CN118263005A - 电源模块和供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电源模块，该电源模块包括电感框架、电感绕组、磁性材料和电压转换单元，其中电感框架和所述电感绕组为一体化成型，磁性材料填充于所述电感框架和所述电感绕组之间。电感框架内设有线路层，所述线路层用于传输电感绕组和电压转换单元之间的电流信号。

Description

电源模块和供电系统

技术领域

本申请实施例涉及供电领域，并且更具体地，涉及一种电源模块。

背景技术

随着社会的数字化发展，要求供电电源模块的电流越来越大，当前业内的中小功率和中小电流电源模块的相应技术方案已不能满足大电流电源模块对小面积和高散热的需求。由于目前业内的中小功率和和中小电流电源模块均采用芯片埋嵌器件封装(embedded component package，ECP)技术，即，在ECP基板上背电感器件，将主要的热源芯片包裹在基板内，从而导致散热能力差。且当前电源模块采用埋嵌电感的工艺，埋嵌电感需要基板框架和多层树脂材料压合，尺寸公差要求高，电感加工工艺要求高，难度大，成本高。

因此，本申请旨在提出一种新型的电源模块以来简化电源模块的生产工艺，降低加工成本，增强电源模块的散热能力。

发明内容

本申请实施例提供一种电源模块，以解决现有电源模块生产工艺复杂，加工成本高和散热能力差的问题。

第一方面，本申请提供了一种电源模块，所述电源模块包括电感框架、电感绕组、磁性材料和电压转换单元，所述电压转换单元与所述电感绕组电连接，所述电压转换单元用于对输入到所述电压转换单元的电压进行降压转换，所述电感绕组用于对经过所述电压转换单元降压后的电压进行滤波输出；

所述电感框架和所述电感绕组为一体化成型，所述电感框架和所述电感绕组的材料为铜，所述磁性材料填充于所述电感框架和所述电感绕组之间；

所述电感框架内设有线路层，所述线路层用于传输电感绕组和电压转换单元之间的电流信号。

可选地，所述电源模块还包括：基底，所述基底，形成于所述电感框架上方，所述基底表面布置有所述电压转换单元，所述电压转换单元的上表面覆盖有散热部件。

所述电压转换单元还可以表贴于所述电感框架上。

在一些实施例中，所述线路层还包括：第一线路层和第二线路层，所述第一线路层包括上电极导通孔，所述上电极导通孔位于所述电感绕组上方；所述第二线路层包括下电极导通孔，所述下电极导通孔位于所述电感绕组下方；所述上电极导通孔用于传输所述电压转换单元和所述电感绕组之间的电流信号，所述下电极导通孔用于连接所述电感绕组。

在一些实施例中，所述第一线路层和所述第二线路层通过电感通孔实现电连接。

所述电源模块还包括：绝缘材料，绝缘材料用于多个所述电感绕组之间的绝缘。

值得注意的是，磁性材料包裹电感绕组，所述电感绕组的形态包括以下任意一种：直上直下的绕组、Z字型绕组、圆形绕组。

第二方面，本申请提供了一种供电系统，该供电系统包括：一次电源、二次电源和电源模块，所述一次电源的输出端与所述二次电源的输入端相连，所述二次电源的输出端与所述电源模块的输入端相连，用于将所述二次电源的输出电压进行降压转换并输出；

所述电源模块包括电感框架、电感绕组、磁性材料和电压转换单元，所述电压转换单元与所述电感绕组电连接，所述电压转换单元用于对输入到所述电源模块的电压进行降压转换并输出，所述电感绕组用于对经过所述电压转换单元降压后的电压进行滤波输出；

所述电感框架和所述电感绕组为一体化成型，所述电感框架和所述电感绕组的材料为铜，所述磁性材料填充于所述电感框架和所述电感绕组之间；

所述电感框架内设有线路层，所述线路层用于传输电感绕组和电压转换单元之间的电流信号。

在可能的实施方案中，所述电源模块还包括：基底，所述基底，形成于所述电感框架上方，所述基底表面布置有所述电压转换单元，所述电压转换单元的上表面覆盖有散热部件。

所述电压转换单元也可以表贴于所述电感框架上。

在一些实施例中，所述线路层还包括：第一线路层和第二线路层，所述第一线路层包括上电极导通孔，所述上电极导通孔位于所述电感绕组上方；所述第二线路层包括下电极导通孔，所述下电极导通孔位于所述电感绕组下方；所述上电极导通孔用于传输所述电压转换单元和所述电感绕组之间的电流信号，所述下电极导通孔用于连接所述电感绕组。

