CN216016703U - 通过电路板散热的模块电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种通过电路板散热的模块电源，包括功率板、控制板和壳体；所述功率板用于放置使得输入电压转换为输出电压的功率器件和磁性元件；所述控制板用于放置产生控制信号或补偿信号使得所述功率器件和磁性元件按照预定的方式工作的控制电路；所述功率板和所述控制板通过设置在所述功率板上不同位置的PIN针连接，在所述功率板和所述控制板之间实现信号传输；所述功率板包括铝基板，所述功率器件和所述磁性元件放置在所述铝基板的电路层上。实施本实用新型的通过电路板散热的模块电源，具有以下有益效果：其散热效果较好。

Description

通过电路板散热的模块电源

技术领域

本实用新型涉及电力电子学领域，更具体地说，涉及一种通过电路板散热的模块电源。

背景技术

DCDC变换器可以做成一个模块电源，然后将模块电源作为系统的一个部件或元件直接用于系统中。一般来讲，这些电源模块或模块电源都具有塑料外壳和输入输出端子，虽然在一些情况下，也可以通过设置在外壳上或外壳内的金属散热片等进行散热，但是由于在其磁性元件安装在电路板上，具体来讲通常是处于电路板的正面或元件面，这就使得其磁性元件和散热部件之间不存在直接的热传导路径或需要额外的散热路径，导致其磁性元件上的热量散发较慢，于是在功率较大或功率密度较大时，就会出现由于散热不佳导致的磁性元件温度升高或提前进入磁饱和的情况，使得电源不能达到设定的性能指标，甚至出现故障。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述磁性元件或开关器件的散热不好的缺陷，提供一种磁性元件或开关器件的散热效果较好的通过电路板散热的模块电源。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种通过电路板散热的模块电源，包括功率板、控制板和壳体；所述功率板用于放置使得输入电压转换为输出电压的功率器件和磁性元件；所述控制板用于放置产生控制信号或补偿信号使得所述功率器件和磁性元件按照预定的方式工作的控制电路；所述功率板和所述控制板通过设置在所述功率板上不同位置的PIN针连接，在所述功率板和所述控制板之间实现信号传输；所述功率板包括铝基板，所述功率器件和所述磁性元件放置在所述铝基板的电路层上。

更进一步地，所述模块电源包括输入级和输出级，所述输入级包括将输入电压进行非隔离电压转换的BOOST或BUCK电路，其磁性元件包括储能电感；所述输出级包括隔离的半桥变换电路和输出同步整流电路，其磁性元件包括变压器。

更进一步地，所述变压器和所述储能电感沿所述功率板的一条对角线设置在所述功率板上。

更进一步地，所述基板在所述储能电感和所述变压器的放置位置上设置有导热孔。

更进一步地，所述储能电感包括ER20磁芯和绕制在该ER20磁芯上的绕组；所述变压器包括ER25磁芯和绕制该磁芯上的变压器绕组；所述储能电感的磁芯和所述变压器的磁芯均使用导热的灌封胶粘接在所述功率板的指定位置上。

更进一步地，所述功率板的四个角上设置有安装柱，所述安装柱通过设置在所述功率板四个角上的安装孔固定在所述功率板上。

更进一步地，所述安装柱包括两端滚花的柱体，所述安装柱的一端通过压铆连接在所述功率板上。

更进一步地，所述控制板上设置有所述安装柱的避让通孔或避让位置，使得所述控制板在连接在所述功率板上时，所述安装柱伸出所述控制板。

更进一步地，所述壳体包括塑料壳体，其覆盖在连接后的功率板和控制板上，并通过压铆使得所述壳体与所述安装柱的另一端连接，使得所述功率板与所述壳体围合成一个封闭空间。

更进一步地，所述功率板上还设置有连接柱，所述连接柱焊接在所述功率板的两端并通过设置在所述壳体上的通孔伸出所述壳体，构成所述模块电源的连接端子；所述连接柱包括输入电压连接柱和输出电压连接柱。

