TWM639719U - 電源供應器、電源供應電路板及同步整流電路板 - Google Patents

Abstract

一種電源供應器包括電源供應電路板與同步整流電路板，電源供應電路板包括轉換電路、控制器及第一連接埠，且同步整流電路板包括同步整流模組與第二連接埠。控制器用以控制轉換電路的功率開關導通/關斷，且同步整流模組用以基於功率開關的導通/關斷而控制同步整流模組的同步整流開關同步地關斷/導通，或同步地導通/關斷。同步整流模組係通過第二連接埠插接於第一連接埠而電性連接轉換電路，使得轉換電路受控於控制器與同步整流模組而轉換輸入電壓為輸出電壓。

Description

電源供應器、電源供應電路板及同步整流電路板

本新型係有關一種電源供應器、電源供應電路板及同步整流電路板，尤指一種使用插接式電路板的之電源供應器、電源供應電路板及插接式同步整流電路板。

隨著科技及技術的發展，越來越多的電子設備需要電源供應器來對其供電。因此電源供應器的設計與應用越來越獲得重視，尤其是在電源供應器的功率密度與設計效率方面，更是電源供應器設計的重點。請參閱圖1為習知的電源供應器電路方塊圖，習知的電源供應器100通常包括了轉換電路，且轉換電路用以轉換輸出電壓Vo對負載200供電。為了使轉換電路可以提升效率，且節省功率消耗，電源供應器100通常會包括同步整流模組30。

同步整流模組30通常需要精準的偵測開關二端的電壓才能有穩定的控制與高效能的表現。然而，在電源供應器100上除了包括同步整流模組30外，還會包括其他的電子元件。除了會造成電源供應器100元件配置擁擠外，電子元件電力相互傳輸的影響，恐會致使雜訊去干擾開關二端的電壓，導致同步整流模組30的控制不夠精準。另外一方面，若是電源供應器100無同步整流需求，則此同步整流模組30並無功用，造成電路板的空間浪費，無法提升電源供應器100的功率密度，且造成電源供應器100額外的電路成本。或者，必須要額外設計無同步整流模組30的電源供應器100，造設額外設計的困擾。

所以，如何設計出一種電源供應器、電源供應電路板及同步整流電路板，來節省電路板的空間，提升電源供應器的功率密度，乃為本案創作人所欲行研究的一大課題。

為了解決上述問題，本新型係提供一種使用插接式電路板的電源供應器，以克服習知技術的問題。因此，本新型的電源供應器包括電源供應電路板與同步整流電路板，電源供應電路板包括轉換電路、控制器及第一連接埠，且同步整流電路板包括同步整流模組及第二連接埠。轉換電路包括功率開關，且轉換電路的輸入端用以接收輸入電壓。控制器電性連接功率開關，且用以控制功率開關導通/關斷。第一連接埠電性連接轉換電路，且同步整流電路板係插接於第一連接埠。同步整流模組包括同步整流開關，且用以基於功率開關的導通/關斷而控制同步整流開關同步地關斷導通，或同步地導通/關斷。第二連接埠配置於同步整流電路板的一端，且電性連接同步整流模組，第二連接埠用以插接於第一連接埠。其中，同步整流模組係通過第二連接埠插接於第一連接埠而電性連接轉換電路，使得轉換電路受控於控制器與同步整流模組而轉換輸入電壓為輸出電壓。

為了解決上述問題，本新型係提供一種使用插接式電路板的電源供應電路板，以克服習知技術的問題。因此，本新型電源供應電路板包括輸入埠、轉換電路、控制器、輸出埠及第一連接埠。輸入埠用以接收輸入電壓，轉換電路包括初級側電路、次級側電路及隔離變壓器，且轉換電路的輸入端電性連接輸入埠。初級側電路包括功率開關，且隔離變壓器電氣隔離初級側電路與次級側電路。控制器電性連接功率開關，且用以控制功率開關導通/關斷。輸出 埠電性連接轉換電路的輸出端，且用以提供輸出電壓。第一連接埠電性連接次級側電路。其中，第一連接埠用以供模組化電路板插接，使得轉換電路受控於控制器與模組化電路板而轉換輸入電壓為輸出電壓。

