TWI784741B - 電源適配器 - Google Patents

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劉家樺
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Abstract

一種電源適配器，包括電路板、電磁干擾濾波器、屏蔽 件、功率因數校正電感、變壓器以及多個發熱元件。電路板具有相對的正面及背面、相互平行的第一長邊與第二長邊，且電路板的正面在第一長邊的延伸方向上依序區分為第一區、第二區及第三區。電磁干擾濾波器配置於第一區且靠近第一長邊。屏蔽件配置於第一區且靠近電磁干擾濾波器。功率因數校正電感配置於第一區且靠近第二長邊。功率因數校正電感具有第一長軸。變壓器配置於第三區且靠近第一長邊。變壓器具有第二長軸，第一長軸垂直於第二長軸。多個發熱元件設置於電路板的背面。

Description

電源適配器
本發明是有關於一種電源，且特別是有關於一種電源適配器。
電源適配器被廣泛的應用於筆記型電腦或是遊戲機等攜帶型的電子產品，其功率取決於電源適配器內部所配置的功率因數校正電晶體、橋式整流器、功率因數校正電感、電容以及變壓器等電子元件的電性參數與尺寸規格。
隨著科技的進步與發展，消費者對於筆記型電腦或遊戲機等電子產品越來越要求輕薄短小的特性。因此，如何在不影響電源適配器功率的情況下縮減電源適配器的整體體積，以達到電子產品輕薄短小的特性並符合消費者的需求，將會是一個研究方向。
本發明提供一種電源適配器，可以有效地提升電路板的空間利用率與功率密度。
本發明的電源適配器包括一電路板、一電磁干擾濾波器、一屏蔽件、一功率因數校正電感、一變壓器以及多個發熱元件。電路板具有相對的一正面及一背面、相互平行的一第一長邊與一第二長邊，且電路板的正面在第一長邊的延伸方向上依序區分為一第一區、一第二區及一第三區。電磁干擾濾波器配置於電路板的第一區且靠近第一長邊。屏蔽件配置於電路板的第一區且靠近電磁干擾濾波器。功率因數校正(Power Factor Correction，PFC)電感配置於電路板的第一區且靠近第二長邊。功率因數校正電感具有一第一長軸。變壓器配置於電路板的第三區且靠近第一長邊。變壓器具有一第二長軸，其中功率因數校正電感的第一長軸垂直於變壓器的第二長軸。多個發熱元件設置於電路板的背面。
在本發明的一實施例中，上述的電源適配器更包括一第一電容，配置於電路板上橫跨第二區與第三區的位置且靠近第二長邊。
在本發明的一實施例中，上述的電源適配器，其中第一電容具有一第三長軸。第一電容的第三長軸垂直於變壓器的第二長軸。
在本發明的一實施例中，上述的電源適配器更包括一第二電容、一半橋共振電容及一半橋共振電感，配置於電路板的第二區且位於電磁干擾濾波器及變壓器之間。
在本發明的一實施例中，上述的電源適配器，其中第二電容靠近第一長邊，半橋共振電容較第二電容遠離第一長邊，且 半橋共振電感位於第二電容及半橋共振電容之間。
在本發明的一實施例中，上述的電源適配器，其中半橋共振電容包括一第四長軸，半橋共振電感包括一第五長軸。第四長軸垂直於第五長軸。
在本發明的一實施例中，上述的電源適配器，其中第五長軸平行於第二長軸。
在本發明的一實施例中，上述的電源適配器，其中發熱元件包括一橋式整流開關、一功率因數校正電晶體及/或一半橋共振電晶體，且橋式整流開關位於對應於第一區的背面。
在本發明的一實施例中，上述的電源適配器，更包括一輸入插頭，其中電路板具有相互平行的一第一短邊及一第二短邊。輸入插頭位在電路板的第一區，且靠近第一長邊及第一短邊。屏蔽件呈L型，位於電磁干擾濾波器及功率因數校正電感之間，也位於電磁干擾濾波器及變壓器之間。
在本發明的一實施例中，上述的變壓器更包括一線架、一線圈、一磁芯以及一絕緣罩。線架具有一第一端及一第二端。第一端設有一第一接腳部，第二端設有一繞線鉤部。線圈繞設於線架，且線圈具有一輸入端及一輸出端。輸入端與第一接腳部電性連接，輸出端與繞線鉤部接觸。磁芯與線架及線圈相互組合。絕緣罩套設於線架及磁芯外側。絕緣罩設有與該第一接腳部相對應的一第二接腳部，其中線圈的輸出端與繞線鉤部接觸後，經過絕緣罩，再連接至第二接腳部。
基於上述，在本發明的電源適配器中，電磁干擾濾波器和功率因數校正電感位於第一區，屏蔽件配置於電路板的第一區且靠近電磁干擾濾波器。變壓器位於第三區靠近電路板的第一長邊，功率因數校正電感的第一長軸和變壓器的第二長軸互相垂直。發熱元件設置於電路板的背面。這樣的設計可以使得本發明的電源適配器能夠在不影響功率的情況下縮減整體體積，提升電路板的空間利用率以達到電子產品輕薄短小的特性並符合消費者的需求。
