CN201629912U - 高功率不断电系统的线路架构 - Google Patents

Abstract

一种高功率不断电系统的线路架构，包括有一电源转换单元、至少一功能模块及至少一储能电容，其中功能模块是以表面贴装的方式设置于基板上，以增加功率密度并简化走线设计；而基板上的变压器、绕制线圈及散热片则是以平行排列的方式设置，以保持散热风流的顺畅，进一步提升整体系统的效率。

Description

高功率不断电系统的线路架构

技术领域

本实用新型涉及一种线路架构，尤其是一种能够节省制程与成本的高功率不断电系统的线路架构。

背景技术

目前一般的不断电系统的印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)为了增加走线的空间以及功率的密度，会将小功能线路另外集中放置在小型立板(可称为Printed Circuit Board Assembly，PCBA)，再将立板直立设置于功率主板上，以达到功率密度提升的目的。

如图1A所示，为公知不断电系统3000VA功率板的印刷电路板的线路架构俯视示意图，包含有一直流/直流转换器11a、一功率因子校正器13a、一换流器15a、一转换器控制模块21a、一校正器控制模块23a、一电源供应模块29a、一换流器驱动模块25a、一风扇控制模块27a、至少一储能电容31a以及至少一散热片33a。

直流/直流转换器11a包括有一变压器111a，用以作电压的转换；功率因子校正器13a包括有一校正器线圈131a，用来作功率因子的校正以提升效率；换流器15a包括有一换流器线圈151a，用以将直流电转换成交流电；转换器控制模块21a是用来控制直流/直流转换器11a的运作；校正器控制模块23a是用来控制功率因子校正器13a；而换流器驱动模块25a则是用来控制换流器15a将直流电转换成交流电。

该风扇控制模块27a耦接于一风扇(图未示)，用以提供风流进行系统散热；该些储能电容31a是用来储存电力，以作断电时的电力供应；电源供应模块29a则是用来供应不断电系统的线路运作所需的电力；而散热片33a即是用来进行不断电系统的散热。

其中，该转换器控制模块21a、校正器控制模块23a、换流器驱动模块25a、电源供应模块29a及风扇控制模块27a是以小型立板的方式设置于基板上，如图1B的立体示意图所示，而用小型立板来增加功率密度的方式制程繁杂，因该些小型立板与主基板是分开制作的，进而会导致成本的上升、电路可靠度下降及效率下降等问题。

又因为小型立板的设置，会使得散热风流受到阻隔，所以整体系统的温度便无法有效的利用散热风扇来进行散热，因此，电子元件的温度会有过高的现象，导致系统的效率下降甚至是元件的损坏。

请参照图2，为图1A主基板的背面铜箔走线示意图，因为使用小型立板的关系，该些铜箔走线为了与该些立板上的元件相连接，就会显得线路过于复杂交错，导致线路可靠度以及效率的下降。如图2所示，铜箔走线35a的区域主要是连接变压器111a，会有高电流通过，因此过于复杂且小面积的走线设计便会使电阻上升，让线路的耗损增加，进而影响到整体系统的效率。

接着请参照图3，为公知不断电系统1000/2000VA功率板的线路架构图，同样包含有直流/直流转换器11b、功率因子校正器13b、换流器15b、转换器控制模块21b、电源供应模块29b、换流器驱动模块25b、风扇控制模块27b、储能电容31b以及散热片33b。

如图3所示，其中的转换器控制模块21b、换流器驱动模块25b、电源供应模块29b及风扇控制模块27b仍是如图1B用小型立板的方式设置在基板上，并且散热片33b、变压器111b、校正器线圈131b及换流器线圈151b的设置方向并未考虑到风流的问题，因此小型立板及绕制线圈会阻挡到散热风流导致散热效果不佳。图4为图3的背面铜箔走线示意图，同样因为小型立板的原因，使走线设计过于繁复，尤其是通过高电流的铜箔走线35b的区域，导致整体功率板的效率下降。

因此，公知的不断电系统的线路架构设计上，仍有值得改善的处。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种高功率不断电系统的线路架构，透过将立板的各个功能模块整合于基板上以及将各个电子元件作平行排设，来达到高功率密度、简化走线设计以及散热风流顺畅的目的，以提升整体系统的功率并节省制程成本。