在一些实施例中，所述第一线路层和所述第二线路层通过电感通孔实现电连接。

所述电源模块还包括：绝缘材料，绝缘材料用于多个所述电感绕组之间的绝缘。

值得注意的是，磁性材料包裹电感绕组，所述电感绕组的形态包括以下任意一种：直上直下的绕组、Z字型绕组、圆形绕组。

第三方面，提供了一种处理器，包括一个或多个模块，所述一个或多个模块工作时由电源模块供电，所述电源模块包括电感框架、电感绕组、磁性材料和电压转换单元，所述电压转换单元与所述电感绕组电连接，所述电压转换单元用于对输入到所述电源模块的电压进行降压转换并输出，所述电感绕组用于对经过所述电压转换单元降压后的电压进行滤波输出；

所述电感框架和所述电感绕组为一体化成型，所述磁性材料填充于所述电感框架和所述电感绕组之间；

所述电感框架内设有线路层，所述线路层用于传输电感绕组和电压转换单元之间的电流信号。

在可能的实施方案中，所述电源模块还包括：基底，所述基底，形成于所述电感框架上方，所述基底表面布置有所述电压转换单元，所述电压转换单元的上表面覆盖有散热部件。

所述电压转换单元也可以表贴于所述电感框架上。

在一些实施例中，所述线路层还包括：第一线路层和第二线路层，所述第一线路层包括上电极导通孔，所述上电极导通孔位于所述电感绕组上方；所述第二线路层包括下电极导通孔，所述下电极导通孔位于所述电感绕组下方；所述上电极导通孔用于传输所述电压转换单元和所述电感绕组之间的电流信号，所述下电极导通孔用于连接所述电感绕组。

在一些实施例中，所述第一线路层和所述第二线路层通过电感通孔实现电连接。

所述电源模块还包括：绝缘材料，绝缘材料用于多个所述电感绕组之间的绝缘。

值得注意的是，磁性材料包裹电感绕组，所述电感绕组的形态包括以下任意一种：直上直下的绕组、Z字型绕组、圆形绕组。

附图说明

图1是本申请实施例提供的电源模块的示意性剖视图。

图2是本申请实施例提供的电源模块的示意性剖视图。

图3是本申请实施例提供的电感通孔结构的示意图。

图4为本申请实施例提供的一种供电系统的示意性框图。

具体实施方式

图1是本申请实施例提供的一种电源模块100的示意性剖视图。

下面详细描述本申请的实施例，本申请实施例的示例在附图中示出。在附图中，相同或相似的标号表示相同或相似的元件或具有相同或相似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

如图1所示，电源模块100包括电感框架101、磁性材料102、电感绕组103、电压转换单元104和线路层105。图1中深颜色区域均是电感框架。电压转换单元104与电感绕组103电连接。电压转换单元104用于对输入到电源模块100的电压进行降压转换，电感绕组103用于对经过电压转换单元104降压后的电压进行滤波输出。

电感框架101和电感绕组103为一体化成型，电感框架101和电感绕组103的材料为金属，一般选择为铜。磁性材料102填充于电感框架101和所述电感绕组103之间。

电感框架101内设有线路层105。线路层105用于传输电感绕组103和电压转换单元104之间的电流信号。

本申请提供的电源模块电感框架和电感绕组设计为一体成型的结构，且用金属材料，再通过磁性材料填充，大大增强了电源模块的导热能力。本申请提供的电源模块设计方案摒弃了传统电源模块采用埋嵌电感的工艺，埋嵌电感需要基板框架和多层树脂材料压合，工艺复杂。本申请的电源模块设计方案大大简化生产工艺和加工成本。

电感框架101和电感绕组103为一体化成型，实际加工过程中，可以在铜基板上蚀刻出框架和电感绕组。

电源模块100还包括基底106，该基底形成于电感框架101上方。电压转换单元104表贴于基底106上。电压转换单元104上还可以进一步设置散热部件。电压转换单元104也可以表贴于电感框架101上，只需要将电感框架101设置大一点，预留出贴电压转换单元104的位置即可。电压转换单元104的下表面与基底106表面或者电感框架101的金属面相结合，电压转换单元104的上表面裸露于空气中，从而提升了电压转换单元104的向外散热能力。