100:電源適配器
110:電路板
110F:正面
110B:背面
111:第一短邊
112:第一長邊
113:第二短邊
114:第二長邊
115:第一區
116:第二區
117:第三區
120:電磁干擾濾波器
130:屏蔽件
140:功率因數校正電感
140L:第一長軸
150:變壓器
150L:第二長軸
1501:線架
1501A:第一端
1502B:第二端
1502:線圈
1502A:輸入端
1502B:輸出端
1503:磁芯
1504:絕緣罩
1505:第一接腳部
1506:繞線鉤部
1507:第二接腳部
160:第一電容
160L:第三長軸
170:第二電容
180:半橋共振電容
180L:第四長軸
190:半橋共振電感
190L:第五長軸
200:輸入插頭
210:橋式整流開關
220:功率因數較正電晶體
230:半橋共振電晶體
圖1是依照本發明的一實施例的一種電源適配器的正面的示意圖。
圖2是圖1的電源適配器的背面的示意圖。
圖3是圖1的電源適配器的變壓器的示意圖。
圖4是圖3的變壓器的爆炸圖。
圖5是圖3的變壓器的剖面圖。
圖1是依照本發明的一實施例的一種電源適配器的正面的示意圖，請參考圖1。在本實施例中，電源適配器100包括一電路板110，電路板110具有相對應的一正面110F以及一背面 110B(圖2)。
此外，電路板110還具有相互平行的一第一長邊112和一第二長邊114，以及相互平行的一第一短邊111和一第二短邊113。如圖1所示，電路板110沿第一長邊112和第二長邊114的方向可依序分為一第一區115、一第二區116以及一第三區117。在本實施例中，第一區115大於第三區117，且第三區117大於第二區116。
電源適配器100還包括設置在電路板110的正面110F上的一電磁干擾濾波器120、一屏蔽件130、一功率因數校正電感140、一變壓器150、一第一電容160、一第二電容170、一半橋共振電容180和一半橋共振電感190。
在本實施例中，電磁干擾濾波器120設置在電路板110的第一區115靠近第一長邊112的位置。功率因數校正電感140設置在電路板110的第一區115靠近第二長邊114的位置。功率因數校正電感140具有一第一長軸140L。功率因數校正電感140的第一長軸140L平行於第二長邊114，而可降低功率因數校正電感140在電路板110的短邊方向上佔有的空間。
變壓器150設置在電路板110的第三區117靠近第一長邊112的位置。變壓器150具有一第二長軸150L。變壓器150的第二長軸150L垂直於功率因數校正電感140的第一長軸140L，而可降低變壓器150在電路板110的長邊方向上佔有的空間。
也就是說，電源適配器100利用將尺寸較大的功率因數 校正電感140與變壓器150，以第二長軸150L垂直於第一長軸140L的形式配置在電路板110的正面110F上，可增加電路板110在長邊方向或是短邊方向上可利用的空間。
此外，在本實施例中，屏蔽件130配置於第一區115靠近電磁干擾濾波器120的位置，且位於電磁干擾濾波器120和功率因數校正電感140之間以及電磁干擾濾波器120和半橋共振電感190之間，用以阻擋功率因數校正電感140、變壓器150和半橋共振電感190所發出的雜訊。屏蔽件130例如呈L型，但在其他實施例中，屏蔽件130也可以是環型或是其他形狀。
電源適配器100的元件佈局可以是先設計上述尺寸較大的元件要如何配置在電路板110上之後，再來設計尺寸較小的第一電容160、第二電容170、半橋共振電容180和半橋共振電感190要如何配置在電路板110上，以提升電路板110上元件配置密度。
在本實施例中，第一電容160設置在電路板110橫跨第二區116和第三區117且靠近第二長邊114的位置。此外，第一電容160具有一第三長軸160L，第三長軸160L垂直於變壓器150的第二長軸150L。
在本實施例中，第三長軸160L垂直於第二長軸150L的設計可以使變壓器150與第一電容160在電路板110的長邊方向上部分重疊，進而提升配置密度。
當然，在其他實施例中，第一電容160的第三長軸160L也可以平行於變壓器150的第二長軸150L，且第三長軸160L平 行於第一短邊111，此種設計是使變壓器150與第一電容160在電路板110的短邊方向上部分重疊，進而提升配置密度。