為了解決上述問題，本新型係提供一種插接式同步整流電路板，以克服習知技術的問題。因此，本新型同步整流電路板係插接於電源供應電路板的第一連接埠，且電源供應電路板用以轉換輸入電壓為輸出電壓。同步整流電路板包括同步整流模組與第二連接埠。同步整流模組包括同步整流開關，且用以基於電源供應電路板的功率開關的導通/關斷而控制同步整流開關同步地關斷/導通，或同步地導通/關斷。第二連接埠配置於同步整流電路板的一端，且電性連接同步整流模組，第二連接埠用以插接於第一連接埠。其中，同步整流模組係通過第二連接埠插接於第一連接埠而電性連接電源供應電路板的次級側電路，使得轉換電路受控於控制器與同步整流模組而轉換輸入電壓為輸出電壓。

本新型之主要目的及功效在於，在電源供應器中，由於同步整流電路板被設計為獨立的電路板，因此可以省去原先配置於電源供應電路板的空間，提高空間利用率，進而可達到縮小電源供應系統的面積，提高功率密度要求的功效。

為了能更進一步瞭解本新型為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本新型之詳細說明與附圖，相信本新型之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本新型加以限制者。

100:電源供應器

2:電源供應電路板

20:轉換電路

Q:功率開關

202:初級側電路

204:次級側電路

206:隔離變壓器

22:控制器

24:第一連接埠

242:第一接腳

244:第二接腳

246:第三接腳

26:輸入埠

28:輸出埠

3:同步整流電路板

30:同步整流模組

302:同步整流開關

304:同步整流控制器

32:第二連接埠

200:負載

Vin:輸入電壓

Vo:輸出電壓

Vd:電壓

PWM:脈寬調變訊號

Sf:訊號

Sc:控制訊號

So:外部訊號

圖1為習知的電源供應器電路方塊圖；圖2為本新型使用插接式電路板的電源供應器之電路方塊圖；圖3為本新型適用插接式電路板的電源供應電路板之電路方塊圖；圖4A為本新型同步整流電路板第一實施例之電路方塊圖；及圖4B為本新型同步整流電路板第二實施例之電路方塊圖。

茲有關本新型之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請參閱圖2為本新型使用插接式電路板的電源供應器之電路方塊圖。電源供應器100包括電源供應電路板2與同步整流電路板3，電源供應電路板2包括轉換電路20、控制器22及第一連接埠24，且同步整流電路板3包括同步整流模組30與第二連接埠32。轉換電路20配置於電源供應電路板2，且包括輸入端與輸出端。輸入端用以接收輸入電壓Vin，且輸出端用以提供輸出電壓Vo。轉換電路20可以為切換式轉換電路(例如buck、flyback等轉換電路)，且包括功率開關Q。控制器22配置於電源供應電路板2且電性連接轉換電路20。其中，控制器22主要係電性連接轉換電路20的功率開關Q，且通過控制功率開關Q的導通/關斷來控制轉換電路20。第一連接埠24配置於電源供應電路板2，且電性連接轉換電路20。電源供應器100係電性連接負載200，且提供輸出電壓Vo對負載200供電。

同步整流電路板3為插接式的電路板，主要是將同步整流功能的電路獨立為一塊獨立的電路板，且同步整流電路板3係插接於電源供應電路板2，以使電源供應器100具有同步整流的功能。具體的，同步整流模組30配置於 同步整流電路板3，且同步整流模組30包括同步整流開關302。同步整流模組30用以基於功率開關Q的導通/關斷而控制同步整流開關302同步地關斷/導通，或同步地導通/關斷(取決於電路架構的不同)，以提供同步整流的功能。第二連接埠32配置於同步整流電路板3的一端，且電性連接同步整流模組30。其中，第二連接埠32用以插接於第一連接埠24，以通過插接的方式將同步整流模組30電性連接轉換電路20，使得轉換電路20受控於控制器22與同步整流模組30而轉換輸入電壓Vin為輸出電壓Vo。

