TWI672880B - 適用不同尺寸功率元件之功率轉換器 - Google Patents

Abstract

一種適用不同尺寸功率元件之功率轉換器，包括一基座、一散熱器、一電路板以及一功率元件。基座具有一隔板以及一開口，隔板具有一第一階梯面及一第二階梯面，其中第一階梯面及第二階梯面位於不同的水平高度。散熱器組裝於基座上，並抵靠於隔板的第一階梯面及第二階梯面中的其中之一。電路板組裝於基座上。功率元件設置於電路板上，並通過開口與散熱器接觸。

Description

適用不同尺寸功率元件之功率轉換器

本發明是有關於一種功率轉換器，且特別是有關於一種適用不同尺寸功率元件之功率轉換器。

各種功率轉換器已經廣泛用於各種電子產品，例如電源供應器、電腦、UPS不斷電系統、交流轉直流變頻器等，功率轉換器係提供穩定的定電壓或定電流，其主要功能是將輸入端的電源型式轉換成輸出端的負載所需要的電源型式。一般功率轉換器包含功率元件(例如功率電晶體、功率二極體等)及散熱裝置(例如散熱器及風扇等)。由於在市面上具有各式不同尺寸或輸出功率的功率元件，同時，為了配合不同尺寸或輸出功率的功率元件，亦對應有不同尺寸或散熱效率的散熱器及風扇，以避免造成功率轉換器過熱而停止作動、故障或毀損。

在功率轉換器中，是將功率元件及散熱器組裝在基座上，且基座的結構設計僅可適用於一特定尺寸的功率元件及其對應的散熱器。換句話說，為了將功率元件及散熱器固定在基座中，一旦決定功率元件與散熱器的尺寸之後，便會針對該尺寸設 計對應的基座結構及其模具。若要改變功率元件與散熱器的尺寸，勢必要開發新的模具來生產新的基座，因而造成模具成本增加。

本發明係有關於一種適用不同尺寸功率元件之功率轉換器，以便達到基座共用與減少模具數量之目的。

根據本發明之一方面，提出一種適用不同尺寸功率元件之功率轉換器，包括一基座、一散熱器、一電路板以及一功率元件。基座具有一隔板以及一開口，隔板具有一第一階梯面及一第二階梯面，其中第一階梯面及第二階梯面位於不同的水平高度。散熱器組裝於基座上，並抵靠於隔板的第一階梯面及第二階梯面中的其中之一。電路板組裝於基座上。功率元件設置於電路板上，並通過開口與散熱器接觸。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

100‧‧‧功率轉換器

110‧‧‧上蓋

120‧‧‧電路板

130‧‧‧第一尺寸功率元件

130’‧‧‧第二尺寸功率元件

131‧‧‧下表面

140‧‧‧基座

141‧‧‧隔板

142‧‧‧底板

143‧‧‧階梯面

1431‧‧‧第一階梯面

1432‧‧‧第二階梯面

144‧‧‧開口

146‧‧‧主動散熱元件

148‧‧‧防護牆

150、150’‧‧‧散熱器

151‧‧‧上表面

152‧‧‧第一固定元件

153‧‧‧第二固定元件

154‧‧‧安全緩衝區

H1‧‧‧第一高度

H2‧‧‧第二高度

T1‧‧‧第一厚度

T2‧‧‧第二厚度

第1A及1B圖分別繪示依照本發明一實施例的適用不同尺寸功率元件之功率轉換器從俯視角及仰視角觀看的分解示意圖。

第1C圖繪示基座沿著線C-C的剖面示意圖。

第2A圖繪示第一尺寸功率元件組裝於基座中的示意圖。

第2B圖繪示第一尺寸散熱器組裝於基座中的示意圖。

第2C圖繪示第2B圖中的第一尺寸散熱器組裝於基座後沿著線A-A的剖面示意圖。

第2D圖繪示第2B圖沿著線C-C的剖面示意圖。

第3A圖繪示第二尺寸功率元件組裝於基座中的示意圖。

第3B圖繪示第二尺寸散熱器組裝於基座中的示意圖。

第3C圖繪示第2B圖中的第二尺寸散熱器組裝於基座後沿著線B-B的剖面示意圖。

第3D圖繪示第3B圖沿著線C-C的剖面示意圖。

第4圖繪示第3B圖中的第二尺寸散熱器組裝於基座後沿著線D-D的剖面示意圖。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。以下是以相同/類似的符號表示相同/類似的元件做說明。

請參照第1A及1B圖，依照本發明一實施例的功率轉換器100，其例如包括一上蓋110、一電路板120、一功率元件130、一基座140、一底板142以及一散熱器150。其中，功率元件130設置於電路板120上。上蓋110、電路板120、底板142及散熱器150分別組裝在基座140上。此外，上蓋110及電路板120覆蓋在基座140上僅為一範例，並非用以限制本發明。