此外，第二電容170設置在電路板110的第二區116靠近第一長邊112的位置。半橋共振電容180設置在電路板110的第二區116，較第二電容170遠離第一長邊112的位置。半橋共振電感190設置在電路板110的第二區116，位於第二電容170及半橋共振電容180之間。
在本實施例中，半橋共振電容180和半橋共振電感190，分別具有一第四長軸180L和一第五長軸190L。半橋共振電容180的第四長軸180L平行於第一電容160的第三長軸160L。半橋共振電感190的第五長軸190L垂直於半橋共振電容180的第四長軸180L，且平行於變壓器150的第二長軸150L。
由圖1可見，半橋共振電容180設置在屏蔽件130與變壓器150之間，半橋共振電容180的長度僅略小於屏蔽件130與變壓器150之間的距離。也就是說，半橋共振電容180的長度相當接近第二區116在長邊方向上的長度。
在本實施例中，半橋共振電容180的第四長軸180L平行於第一電容160的第三長軸160L的設計可使半橋共振電容180能夠充分利用第二區在長邊方向上的長度，並減少半橋共振電容180佔據第二區的短邊方向上的空間。如此一來，第二區在短邊方向上的空間便可被讓出來，以供長度較大的半橋共振電感190配置。
另外，在本實施例中，電路板110具有一輸入插頭200， 位在電路板110的第一區115靠近第一長邊112和第一短邊111的位置。
圖2是圖1的電源適配器的背面的示意圖。請參閱圖2，在本實施例中，電源適配器100包括數個發熱元件，設置於電路板110的背面110B，這些發熱元件至少包括一橋式整流開關210、一功率因數校正電晶體220及/或一半橋共振電晶體230。由圖2可見，橋式整流開關210及功率因數校正電晶體220位於對應於第一區115的背面，而半橋共振電晶體230位於對應於第二區116的背面。
此外，發熱元件例如是透過金屬氧化物半導體(Metal-Oxide-Semiconductor,MOS)做為原料，相比於氮化鎵(Gallium Nitride,GaN)能夠有更便宜的製作成本。當然，發熱元件的種類與材料不以此為限制。
值得一提的是，舉例而言，本實施例的電源適配器100的尺寸大約為：長度113.5毫米，寬度64.5毫米，厚度23毫米。舊有的電源適配器的尺寸大約為：長度140.1毫米，寬度65.1毫米，厚度25.4毫米。因此，本實施例的電源適配器100縮小了約27.3%體積。而且，若假設本實施例的電源適配器100與舊有的電源適配器的功率皆為180W，則本實施例的電源適配器100的功率密度約為1.069(W/cm3)，舊有的電源適配器的功率密度則為0.777(W/cm3)。簡言之，本實施例的電源適配器100相較於舊有的電源適配器提升了大約37.58%的功率密度。
此外，需說明的是，在其他實施例中，本實施例的電源適配器100的詳細尺寸可以有些微誤差，且上述電源適配器100的功率與功率密度僅為舉例，本發明不對電源適配器100的詳細尺寸、功率以及功率密度加以限制。
本發明除了在電源適配器的配置有所精進外，也在變壓器方面進行改良。為了符合安規的絕緣距離，傳統用手工捆貼絕緣膠帶的方式，但這種方式加工困難，不利於量產也無法改良為自動化製程。請繼續看圖3至圖5，圖3是圖1的電源適配器的變壓器的示意圖。圖4是圖3的變壓器的爆炸圖。圖5是圖3的變壓器的剖面圖。要說明的是，圖3與圖4隱藏線圈，線圈僅在圖5表示。
請同時參考圖3至圖5。變壓器150包括一線架1501、一線圈1502(圖5)、兩磁芯1503(圖4)以及一絕緣罩1504。如圖4所示，兩磁芯1503穿設於線架1501的一中心孔。如圖3所示，磁芯1503(圖4)連同線架1501和線圈1502(圖5)被絕緣罩1504所套設。
線架1501具有一第一端1501A以及一第二端1501B。第一端1501A設有一第一接腳部1505，第二端1501B設有一繞線鉤部1506。絕緣罩1504設有一第二接腳部1507。
如圖5所示，線圈1502繞設於線架1501，線圈1502具有一輸入端1502A以及一輸出端1502B。線圈1502的輸入端1502A連接於線架1501的第一接腳部1505。線圈1502的輸出端1502B 繞過繞線鉤部1506越過絕緣罩1504後，再連接於絕緣罩1504的第二接腳部1507。
