绕组端子电连接，使功率模块节省一层载板400的高度，可以进一步降低功率模块的高度。

图13为本申请实施例三提供的功率模块的结构示意图。如图13所示，该实施例中的功率模块3与实施例一中的功率模块1结构类似，主要区别在于，在功率模块3中，变压器100内埋于载板400，第一开关单元位于载板的上表面，第二开关单元位于载板的下表面。在实际应用时，可以有两种实现方式：第一种方式，先完成变压器100的制造，包括磁芯和绕组，然后将变压器内埋于载板400；第二种方式，先将磁芯内埋于载板，然后基于载板完成变压器绕组的制作。不管哪种方式，最后，第一绕组的第一端D1都引出至载板400的上表面，第一绕组的第二端D2引出至载板400的下表面。第一开关单元200直接焊接于位于载板400的上表面的第一绕组的第一端D1，第二开关单元300直接焊接于位于载板400的下表面的第一绕组的第二端D2。另一种可选的实施方式中，变压器100完全内埋于载板400，第一绕组的第一端D1通过导电布线层引出至载板400的上表面，第一绕组的第二端D2通过导电布线层引出至载板400的下表面；第一开关单元200通过载板400的导电布线层与第一绕组的第一端D1电连接，第二开关单元300通过载板400的导电布线层与第一绕组的第二端D2电连接。其中，导电布线层可包括过孔、焊盘等。由于将变压器100内埋于载板400中，可以使功率模块节省一层载板400的高度，可以进一步降低功率模块的高度。

图14为本申请实施例四提供的功率模块的结构示意图。如图14所示，该实施例中的功率模块4与实施例一中的功率模块1结构类似，主要区别在于，第一绕组的第一端D1和第一开关单元200的设置位置不同。在功率模块4中，第一绕组的第一端D1和第一开关单元200位于绕线柱120的第一侧面121上，第一绕组的第二端D2和第二开关单元300位于绕线柱120的第二侧面122上。第一侧面121垂直于第二侧面122，且第一侧面121和第二侧面122均位于磁芯110的绕线窗口的外部。值得说明的是，将开关单元设置于绕线窗口的外部，更方便安装固定，且利于散热。但在其它实施例中，开关单元也可以位于绕线窗口的内部，更加节省空间，减小功率模块的体积。

具体地，在图14的视角下，第一开关单元200位于左侧绕线柱的左侧面上和右侧绕线柱的右侧面上，第二开关单元300位于绕线柱的下侧面上。即两个开关单元分别设置在两个相邻的侧面上。第一开关单元200可直接焊接在第一绕组的第一端D1。第二开关单元300焊接于载板400的下表面，变压器100位于载板400的上表面；第二开关单元300通过载板400的导电布线层与第一绕组的第二端D2电连接，其中，导电布线层可包括过孔、焊盘等。相比于功率模块1，功率模块4具有更低的高度。

图15为本申请实施例五提供的功率模块的电路原理图，图16为本申请实施例五提供的功率模块的结构示意图。在该实施例的功率模块5中，变压器100的二次侧整流方式为全桥整流。

如图15和图16所示，变压器100的第一绕组指二次侧绕组Sec，第二绕组指原边绕组Pri。第一开关单元包括第一开关管SR1和第三开关管SR3，第二开关单元包括第二开关管SR2和第四开关管SR4。二次侧绕组Sec的第一端D1与第一开关单元的第一端电连接，也即与第一开关管SR1的第二端和第三开关管SR3的第一端电连接；二次侧绕组Sec的第二端D2与第二开关单元的第一端电连接，也即与第二开关管SR2的第二端和第四开关管SR4的第一端电连接。第一开关管SR1的第一端和第二开关管SR2的第一端电连接功率端子Vo，第三开关管SR3的第二端和第四开关管SR4的的第二端电连接接地端子GND。第一开关管SR1和第三开关管SR3设置于绕线柱120的第一侧面121上，第二开关管SR2和第四开关管SR4设置于绕线柱120的第二侧面122上。第一侧面121与第二侧面122分别为相互平行的上表面和下表面。