在本發明實施例中，基座140具有一隔板141，隔板141具有一開口144以及多個階梯面143。其中散熱器150抵靠 於隔板141的多個階梯面143中的其中一個階梯面，且功率元件130通過開口144與散熱器150接觸。此外，在本發明實施例中，無論功率元件130的尺寸為何，電路板120皆在組裝在基座140的一固定位置上。

請參照第1A圖及第1C圖，其以兩個階梯面為例，隔板141具有第一階梯面1431及第二階梯面1432，其中第一階梯面及第二階梯面位於不同的水平高度。散熱器150是根據功率元件的尺寸而決定抵靠於隔板141的第一階梯面1431或第二階梯面1432。

請參照第2A及2B圖，其為第一尺寸功率元件130及其對應的第一尺寸散熱器150組裝於本發明實施例的功率轉換器100的基座140的示意圖。當功率元件130具有一第一尺寸時，散熱器150抵靠於隔板141的第一階梯面1431，如第2A圖中的虛線所示。請參照第2D圖，其為第2B圖沿著線C-C的剖面示意圖。當功率元件130具有第一尺寸時，散熱器150抵靠於隔板141的第一階梯面1431。

請參照第2C圖，其為第2B圖中的第一尺寸散熱器150組裝於基座140後沿著線A-A的剖面示意圖。散熱器150設置在隔板141與底板142之間，且散熱器150之上表面151可藉由多個第一固定元件152(例如螺釘)固定在隔板141的第一階梯面1431，以使散熱器150固定於基座140上，且散熱器150的上表面151抵靠於隔板141的第一階梯面1431。

在一實施例中，散熱器150之上表面151可藉由導熱膠與第一尺寸功率元件130之下表面131直接接觸，以吸收第一尺寸功率元件130產生的廢熱。第一尺寸功率元件130通過開口144直接貼附在散熱器150上，可使熱傳導具有最佳且最短的有效散熱路徑。另外，底板142可與散熱器150底部接觸，以增加散熱面積。散熱器150例如是散熱鰭片，為了增加散熱效能，基座140內更可設置一主動散熱元件146(參見第2B圖)，例如風扇，透過風扇產生的氣流可將散熱鰭片吸收的熱帶走，以達到冷卻的效果。

請參照第2C圖，在此實施例中，第一尺寸功率元件130具有一第一厚度T1，且隔板141的第一階梯面1431位於一第一水平高度，其中隔板141的第一階梯面1431相對於電路板120具有第一高度H1。其中，第一高度H1相當於第一厚度T1。

請參照第3A及3B圖，其為第二尺寸功率元件130’及其對應的第二尺寸散熱器150’組裝於本發明實施例的功率轉換器100的基座140的示意圖。當功率元件130’具有一第二尺寸時，散熱器150’抵靠於隔板141的第二階梯面1432，如第3A圖中的虛線所示，其中第一尺寸不同於第二尺寸，也就是說，功率元件130’具有一第二厚度T2，第二厚度T2不同於功率元件130的第一厚度T1。請參照第3D圖，其為第3B圖沿著線C-C的剖面示意圖。當功率元件130’具有第二尺寸時，散熱器150’抵靠於隔板141的第二階梯面1432。

請參照第3C圖，其為第3B圖中的第二尺寸散熱器150’組裝於基座140後沿著線B-B的剖面示意圖。散熱器150’設置在隔板141與底板142之間，且散熱器150’之上表面151可藉由多個第二固定元件153(例如螺釘)固定在隔板141的第二階梯面1432，以使散熱器150’固定於基座140上，且散熱器150’的上表面151抵靠於隔板141的第二階梯面1432。

第3C圖與第2C圖不同之處在於：第二尺寸功率元件130’具有第二厚度T2，散熱器150’的抵靠於隔板141的第二階梯面1432，且隔板141的第二階梯面1432位於一第二水平高度，其中隔板141的第二階梯面1432相對於電路板120具有第二高度H2，第二高度H2不同於隔板141的第一階梯面1431相對於電路板120的第一高度H1。其中，第二高度H2相當於第二厚度T2。

在上述二實施例中，第一尺寸功率元件130例如為以Easy Pack包裝的功率元件，其厚度T1例如為12mm，而第二尺寸功率元件130’例如為以Econo Pack包裝的功率元件，其厚度T2例如為17mm(大於第一尺寸功率元件130的厚度T1)。由於功率元件130、130’是設置於電路板120，而電路板120組裝在基座140上。由於電路板120組裝在基座140的固定位置，因此當不同厚度的功率元件130、130’通過電路板120組裝在基座140時，功率元件130、130’的下表面位於不同水平高度，如第2C及3C圖所示。