繞線鉤部1506使輸出端1502B能夠有效地和絕緣罩1504內部的線圈1502拉大間隔距離，除了能滿足安規對絕緣距離的要求以外，還能降低輸出端1502B和線圈1502相互接觸的機率。此外，變壓器150的絕緣罩1504可使輸出端1502B被保持於絕緣罩1504的外側，進一步避免輸出端1502B和線圈1502相互接觸。另一方面，絕緣罩1504可根據實際需求設置符合不同參數的第二接腳部1507，設計裕度及彈性大。
綜上所述，本發明的電源適配器在元件佈局上先對電磁干擾濾波器、屏蔽件、功率因數校正電感和變壓器這四個元件在電路板正面的位置和方向進行設計後，再安排較小型的電子元件，諸如第一電容、第二電容、半橋共振電容和半橋共振電感的位置及方向，並將發熱元件包括橋式整流開關、功率因數校正電晶體及/或一半橋共振電晶體設置於電路板的背面。如此一來，電源適配器便能夠在不影響功率的情況下縮減整體體積，提升電路板的空間利用率及功率密度，以達到電子產品輕薄短小的特性並符合消費者的需求。
此外，本發明電源適配器的變壓器透過絕緣罩和繞線鉤部等設計，讓線圈的輸出端與繞線鉤部接觸後，經過絕緣罩再連接至第二接腳，此種加工方式不僅較容易，能有效地增加連接至第二接腳的輸出端和線圈之間的安全距離，同時還能避免輸出端 和線圈相互接觸，進一步提升安全性。
100:電源適配器
110:電路板
110F:正面
111:第一短邊
112:第一長邊
113:第二短邊
114:第二長邊
115:第一區
116:第二區
117:第三區
120:電磁干擾濾波器
130:屏蔽件
140:功率因數校正電感
140L:第一長軸
150:變壓器
150L:第二長軸
160:第一電容
160L:第三長軸
170:第二電容
180:半橋共振電容
180L:第四長軸
190:半橋共振電感
190L:第五長軸
200:輸入插頭

Claims (9)

  1. 一種電源適配器，包括：一電路板，具有相對的一正面及一背面、相互平行的一第一長邊與一第二長邊，且該電路板的該正面在該第一長邊的延伸方向上依序區分為一第一區、一第二區及一第三區；一電磁干擾濾波器，配置於該電路板的該第一區且靠近該第一長邊；一屏蔽件，配置於該電路板的該第一區且靠近該電磁干擾濾波器；一功率因數校正(Power Factor Correction，PFC)電感，配置於該電路板的該第一區且靠近該第二長邊，該功率因數校正電感具有一第一長軸；一變壓器，配置於該電路板的該第三區且靠近該第一長邊，該變壓器具有一第二長軸，其中該功率因數校正電感的該第一長軸垂直於該變壓器的該第二長軸；以及多個發熱元件，設置於該電路板的該背面，其中該些發熱元件包括一橋式整流開關、一功率因數校正電晶體及/或一半橋共振電晶體，且該橋式整流開關位於對應於該第一區的該背面。
  2. 如請求項1所述的電源適配器，更包括一第一電容，配置於該電路板上橫跨該第二區與該第三區的位置且靠近該第二長邊。
  3. 如請求項2所述的電源適配器，其中該第一電容具有一第三長軸，該第一電容的該第三長軸垂直於該變壓器的該第二長軸。
  4. 如請求項1所述的電源適配器，更包括一第二電容、一半橋共振電容及一半橋共振電感，配置於該電路板的該第二區且位於該電磁干擾濾波器及該變壓器之間。
  5. 如請求項4所述的電源適配器，其中該第二電容靠近該第一長邊，該半橋共振電容較該第二電容遠離該第一長邊，且該半橋共振電感位於該第二電容及該半橋共振電容之間。
  6. 如請求項4所述的電源適配器，其中該半橋共振電容包括一第四長軸，該半橋共振電感包括一第五長軸，該第四長軸垂直於該第五長軸。
  7. 如請求項6所述的電源適配器，其中該第五長軸平行於該第二長軸。
  8. 如請求項1所述的電源適配器，更包括一輸入插頭，其中該電路板具有相互平行的一第一短邊及一第二短邊，該輸入插頭位在該電路板的該第一區，且靠近該第一長邊及該第一短邊，且該屏蔽件呈L型，位於該電磁干擾濾波器及該功率因數校正電感之間，也位於該電磁干擾濾波器及該變壓器之間。
  9. 如請求項1所述的電源適配器，該變壓器更包括： 一線架，具有一第一端及一第二端，該第一端設有一第一接腳部，該第二端設有一繞線鉤部；一線圈，繞設於該線架，該線圈具有一輸入端及一輸出端，該輸入端與該第一接腳部電性連接，該輸出端與該繞線鉤部接觸；一磁芯，與該線架及該線圈相互組合；以及一絕緣罩，套設於該線架及該磁芯外側，該絕緣罩設有與該第一接腳部相對應的一第二接腳部；其中，該線圈的該輸出端與該繞線鉤部接觸後，經過該絕緣罩，再連接至第二接腳部。
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