为了达到上述目的，根据本实用新型的一方案，提供一种高功率不断电系统的线路架构，包括有一电源转换单元、至少一储能电容及至少一功能模块。其中，电源转换单元设置于一基板，包含有至少一绕制线圈(choke)，用以作稳压、电压调变及交直流转换；储能电容耦接于电源转换单元，用以储存电力；而功能模块耦接于电源转换单元，用来控制该电源转换单元。

值得一提的是，其中该些功能模块是以表面贴装技术(Surface-mount Technology，SMT)设置于该基板，以增加功率密度，并避免因为立板所造成的走线复杂及风流阻隔的问题。

电源转换单元可以包括有一直流/直流转换器、一功率因子校正器以及一换流器，其中，该直流/直流转换器包含有一变压器，用以作电压的调变；功率因子校正器耦接于直流/直流转换器，包含有一校正器线圈，用以作功率因子的校正；而该换流器耦接于直流/直流转换器，包含有一换流器线圈，用来将直流电源转换成交流电源。

特别的是，变压器、校正器线圈及换流器线圈是以平行排列的方式设置于基板，让散热风流能够更为顺畅。

而功能模块可包括有一转换器控制模块、一校正器控制模块、一换流器驱动模块、一风扇控制模块及一电源供应模块。其中转换器控制模块耦接于直流/直流转换器；校正器控制模块耦接于功率因子校正器；换流器驱动模块耦接于换流器；风扇控制模块耦接于一风扇；而电源供应模块则是耦接于电源转换单元、转换器控制模块、校正器控制模块、换流器驱动模块以及风扇控制模块，以提供上述模块运作所需的电力。

值得一提的是，转换器控制模块、校正器控制模块、换流器驱动模块、风扇控制模块以及电源供应模块是以表面贴装的方式设置于基板，以增加功率密度及降低制程成本。

该基板上更可设置有至少一散热片，用来作温度的传导已达到散热的功效，而该些散热片是以平行排列的方式设置，并与上述的变压器、校正器线圈及换流器线圈相互平行，让散热风流的阻碍能够降到最低。

另外，该基板可为一单面板，因为上述功能模块以表面贴装的方式设置，因此其背面的铜箔走线便可进行简化，并加大高电流铜箔走线的面积以及减少铜箔走线连接的长度，使其电阻降低，进一步提升系统的效率。

借助于将功能模块以表面贴装的方式设置于基板上，并将各绕制线圈及散热片平行设置，来达到简化走线设计的复杂度、增加功率密度、减少制程复杂度以及减少散热风流的阻碍，进一步提升系统的效率及降低制作成本。

以上的概述与接下来的实施例，皆是为了进一步说明本实用新型的技术手段与达到功效，然所叙述的实施例与附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1A为公知不断电系统3000VA功率板线路架构的一种实施例的俯视示意图；

图1B为公知不断电系统中功能模块立板的一种实施例的立体示意图；

图2为公知3000VA功率基板背面的铜箔走线的一种实施例的示意图；

图3为公知1000/2000VA功率板的线路架构的一种实施例的俯视示意图；

图4为公知1000/2000VA功率板背面的铜箔走线的一种实施例的示意图；

图5A为本实用新型高功率不断线系统3000VA功率板的线路架构的一种实施例的俯视示意图；

图5B为本实用新型高功率不断电系统的线路架构的一种实施例的立体示意图；

图6为本实用新型高功率不断电系统3000VA功率板的线路架构的一种实施例的铜箔走线及贴装元件示意图；

图7为本实用新型高功率不断线系统1000/2000VA功率板的线路架构的一种实施例的俯视示意图；以及

图8为本实用新型高功率不断电系统1000/2000VA功率板的线路架构的一种实施例的铜箔走线及贴装元件示意图。

【主要元件附图标记说明】

11a、11b、11’a、11’b  直流/直流转换器

111a、111b、111’a、111’b  变压器

13a、13b、13’a、13’b  功率因子校正器

131a、131b、131’a、131’b  校正器线圈

15a、15b、15’a、15’b  换流器

151a、151b、151’a、151’b  换流器线圈

21a、21b、21’a、21’b  转换器控制模块

23a、23’a、23’b  校正器控制模块

25a、25b、25’a、25’b  换流器驱动模块

27a、27b、27’b  风扇控制模块

29a、29b、29’a、29’b  电源供应模块

31a、31b、31’a、31’b  储能电容

33a、33b、33’a、33’b  散热片

35a、35b、35’a、35’b  铜箔走线

具体实施方式

请参照图5A，为本实用新型高功率不断电系统3000VA功率板的线路架构的一种实施例的俯视示意图，该线路架构中包括一电源转换单元及至少一功能模块，与图1A作比较，图5A的该些功能模块是直接设置于基板上。