图17为本申请实施例六提供的功率模块的电路原理图，图18为本申请实施例六提供的功率模块的结构示意图。该实施例中，功率模块6包括正激变换器。

如图17和图18所示，变压器100的第一绕组指二次侧绕组Sec，第二绕组指原边绕组Pri。功率模块6还包括整流电感L，第一开关单元包括第一开关管SR1，第二开关单元包括第二开关管SR2。二次侧绕组Sec的第一端D1与第一开关单元的第一端电连接，也即与第一开关管SR1的第一端及整流电感L的第一端电连接；二次侧绕组Sec的第二端D2与第二开关单元的第一端电连接，也即与第二开关管SR2的第一端电连接。整流电感L的第二端电连接功率端子Vo，第一开关管SR1的第二端与第二开关管SR2的第二端电连接接地端子GND。第一开关管SR1设置于绕线柱120的第一侧面121上，第二开关管SR2设置于绕线柱120的第二侧面122上。第一侧面121与第二侧面122分别为相互平行的上表面和下表面。在其它实施例中，功率模块中的开关单元还可以形成其它的电路。

综上，本申请提供的功率模块，第一绕组的第一端和第一开关单元位于绕线柱的第一侧面上，且沿垂直于第一侧面的方向看，第一开关单元、第一绕组的第一端和绕线柱在第一侧面上的投影有重叠；第一绕组的第二端和第二开关单元位于绕线柱的第二侧面上，且沿垂直于第二侧面的方向看，第二开关单元、第一绕组的第二端和绕线柱在第二侧面上的投影有重叠。第一绕组的第一端和第一开关单元堆叠设置于绕线柱的第一侧面的正上方，第一绕组的第二端和第二开关单元堆叠设置于绕线柱的第二侧面的正上方，缩短了绕组和开关单元之间的连接路径，降低了连接损耗，提高了功率模块的效率。此外，绕线柱的第一侧面与第二侧面为不同的侧面，将第一开关单元和第二开关单元设置于绕线柱的不同侧，减少了功率模块的占地面积，且提高了散热效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (20)

1.一种功率模块，其特征在于，所述功率模块包括变压器、第一开关单元和第二开关单元；

所述变压器包括磁芯和平绕式绕组，所述平绕式绕组包覆在所述磁芯的绕线柱上；

所述平绕式绕组包括第一绕组，所述第一绕组的第一端电连接所述第一开关单元的第一端，所述第一绕组的第二端电连接所述第二开关单元的第一端；

其中，所述第一绕组的第一端和所述第一开关单元位于所述绕线柱的第一侧面上，且沿垂直于所述第一侧面的方向看，所述第一开关单元、所述第一绕组的第一端和所述绕线柱在所述第一侧面上的投影有重叠；

所述第一绕组的第二端和所述第二开关单元位于所述绕线柱的第二侧面上，且沿垂直于所述第二侧面的方向看，所述第二开关单元、所述第一绕组的第二端和所述绕线柱在所述第二侧面上的投影有重叠。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一侧面平行于所述第二侧面，且所述第一侧面和所述第二侧面均位于所述磁芯的绕线窗口的外部。

3.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一侧面垂直于所述第二侧面，且所述第一侧面和所述第二侧面均位于所述磁芯的绕线窗口的外部。

4.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括滤波电容、功率端子和接地端子；

所述滤波电容的第一端电连接所述功率端子，所述滤波电容的第二端电连接所述接地端子。

5.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述第一绕组包括第一子绕组和第二子绕组；

所述第一子绕组和所述第二子绕组串联连接的连接点电连接所述功率端子；

所述第一开关单元的第二端和所述第二开关单元的第二端电连接所述接地端子。

6.根据权利要求5所述的功率模块，其特征在于，所述第一子绕组包括通过第一连接柱电连接的一部分第一层导体箔和一部分第二层导体箔，所述第二子绕组包括通过第二连接柱电连接的另一部分第一层导体箔和另一部分第二层导体箔；