具體地，功率開關Q受控於控制器22而持續地導通/關斷，且同步整流開關302受控於同步整流模組30與功率開關Q的導通/關斷而同步的關斷/導通，或同步地導通/關斷，使得轉換電路20可受控於控制器22與同步整流模組30而轉換輸入電壓Vin為輸出電壓Vo。較佳的，同步整流電路板3可以設計為垂直插設於電源供應電路板2，較不易阻擋各個元件的配置，設計上也較為方便。另外一方面，由於同步整流電路板3被設計為獨立的電路板，因此可以省去原先配置於電源供應電路板2的空間，提高空間利用率，縮小電源供應器100的面積，達到高功率密度的要求。

除此之外，由於電源供應器100的規格眾多。每種規格通常所適用的同步整流電路板3也不盡相同，主要需要因應電源供應器100的規格而選擇耐壓/耐流合乎規格的同步整流開關302。若使用插接式的同步整流電路板3，則可以因應電源供應器100的規格來替換耐壓/耐流合乎規格的同步整流開關302，整體電源供應器100的設計也更為彈性及便利，使設計上不需重複設計與布線。在電路散熱方面，由於同步整流電路板3被設計為獨立的電路板，因此可以由同步整流電路板3的基板(即PCB銅箔)自行散熱，而不是如同習知的電源供應器，整個電路僅使用單片主電路板進行散熱，造成散熱不良，還需額外裝設散熱片的狀況。

請參閱圖3為本新型適用插接式電路板的電源供應電路板之電路方塊圖，負配合參閱圖2。電源供應電路板2除了包括轉換電路20、控制器22及第一連接埠24外，更包括輸入埠26與輸出埠28。輸入埠26通常可配置在電源供應電路板2的一側，且電性連接轉換電路20的輸入端。輸入埠26用以接收輸入電壓Vin，以提供輸入電壓Vin至轉換電路20的輸入端。輸出埠28通常可配置在電源供應電路板2的另一側，且電性連接轉換電路20的輸出端與負載200。轉換電路20的輸出端提供輸出電壓Vo至輸出埠28，以通過輸出埠28將輸出電壓Vo提供至負載200。

轉換電路20較佳的可以為隔離式轉換電路，且轉換電路20包括初級側電路202、次級側電路204及隔離變壓器206。初級側電路202與次級側電路204配置於該電源供應電路板2，且隔離變壓器206電氣隔離初級側電路202與次級側電路204。初級側電路202通常可配置於隔離變壓器206與輸入埠26之間，且次級側電路204通常可配置於隔離變壓器206與輸出埠28之間。控制器22可以配置於電源供應電路板2，且電性連接轉換電路20的功率開關Q。控制器22可以基於轉換電路20輸出端所回授的訊號Sf(輸出端與控制器22之間可包括或不包括回授電路)來提供脈寬調變訊號PWM至功率開關Q，以控制功率開關Q的導通/關斷。第一連接埠24配置於電源供應電路板2，且電性連接次級側電路204。第一連接埠24用供模組化電路板插接(即可以是插接同步整流電路板3，亦或是其他功能的電路板)，使得次級側電路204與模組化電路板電性連接。

具體的，第一連接埠24通常可配置於隔離變壓器206與輸出埠28之間，且第一連接埠24包括第一接腳242與第二接腳244。第一接腳242電性連接隔離變壓器206，且第二接腳244電性連接輸出埠28。以模組化電路板為同步整流電路板3為例，第一接腳242可以電性連接隔離變壓器206的次級側，以接收由初級側耦合至次級側的能量。第二接腳244可以電性連接輸出埠28，以提 供輸出電壓Vo。同步整流電路板3的同步整流開關302可電性連接第一接腳242與第二接腳244之間，以基於第一接腳242與第二接腳244之間的電壓Vd，控制同步整流開關302關斷/導通。另外一方面，以模組化電路板為非同步整流電路板電路板為例。非同步整流電路板電路板可以通過內部的二極體(圖未示)來提供非同步整流的功能，即可使此電源供應器100不具有同步整流的功能，二極體係基於二端的電壓高低而自然的順偏導通或逆偏截止。然而，由於例利用同步整流開關302取代二極體，可以達到減小功率損耗的目的，因此使用同步整流電路板3為較佳的實施方式。