该电源转换单元可以包括一直流/直流转换器11’a、一功率因子校正器13’a以及一换流器15’a，而直流/直流转换器11’a、功率因子校正器13’a及换流器15’a中有至少一绕制线圈。其中，该直流/直流转换器11’a是用来作电压的调变，包括有一变压器111’a；而该功率因子校正器13’a耦接于该直流/直流转换器11’a，用来进行功率因子的校正以提升功率转换的效率，其包含有一校正器线圈131’a；而该换流器15’a耦接于该直流/直流转换器11’a，用来将一储能电容31’a的电力从直流电转换成交流电，以供应给所需的电子装置，其包括有一转换器线圈151’a。

在不断电(Uninterruptible Power Supply，UPS)的系统中会有至少一储能电容31’a，当原本的电力供应(例如市电)正常供应给电子装置时，储存备用的电力；而当原本的电力供应中断时，储能电容31’a所储存的备用电力便可紧急供应给该电子装置，使该电子装置不会因为电力来源突然中断而造成损坏。

另外，线路架构中更可包含有至少一散热片33’a，可是用易导热的金属制成，用来将整体系统的作快速散热。值得一提的是，上述的变压器111’a、校正器线圈131’a、换流器线圈151’a、储能电容31’a及散热片33’a都是以平行于散热风流的方式设置于基板上，避免散热风流受到阻隔，提升散热的效率。

再次参照图5A，该线路架构的功能模块可包括有一转换器控制模块21’a、一校正器控制模块23’a、一换流器驱动模块25’a、一电源供应模块29’a以及一风扇控制模块(图未示)等等。其中该转换器控制模块21’a耦接于该直流/直流转换器11’a，用来控制该直流/直流转换器11’a的运作，如其中开关元件的导通时间等；该校正器控制模块23’a耦接于该功率因子校正器13’a；该换流器驱动模块25’a耦接于该换流器15’a，用来将储能电容31’a所储存的直流电转换成交流电以供应给所需的电子装置；该电源供应模块29’a则是用来供应该些功能模块用作所需的电力；而风扇控制模块(图未示)则是耦接于一风扇(图未示)，用以控制该风扇提供散热风流于该基板，以降低整体系统的温度，避免各个单元与模块损坏。

与公知不同的是，转换器控制模块21’a、校正器控制模块23’a、换流器驱动模块25’a、电源供应模块29’a以及风扇控制模块27’a是以表面贴装的技术(Surface-mount Technology，SMT)设置在基板上，取代小型立板的方式，如图5B所示。如此一来，便可避免原本小型立板造成散热风流阻隔的问题，并且因为不需考虑线路如何与立板连接，因此可使线路设计更为简化，进一步提高功率的密度及线路的可靠度。另外，因为少了立板的制程，整体的制作复杂度及成本也能够降低。

接着请参照图6，为图5A基板的背面示意图，其中可以看到基板背面有许多贴装的功能模块，包括有转换器控制模块11’a、校正器控制模块13’a及换流器驱动模块25’a等，透过贴装的方式进行功能模块的设置，能够提升功率的密度并减少风流的阻隔。另外，因为少了立板的设置，在铜箔走线的设计上便能够进行简化，如图6的实施例所示，铜箔走线35’a是用来连接变压器111’a的，因此常常会流过很高的电流，所以连接电源转换单元的铜箔会使用较大面积的铜箔以及简化的走线拓朴进行电性连接，来达到降低电阻的目的，进一步提升整体电源转换的效率，并提升线路的可靠度。特别的是，在本实施例中的基板为一单面板，其只有背面镀铜箔，能够减少制程上的复杂性。