实施本实用新型的通过电路板散热的模块电源，具有以下有益效果：由于将电路板分为功率板和控制板，将开关器件(即功率器件)和磁性元件放置在功率板上，并采用铝基板作为功率板，这样就使得上述功率器件和磁性元件直接在其电路板上通过基板散热，即直接将上述铝基板的金属基板部分作为散热外壳，其散热途径更加直接，其散热效果较外加散热片或金属外壳时更好。因此其散热效果较好。

附图说明

图1是本实用新型通过电路板散热的模块电源实施例中该模块电源的结构示意图；

图2是所述实施例中功率板上磁性元件的摆放位置示意图；

图3是所述实施例中功率板上磁性元件的放置位置的结构示意图；

图4是所述实施例中外接功能单元电路的位置示意图；

图5是所述实施例中控制板的结构示意图；

图6是所述实施例中控制板和功率板的装配位置示意图；

图7是所述实施例中一种情况下输入级的拓扑结构电路图；

图8是所述实施例中一种情况下输出级的拓扑结构电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。

如图1所示，在本实用新型的通过电路板散热的模块电源实施例中，该通过电路板散热的模块电源，包括功率板1、控制板2和壳体3；所述功率板1用于放置使得输入电压转换为输出电压的功率器件和磁性元件；所述控制板2用于放置产生控制信号或补偿信号使得所述功率器件(即开关器件)和磁性元件按照预定的方式工作的控制电路；所述功率板1和所述控制板2通过设置在所述功率板1上不同位置的PIN针19(见图2)连接，在所述功率板1和所述控制板2之间实现信号传输；在本实施例中，所述功率板1是铝基板，所述功率器件和所述磁性元件放置在所述铝基板的电路层上。换句话说，在本实施例中，上述控制板2重叠放置在上述功率板1上，并通过设置在不同位置上的PIN针19实现控制板2和功率板1之间的电连接，使得二者能够配合实现模块电源的功能；而壳体3则罩在重叠的功率板1和控制板2的上方，此时，功率板1上的输入电压连接柱14和输出电压连接柱15(参见图2)在穿过控制板2后，分别穿过壳体3上的输入通孔33和输出通孔32伸出壳体3之外，形成输入连接端子和输出连接端子，此时，壳体3和功率板2的底面的金属基板形成一个封闭的空间，将控制板2和功率板2上的部件封闭在该空间内，构成模块电源。

在本实施例中，如图2所示，所述功率板2为规则的四边形，其四个角上均设置有安装柱13，所述安装柱13通过设置在所述功率板1上的四个角上的安装孔固定在所述功率板1上。在本实施例中，所述安装柱13包括两端具有滚花131的柱体，所述安装柱13的一端通过压铆连接在所述功率板2上，图2中示出的安装柱13的一端已经压铆在上述功率板1上，图2中仅可见上述安装柱13另外一端的滚花131。

在本实施例中，如图5所示，所述控制板2上设置有所述安装柱13的避让通孔21或避让位置(见图5中，控制板2的右下角留出的避让位置)，使得所述控制板2在重叠或连接在所述功率板1上时，所述安装柱13伸出所述控制板2。值得一提的是，上述安装柱13仅仅是在空间位置上穿过上述控制板2，和控制板2上并无任何电连接。

图1中的壳体3包括塑料壳体，即壳体3由塑料制成，其角上的位置上设置有安装孔31，当上述壳体3覆盖在连接后的功率板1和控制板2上时，上述安装柱13的另一端(图2中的上端，即能够看到设置有滚花131的一端)伸入上述安装孔31中，通过压铆使得所述壳体3与所述安装柱13的另一端连接，使得所述功率板1(具体来讲是功率板1的金属基板)与所述壳体3围合成一个封闭空间。