值得一提，同步整流電路的同步整流操作通常較為簡易的為偵測同步整流開關302二端的電壓Vd，但其僅為較佳的實施方式。同步整流電路還可以利用各種習知的偵測方式(例如但不限於偵測功率開關Q電壓、流過同步整流開關302的電流等方式)。如此，則第一連接埠24可以包括第三接腳246。第三接腳246用以電性連接轉換電路20的偵測點位，用以偵測相應於功率開關Q導通/關斷的訊號而提供至同步整流電路板3。此外，由於次級側電路204的電路結構會因應轉換電路20的不同而有所不同，在此僅出示最基礎且簡易的次級側電路204結構，其電路結構並不以圖3為限。

請參閱圖4A為本新型同步整流電路板第一實施例之電路方塊圖、圖4B為本新型同步整流電路板第二實施例之電路方塊圖，負配合參閱圖2~3。在圖4A中，同步整流電路板3係插接於電源供應電路板2的第一連接埠24，以提供電源供應器100同步整流的功能。同步整流模組30除了包括同步整流開關302外，更包括同步整流控制器304。同步整流控制器304用以偵測該同步整流開關302二端的電壓Vd，且基於電壓Vd提供控制訊號Sc控制同步整流開關302的關斷/導通。圖4B與圖4A差異在於，同步整流控制器304用以接收外部訊號So，以基於外部訊號So控制同步整流開關302的關斷導通。外部訊號So可以由第一連 接埠24的第三接腳246提供，且外部訊號So主要是相應於功率開關Q導通/關斷的訊號。

進一步而言，由於同步整流的功能需要偵測精準的電壓Vd才能有穩定的控制與高效能的表現，且同步整流控制器304與同步整流開關302之間的路徑越短，則受到雜訊干擾的影響越低。因此，使用獨立的電路板構成同步整流模組30可以讓同步整流的偵測及控制的路徑盡可能的縮短，以達到控制及偵測得以最佳化，達到最高效能的表現。值得一提，於本新型之一實施例中，由於同步整流模組30的電路結構會因應轉換電路20的不同而有所不同。例如但不限於，同步整流模組30基於轉換電路20的不同，可能會包括二個以上的同步整流開關302，等不同的電路結構。因此，在此僅出示最基礎且簡易的同步整流模組30結構，其電路結構並不以圖4A~4B為限。

惟，以上所述，僅為本新型較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本新型之特徵並不侷限於此，並非用以限制本新型，本新型之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本新型申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本新型之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本新型之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

100:電源供應器

2:電源供應電路板

20:轉換電路

Q:功率開關

22:控制器

24:第一連接埠

3:同步整流電路板

30:同步整流模組

302:同步整流開關

32:第二連接埠

200:負載

Vin:輸入電壓

Vo:輸出電壓

Claims (14)