接着请参照图7，为本实用新型高功率不断电系统1000/2000VA功率板的线路架构示意图，同样包括有直流/直流转换器11’b、功率因子校正器13’b、换流器15’b、转换器控制模块21’b、校正器控制模块23’b、换流器驱动模块25’b、风扇控制模块27’b、电源供应模块29’b、储能电容31’b以及散热片33’b。

同样的，转换器控制模块21’b、校正器控制模块23’b、换流器驱动模块25’b、风扇控制模块27’b以及电源供应模块29’b都是以表面贴装的方式设置于功率基板上，且基板上的变压器111’b、校正器线圈131’b、换流器线圈151’b以及散热片33’b是以平行排列的方式设置，让散热风流能够顺畅，提升散热效率。

请参照图8，为图71000/2000VA功率板的背面示意图，其中包括有利用表面贴装技术设置的转换器控制模块21’b、校正器控制模块23’b、换流器驱动模块25’b、风扇控制模块27’b以及电源供应模块29’b，以降低原本立板所造成的走线复杂及阻隔风流等问题。而同样的，高电流流过的铜箔走线35’b的面积较其他部份的铜箔面积为大，以降低走线的电阻，进一步提升功率基板的效率。

透过表面贴装的技术来设置不断电系统的功能模块，并将大元件如变压器、线圈与散热片等以顺着散热风流的方向平行排设，即能够达到简化走线的配置、提升功率的密度及减少风流的阻隔的目的。另外，因为减少了立板的复杂制程，所以就能节省制程成本以及提升电路稳定性。

以上所述为本实用新型的具体实施例的说明与附图，而本实用新型的所有保护范围应以本实用新型权利要求保护范围为准，任何在本实用新型的本领域普通技术人员，可轻易思及的变化或修改皆可涵盖在本实用新型权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高功率不断电系统的线路架构，其特征在于，包括：

一基板；

一电源转换单元，设置于该基板，其中包含有至少一绕制线圈，以作稳压、电压调变及交直流转换；

至少一储能电容，耦接于该电源转换单元，以储存电力；以及

至少一功能模块，耦接于该电源转换单元，以作该电源转换单元的控制；

其中，该些功能模块以表面贴装的方式设置于该基板。

2.如权利要求1所述的高功率不断电系统的线路架构，其特征在于，该些绕制线圈系以平行排列的方式设置于该基板。

3.如权利要求1所述的高功率不断电系统的线路架构，其特征在于，该电源转换单元包括：

一直流/直流转换器，包含一变压器；

一功率因子校正器，耦接于该直流/直流转换器，以作功率因子的校正，该功率因子校正器包含有一校正器线圈；以及

一换流器，耦接于该直流/直流转换器，以将直流电源转换成交流电源，该换流器包含有一换流器线圈；

其中，该变压器、该校正器线圈及该换流器线圈系以平行排列的方式设置于该基板。

4.如权利要求3所述的高功率不断电系统的线路架构，其特征在于，该功能模块包括：

一转换器控制模块，耦接于该直流/直流转换器；

一校正器控制模块，耦接于该功率因子校正器；

一换流器驱动模块，耦接于该换流器；

一风扇控制模块，耦接于一风扇；

一电源供应模块，耦接于该电源转换单元、该转换器控制模块、该校正器控制模块、该换流器驱动模块以及该风扇控制模块，以提供该线路架构运作所需的电力；

其中，该转换器控制模块、该校正器控制模块、该换流器驱动模块、该风扇控制模块以及该电源供应模块以表面贴装的方式设置于该基板。

5.如权利要求1所述的高功率不断电系统的线路架构，其特征在于，更包括：

一散热片，其中该散热片是以与该些绕制线圈平行排列的方式设置于该基板。

6.如权利要求1所述的高功率不断电系统的线路架构，其特征在于，该基板的背面设置有多铜箔走线，以将该电源转换单元、该些功能模块以及该些储能电容作线路的连接。

7.如权利要求6所述的高功率不断电系统的线路架构，其特征在于，连接于该电源转换单元的该些铜箔走线，其面积大于连接于该些功能模块及该储能电容的该些铜箔走线。

8.如权利要求1所述的高功率不断电系统的线路架构，其特征在于，该基板系为一单面板。

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