在本实施例中，从电路结构上来看，所述模块电源包括输入级和输出级，所述输入级包括将输入电压进行非隔离电压转换的BOOST或BUCK电路，其磁性元件包括储能电感12；所述输出级包括隔离的半桥变换电路和输出同步整流电路，其磁性元件包括变压器11。值得一提的是，在本实施例中，提及上述BOOST电路、BUCK电路或者隔离的半桥变换电路和输出同步整流电路并不是要求保护或限定这些电路本身的结构，本质上来讲，现有技术的符合上述定义的电路(即现有技术中的BOOST电路、BUCK电路或者隔离的半桥变换电路和输出同步整流电路)均可以用于本实施例中，提及这些电路的原因是表明这些电路的开关器件和磁性元件的数量和类型，例如，磁性元件是电感或变压器，半桥时开关器件必然是两个等等。

具体来讲，在本实施例中，一种情况下上述输入级和输出级的拓扑电路图如图7和图8所示，在上述图7和图8中，仅仅示出电路中主要的磁性元件和开关元件，用于配合说明图2和图3中元器件的放置位置。图7和图8实际上是一个顺序连接的电路图，为能够清楚示出其上的元器件标号，将其奉为两幅图显示，其中，图7中标记a和图8中标记a的节点是连接在一起的，图7中标记b和图8中标记b的节点也是连接在一起的。图7中的L101是图2中的储能电感12，图8中的T100是图2中的变压器11；图7中的续流管D100和开关管Q200在图3中标记为输入级开关器件16；图8中的Q101-Q106在图3中位于变压器11的两侧，其中整流部分4个开关管在图3中被标记整流开关器件17，变压器11的初级的两个开关管在图3中被标记为初级开关器件171。

图2中示出了上述储能电感12和变压器11在功率板1上的具体放置位置，所述变压器11和所述储能电感12沿所述功率板1的一条对角线设置在所述功率板1上，即所述变压器11在所述功率板1上的设置位置邻近其一个角，所述储能电感12在所述功率板1上的设置位置邻近上述角的对角位置。也就是说，如图2所示，上述储能电感12和变压器11在功率板1上的具体放置位置是沿该功率板1的一条对角线来设置的，同时，二者的摆放位置相互垂直，其摆放夹角为90度，例如，一个沿功率板1的长度方向摆放，另一个沿其宽度方向摆放，这样使得二者在工作时相互之间的干扰最小。在本实施例中，所述储能电感12包括ER20磁芯和绕制在该ER20磁芯上的绕组；所述变压器11包括ER25磁芯和绕制该磁芯上的变压器绕组；所述储能电感12的磁芯和所述变压器11的磁芯均使用导热的灌封胶粘接在所述功率板1的指定位置(即各自的安装位置)上。

在本实施例中，功率板1使用的铝基板的结构和现有技术中的铝基板一样，包括电路层、隔离层和金属基板，由于上述磁性元件是放置在上述电路层上的，为了将磁性元件上的热量尽快传导到金属基板上，所述铝基板的在所述储能电感12和所述变压器11的放置位置上设置有导热孔18，如图3所示。在图3中，由于功率板1上未安装磁性元件，所以可以清楚地看到开关器件在功率板1上的摆放位置。在图3中，BOOST或BUCK电路的输入级开关器件16摆放在所述功率板1的左侧，其放置位置接近输入电压连接柱14和储能电感12；而输出级的整流开关器件17摆放在图3的右侧，初级开关器件171放置在所述变压器11的另一侧，这样上述变压器11将其初、次级的开关器件隔开。这样的布局方式也使得整个模块电源的输入和输出相对隔开，不会出现输出干扰被输入的情况。

值得一提的是，在本实施例中，由于铝基板的结构特点，使得其只能在电路层上布线，对于磁性元件和开关器件等连线较为简单、连接端子较少的器件能够实现在电路层上的连接，在将上述开关器件和磁性元件放置到上述电路层后，对于一些附加的功能电路，例如，滤波或平滑的电容单元、尖峰或干扰吸收单元等等，要布置到功率板1的电路层上就非常困难。通常，这些单元电路都具有一个特点，就是单元内部的连接关系较为复杂，但是与其他部件的连接较为简单，例如，可能只有输入输出端和地。为了在上述铝基板上实现这些功能，在本实施例中，将这些单元电路制作成一个单独的子电路板，然后通过连接柱或PIN针连接在上述功率板1上，使得在使用铝基板的情况下，也能够实现模块电源的功能。图4中示出了连接在上述功率板1上的吸收电路单元8和电容单元9。当然在本实施例中的其他情况下，上述单元电路的功能可以改变，其连接位置也可以改变。