為了達到可共用基座140的目的，本發明實施例提出不同水平高度的多個階梯面1431、1432分別對應不同厚度的功 率元件130、130’，使散熱器150、150’可分別抵靠於對應的階梯面1431、1432上，使功率元件130、130’的通過開口144直接與散熱器接觸，以達到散熱效果。如此不需再針對不同尺寸的功率元件130、130’設計不同的基座140，以便達到基座140共用與減少模具數量之目的。

上述實施例是以兩個階梯面為例，然本發明不限於此，可根據功率元件的不同尺寸，設計對應數量的階梯面。例如，若功率元件具有四種不同的尺寸，則在一實施例中，基座140可具有四個位於不同水平高度的階梯面。

請參照第1A圖及第4圖，其中第4圖繪示第3B圖中的第二尺寸散熱器150’組裝於基座140後沿著線D-D的剖面示意圖。在一實施例中，隔板141例如包括多個防護牆148，圍繞開口144周圍，且防護牆148朝向電路板120的方向凸起，以使電路板120組裝於基座140的隔板141上方時，防護牆148可位於電路板120與隔板141之間的間隙中。在一實施例中，一般功率轉換器為了通過零件破壞實驗，會在功率元件上增加一防爆片，用來防止火花噴濺，然而，如爆破時能量太強，防爆片會抵擋不住而破裂喪失保護的功能。本實施例之基座140除了在開口144周圍設置防護牆148，以避免火花噴濺，更可藉由設置於開口144周圍的階梯面143將能量宣洩至一安全緩衝區154內(參見第4圖，例如位於第一階梯面1431與散熱器150’的上表面151之間)，減少因爆破而產生的能量，同時能降低防爆片破裂的風險。

此外，電路板120上電子元件與散熱器150、150’有相關的空間距離與爬電距離的安全規範，本實施例之基座140於開口144周圍設置多個階梯面143可使空間距離與爬電距離增加(例如可沿著第4圖中安全緩衝區154的側壁佈線)，可以更有效的利用電路板120的佈線空間使電路板120的體積縮小。

本發明上述實施例所揭露之適合不同尺寸功率元件的功率轉換器，可在不變更基座尺寸的情況下適用不同尺寸厚度的功率元件，滿足市場需求增加市場競爭力。也就是說，散熱器是根據功率元件的尺寸而決定抵靠於隔板的第一階梯面或第二階梯面。此外，本裝置可在不變更基座尺寸的情況下適用不同尺寸厚度的功率元件，不會增加基座模具數量、製造難度與製造成本，也不會增加產品組裝困難度，進而達到基座共用與減少模具數量之目的。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

1. 一種適用不同尺寸功率元件之功率轉換器，包括：一基座，該基座具有一隔板以及一開口，該隔板具有一第一階梯面及一第二階梯面，其中該第一階梯面及該第二階梯面位於不同的水平高度；一散熱器，組裝於該基座，並抵靠於該隔板的該第一階梯面及該第二階梯面中的其中之一；一電路板，組裝於該基座；以及一功率元件，設置於該電路板上，並通過該開口與該散熱器接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之功率轉換器，其中該散熱器根據該功率元件的尺寸而決定抵靠於該隔板的該第一階梯面或該第二階梯面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之功率轉換器，其中當該功率元件具有一第一尺寸時，該散熱器抵靠於該隔板的該第一階梯面，當該功率元件具有一第二尺寸時，該散熱器抵靠於該隔板的該第二階梯面，其中該第一尺寸不同於該第二尺寸。
4. 如申請專利範圍第1項所述之功率轉換器，其中該功率元件的尺寸包含一第一厚度或一第二厚度，該第一厚度不同於該第二厚度，其中該第一階梯面相對於該電路板具有一第一高度，該第一高度對應於該第一厚度，其中該第二階梯面相對於該 電路板具有一第二高度，該第二高度對應於該第二厚度，該第一高度不同於該第二高度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之功率轉換器，其中該第一階梯面相對於該電路板具有一第一高度，該第二階梯面相對於該電路板具有一第二高度，其中該第一高度不同於該第二高度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之功率轉換器，更包括複數個固定元件，用於將該散熱器固定於該隔板上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之功率轉換器，其中當該功率元件具有一第一尺寸時，該電路板組裝於該基座的一固定位置上，當該功率元件具有一第二尺寸時，該電路板組裝於該基座的該固定位置上，其中該第一尺寸不同於該第二尺寸。
8. 如申請專利範圍第1項所述之功率轉換器，其中該隔板更包括複數個防護牆，圍繞該開口周圍，且位於該電路板與該隔板之間的間隙中。