图2为本申请提供一种电源模块更详细的示意性剖视图。如图2所示，线路层105进一步还包括：第一线路层1051和第二线路层1052。第一线路层1051包括上电极导通孔207，上电极导通孔207位于电感绕组103上方；第二线路层1052包括下电极导通孔208，下电极导通孔208位于电感绕组103下方。上电极导通孔207用于传输电压转换单元104和电感绕组103之间的电流信号，下电极导通孔208用于连接所述电感绕组。第一线路层1051和第二线路层1052通过电感通孔209实现电连接。第一线路层1051、第二线路层1052、上电极导通孔207、下电极导通孔208和电感通孔209形成电流回路。

如图2所示，电源模块100还包括：绝缘材料210，绝缘材料210用于多个所述电感绕组103之间的绝缘。绝缘材料210可以是由包括环氧树脂等的树脂材料的绝缘材料制成。

值得注意的是，磁性材料102可以包裹电感绕组103。磁性材料可以为磁粉。电感绕组103的形态包括以下任意一种：直上直下的绕组、Z字型绕组、圆形绕组。

需要说明，电压转换单元104可以包括可以为降压式(buck)变换器，可以是隔离式，也可以是非隔离式。在本申请中，电压转换单元104可以包括直流转直流(directcurrent to direct current，DC/DC)变换器。

电源模块100还可能包括电容213和电阻214，电压转换单元104输出电流信号到电感绕组103，绕组103用于将电压转换单元104输出的电流信号传输至电容213和电阻214等位置。

需要说明，电压转换单元104在本申请实施例中可以是芯片，为了简便，在接下来的描述中，统一用芯片104代替电压转换单元104进行描述。在一些实施例中，为了达到更好地散热，也可在芯片104的上表面覆盖散热部件，其中，散热部件可以是传热性好的金属板、或者也可以是散热器。

如图3所示，电感通孔209包括通孔2091和通孔2092，其中，通孔2091用于连接第一线路层1051和第二线路层1052，将芯片104和电容213串联在一起，形成闭合回路1，使得输入到电源模块100中的电流信号能够在该闭合回路1中传输，从而实现向位于电源模块100下面的PCB板(图中未画出)进行供电。

通孔2092用于连接第一线路层109和第二线路层112，从而将芯片104以及电阻214串联在一起，形成闭合回路2，便于输入到电源模块100中的电流信号能够在该闭合回路2中传输，从而实现向位于电源模块100下面的PCB板(图中未画出)进行供电。

需要说明，通孔2091和通孔2092可以是电镀金属形成的通孔，即通孔2091和通孔2092的外层是金属，内部可形成有第一模制部件103(例如，内部形成有树脂)。

可选地，在一些实施例中，在第一线路层1051的上表面结合有第一阻焊层212，第一阻焊层212通常用于在焊接芯片104、电容213以及电阻214的时候隔绝电感102，防止在焊接上述器件的时候烧坏电感绕组103。

具体的，在芯片104、电容213以及电阻214的下电极位置处进行焊接，形成焊接点211，该焊接点211用于连接上述芯片104、电容213以及电阻214和第一线路层1051，进一步地，上述芯片104、电容213以及电阻214通过焊接点211实现与电感绕组103的电连接，进行电流信号的传输。

具体的，焊接点211可以是锡膏等导电性的金属材料等。

本申请实施例还提供了一种供电系统400，图4为本申请实施例提供的一种供电系统400的示意性框图，如图4所示，该供电系统400包括一次电源410、二次电源420以及前文所述的电源模块100。

具体的，该一次电源410的输出端与二次电源420的输入端相连，二次电源420的输出端与电源模块100中的电压转换单元104的输入端相连。该电压转换单元104的输出端与电感绕组103电连接。电压转换单元104用于将二次电源320的输出电压进行电压转换。电感绕组103用于将电压转换单元104输出的电压进行滤波输出。

其中，该一次电源410可以是降压式变换器，例如可以是交流转直流(alternatingcurrent to direct current，AC/DC)变换器，比如，一次电源410可以将220v电压降压转换为48v或者56v。该二次电源420也可以是降压式变换器，例如可以是直流转直流(DC/DC)变换器。比如，该二次电源420可以将48v或者56v的电压降压转换为12v。该电源模块100也可以为是降压式变换器，例如可以是直流转直流(DC/DC)变换器。比如，该电源模块100可以将三次电源，是将12v的电压降压转换为更小的电压(例如3v或者5v)。