如前所述，所述功率板1上还设置有连接柱，所述连接柱焊接在所述功率板的两端并通过设置在所述壳体3上的通孔伸出所述壳体3，构成所述模块电源的连接端子；所述连接柱包括输入电压连接柱14和输出电压连接柱15，在上述功率板1和控制板2重叠装配时，上述输入电压连接柱14和输出电压连接柱15分别穿过并连接在设置控制板2上的输入连接柱固定孔25和输出连接柱固定孔24上，然后通过设置在所述壳体3上的通孔伸出所述壳体3。在本实施例中，伸出壳体3的还包括其他的连接柱，这些连接柱连接在控制板2上，分别位于上述的两个输入连接柱14和两个输出连接柱15之间，这些连接柱通常用于施加控制信号或采集控制板2上某个测试点的电压，用于表示或判断模块电源的状态等等。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种通过电路板散热的模块电源，其特征在于，包括功率板、控制板和壳体；所述功率板用于放置使得输入电压转换为输出电压的功率器件和磁性元件；所述控制板用于放置产生控制信号或补偿信号使得所述功率器件和磁性元件按照预定的方式工作的控制电路；所述功率板和所述控制板通过设置在所述功率板上不同位置的PIN针连接，在所述功率板和所述控制板之间实现信号传输；所述功率板包括铝基板，所述功率器件和所述磁性元件放置在所述铝基板的电路层上。

2.根据权利要求1所述的通过电路板散热的模块电源，其特征在于，所述模块电源包括输入级和输出级，所述输入级包括将输入电压进行非隔离电压转换的BOOST或BUCK电路，其磁性元件包括储能电感；所述输出级包括隔离的半桥变换电路和输出同步整流电路，其磁性元件包括变压器。

3.根据权利要求2所述的通过电路板散热的模块电源，其特征在于，所述变压器和所述储能电感沿所述功率板的一条对角线设置在所述功率板上。

4.根据权利要求3所述的通过电路板散热的模块电源，其特征在于，所述基板在所述储能电感和所述变压器的放置位置上设置有导热孔。

5.根据权利要求4所述的通过电路板散热的模块电源，其特征在于，所述储能电感包括ER20磁芯和绕制在该ER20磁芯上的绕组；所述变压器包括ER25磁芯和绕制该磁芯上的变压器绕组；所述储能电感的磁芯和所述变压器的磁芯均使用导热的灌封胶粘接在所述功率板的指定位置上。

6.根据权利要求5所述的通过电路板散热的模块电源，其特征在于，所述功率板的四个角上设置有安装柱，所述安装柱通过设置在所述功率板四个角上的安装孔固定在所述功率板上。

7.根据权利要求6所述的通过电路板散热的模块电源，其特征在于，所述安装柱包括两端滚花的柱体，所述安装柱的一端通过压铆连接在所述功率板上。

8.根据权利要求7所述的通过电路板散热的模块电源，其特征在于，所述控制板上设置有所述安装柱的避让通孔或避让位置，使得所述控制板在连接在所述功率板上时，所述安装柱伸出所述控制板。

9.根据权利要求8所述的通过电路板散热的模块电源，其特征在于，所述壳体包括塑料壳体，其覆盖在连接后的功率板和控制板上，并通过压铆使得所述壳体与所述安装柱的另一端连接，使得所述功率板与所述壳体围合成一个封闭空间。

10.根据权利要求9所述的通过电路板散热的模块电源，其特征在于，所述功率板上还设置有连接柱，所述连接柱焊接在所述功率板的两端并通过设置在所述壳体上的通孔伸出所述壳体，构成所述模块电源的连接端子；所述连接柱包括输入电压连接柱和输出电压连接柱。

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