1. 一種電源供應器，包括：一電源供應電路板，包括：一轉換電路，包括一功率開關，且該轉換電路的輸入端用以接收一輸入電壓；一控制器，電性連接該功率開關，且用以控制該功率開關導通/關斷；及一第一連接埠，電性連接該轉換電路；及一同步整流電路板，係插接於該第一連接埠，且包括：一同步整流模組，包括一同步整流開關，且用以基於該功率開關的導通/關斷而控制該同步整流開關同步地關斷/導通，或同步地導通/關斷；及一第二連接埠，配置於該同步整流電路板的一端，且電性連接該同步整流模組，該第二連接埠用以插接於該第一連接埠；其中，該同步整流模組係通過該第二連接埠插接於該第一連接埠而電性連接該轉換電路，使得該轉換電路受控於該控制器與該同步整流模組而轉換該輸入電壓為一輸出電壓。
2. 如請求項1所述之電源供應器，更包括：一輸入埠，電性連接該轉換電路的輸入端，且用以接收該輸入電壓；及一輸出埠，電性連接該轉換電路的輸出端，且用以提供該輸出電壓。
3. 如請求項2所述之電源供應器，其中該轉換電路為隔離式轉換電路，且包括電氣隔離該轉換電路的一初級側電路與一次級側電路的一隔離變壓器。
4. 如請求項3所述之電源供應器，其中該第一連接埠包括：一第一接腳，電性連接該隔離變壓器；及 一第二接腳，電性連接該輸出埠。
5. 如請求項4所述之電源供應器，其中該初級側電路配置於該隔離變壓器與該輸入埠之間，且該次級側電路與該第一連接埠配置於該隔離變壓器與該輸出埠之間。
6. 如請求項1所述之電源供應器，其中該同步整流模組更包括：一同步整流控制器，用以偵測該同步整流開關二端的一電壓；其中，該同步整流控制器基於該電壓控制該同步整流開關的關斷/導通。
7. 如請求項1所述之電源供應器，其中該同步整流電路板係垂直插設於該電源供應電路板。
8. 一種電源供應電路板，包括：一輸入埠，用以接收一輸入電壓；一轉換電路，包括一初級側電路、一次級側電路及一隔離變壓器，且該轉換電路的輸入端電性連接該輸入埠；該初級側電路包括一功率開關，且該隔離變壓器電氣隔離該初級側電路與該次級側電路；一控制器，電性連接該功率開關，且用以控制該功率開關導通/關斷；一輸出埠，電性連接該轉換電路的輸出端，且用以提供一輸出電壓；及一第一連接埠，電性連接該次級側電路；其中，該第一連接埠用以供一模組化電路板插接，使得該轉換電路受控於該控制器與該模組化電路板而轉換該輸入電壓為一輸出電壓。
9. 如請求項8所述之電源供應電路板，其中該模組化電路板為一同步整流電路板，該同步整流電路板的一同步整流開關基於該功率開關的導通/關斷而同步地關斷/導通，或同步地導通/關斷。
10. 如請求項8所述之電源供應電路板，其中該模組化電路板為一非同步整流電路板電路板，該非同步整流電路板的一二極體基於二端的一電壓高低而順偏導通或逆偏截止。
11. 如請求項8所述之電源供應電路板，其中該第一連接埠包括：一第一接腳，電性連接該隔離變壓器；及一第二接腳，電性連接該輸出埠。
12. 如請求項8所述之電源供應電路板，其中該初級側電路配置於該隔離變壓器與該輸入埠之間，且該次級側電路與該第一連接埠配置於該隔離變壓器與該輸出埠之間。
13. 一種同步整流電路板，係插接於一電源供應電路板的一第一連接埠，且該電源供應電路板用以轉換一輸入電壓為一輸出電壓，該同步整流電路板包括：一同步整流模組，包括一同步整流開關，且用以基於該電源供應電路板的一功率開關的導通/關斷而控制該同步整流開關同步地關斷/導通，或同步地導通/關斷；一第二連接埠，配置於該同步整流電路板的一端，且電性連接該同步整流模組，該第二連接埠用以插接於該第一連接埠；其中，該同步整流模組係通過該第二連接埠插接於該第一連接埠而電性連接該電源供應電路板的一次級側電路，使得該電源供應電路板的一轉換電路受控於該電源供應電路板的一控制器與該同步整流模組而轉換該輸入電壓為一輸出電壓。
14. 如請求項13所述之同步整流電路板，其中該同步整流模組更包括： 一同步整流控制器，用以偵測該同步整流開關二端的一電壓；其中，該同步整流控制器基於該電壓控制該同步整流開關的關斷/導通。

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