其中，所述第二层导体箔包覆所述第一层导体箔，且所述第一绕组的第一端和所述第一绕组的第二端均位于所述第二层导体箔上。

7.根据权利要求6所述的功率模块，其特征在于，所述平绕式绕组还包括第二绕组，所述第二绕组包括第三层导体箔；

所述第三层导体箔位于所述第一层导体箔和所述第二层导体箔之间，且所述第三层导体箔上设置有用于所述第一连接柱和所述第二连接柱穿过的避让孔。

8.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，还包括载板，所述功率模块的功率端子和接地端子均设置于所述载板上。

9.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述第二开关单元位于所述载板的下表面，所述变压器位于所述载板的上表面；

所述第二开关单元通过所述载板的导电布线层与所述第一绕组的第二端电连接。

10.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述第二开关单元内埋于所述载板，所述变压器位于所述载板的上表面；

所述第二开关单元通过所述载板的导电布线层与所述第一绕组的第二端电连接。

11.根据权利要求8所述的功率模块，其特征在于，所述变压器内埋于所述载板，所述第一开关单元位于所述载板的上表面，所述第二开关单元位于所述载板的下表面；

其中，所述第一开关单元焊接于位于所述载板上表面的第一绕组的第一端，或者通过所述载板的导电布线层与所述第一绕组的第一端电连接；

所述第二开关单元焊接于位于所述载板下表面的第一绕组的第二端，或者通过所述载板的导电布线层与所述第一绕组的第二端电连接。

12.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一绕组的第一端包括多个线性排布的焊盘，所述第一绕组的第二端包括多个线性排布的焊盘。

13.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述平绕式绕组电镀或化学镀在所述磁芯上；

所述平绕式绕组和所述绕线柱之间设置有绝缘层，所述平绕式绕组中的各层导体箔之间设置有绝缘层。

14.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述磁芯还包括连接部，所述连接部连接所述绕线柱形成闭合磁路。

15.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述第一开关单元包括多个并联连接的开关管，所述第二开关单元包括多个并联连接的开关管。

16.根据权利要求15所述的功率模块，其特征在于，所述第一绕组包括设置于所述绕线柱最外层的外层导体箔，所述第一绕组的第一端和所述第一绕组的第二端均从所述外层导体箔引出；

所述第一开关单元中单个开关管的宽度小于所述外层导体箔的宽度，所述第二开关单元中单个开关管的宽度小于所述外层导体箔的宽度。

17.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块的滤波电容中，一部分所述滤波电容设置于所述第一侧面上，另一部分所述滤波电容设置于所述第二侧面上。

18.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块的滤波电容中，一部分所述滤波电容堆叠设置于所述第一开关单元上，另一部分所述滤波电容堆叠设置于所述第二开关单元上。

19.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述第一开关单元包括第一开关管和第三开关管，所述第二开关单元包括第二开关管和第四开关管；

所述第一绕组的第一端与所述第一开关管的第二端和所述第三开关管的第一端电连接，所述第一绕组的第二端与所述第二开关管的第二端和所述第四开关管的第一端电连接；

所述第一开关管的第一端和所述第二开关管的第一端电连接所述功率端子，所述第三开关管的第二端和所述第四开关管的第二端电连接所述接地端子。

20.根据权利要求4所述的功率模块，其特征在于，所述功率模块还包括整流电感，所述第一开关单元包括第一开关管，所述第二开关单元包括第二开关管；

所述第一绕组的第一端与所述第一开关管的第一端及所述整流电感的第一端电连接，所述第一绕组的第二端与所述第二开关管的第一端电连接；

所述整流电感的第二端电连接所述功率端子，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第二端电连接所述接地端子。

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