需要说明，电源模块100的具体描述如前文所述，这里不再详细赘述。

本申请实施例还提供了一种处理器，该处理器包括1个或多个模块，当该1个或多个模块工作时，由电源模块100向该1个或多个模块供电。

具体的，该电源模块100也可以为是降压式变换器，例如可以是直流转直流(DC/DC)变换器。比如，该电源模块100可以将12v的电压降压转换为更小的电压(例如3v或者5v)。

具体的，该处理器可以是中央处理器(central processing unit，CPU)，或者也可以是图形处理器(graphics processing unit，GPU)，或者也可以是其他大型服务器设备，应理解，本申请实施例对此不作限制。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种电源模块，其特征在于，所述电源模块包括电感框架、电感绕组、磁性材料和电压转换单元，所述电压转换单元与所述电感绕组电连接，所述电压转换单元用于对输入到所述电压转换单元的电压进行降压转换，所述电感绕组用于对经过所述电压转换单元降压后的电压进行滤波输出；

所述电感框架和所述电感绕组为一体化成型，所述磁性材料填充于所述电感框架和所述电感绕组之间；

所述电感框架内设有线路层，所述线路层用于传输电感绕组和电压转换单元之间的电流信号。

2.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述电源模块还包括：基底，

所述基底，形成于所述电感框架上方，所述基底表面布置有所述电压转换单元，所述电压转换单元的上表面覆盖有散热部件。

3.根据权利要求1所述的电源模块，其特征在于，所述电压转换单元表贴于所述电感框架上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电源模块，其特征在于，所述线路层还包括：第一线路层和第二线路层，

所述第一线路层包括上电极导通孔，所述上电极导通孔位于所述电感绕组上方；

所述第二线路层包括下电极导通孔，所述下电极导通孔位于所述电感绕组下方；

所述上电极导通孔用于传输所述电压转换单元和所述电感绕组之间的电流信号，所述下电极导通孔用于连接所述电感绕组。

5.根据权利要求4中所述的电源模块，其特征在于，所述第一线路层和所述第二线路层通过电感通孔实现电连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电源模块，其特征在于，所述电源模块还包括：绝缘材料，所述绝缘材料用于多个所述电感绕组之间的绝缘。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电源模块，其特征在于，所述磁性材料包裹所述电感绕组，所述电感绕组的形态包括以下任意一种：

直上直下的绕组、Z字型绕组、圆形绕组。

8.一种供电系统，其特征在于，包括：一次电源、二次电源和电源模块，所述一次电源的输出端与所述二次电源的输入端相连，所述二次电源的输出端与所述电源模块的输入端相连，用于将所述二次电源的输出电压进行降压转换并输出；

所述电源模块包括电感框架、电感绕组、磁性材料和电压转换单元，所述电压转换单元与所述电感绕组电连接，所述电压转换单元用于对输入到所述电源模块的电压进行降压转换并输出，所述电感绕组用于对经过所述电压转换单元降压后的电压进行滤波输出；

所述电感框架和所述电感绕组为一体化成型，所述磁性材料填充于所述电感框架和所述电感绕组之间；

所述电感框架内设有线路层，所述线路层用于传输电感绕组和电压转换单元之间的电流信号。

9.根据权利要求8所述的电源模块，其特征在于，所述电源模块还包括：基底，

所述基底，形成于所述电感框架上方，所述基底表面布置有所述电压转换单元，所述电压转换单元的上表面覆盖有散热部件。

10.根据权利要求8所述的电源模块，其特征在于，所述电压转换单元表贴于所述电感框架上。

11.一种处理器，其特征在于，包括一个或多个模块，所述一个或多个模块工作时由电源模块供电，所述电源模块包括电感框架、电感绕组、磁性材料和电压转换单元，所述电压转换单元与所述电感绕组电连接，所述电压转换单元用于对输入到所述电源模块的电压进行降压转换并输出，所述电感绕组用于对经过所述电压转换单元降压后的电压进行滤波输出；

所述电感框架和所述电感绕组为一体化成型，所述磁性材料填充于所述电感框架和所述电感绕组之间；

所述电感框架内设有线路层，所述线路层用于传输电感绕组和电压转换单元之间的电流信号。