本發(fā)明是關(guān)于一種電源模塊及一種能量轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)：

以高功率密度、高轉(zhuǎn)換效率為特征的電源模塊廣泛應(yīng)用于通信、數(shù)據(jù)中心等系統(tǒng)主板上。隨著設(shè)計和生產(chǎn)水平的不斷提高，集成電路上可容納晶體管數(shù)量越來越多。集成電路中晶體管數(shù)量的增加帶來了更加強大的計算能力，與之同時勢必大大增加電路的能耗需求。與之對應(yīng)，電源模塊的功率也需要不斷提升以應(yīng)對負載的需求。

然而系統(tǒng)主板分配給電源模塊的空間資源有限，所以對電源模塊的功率密度要求也是不斷的提高。如圖1A所示，傳統(tǒng)的電源模塊10包含將功率元件20/磁性元件22固定在電路板40上，接著通過電源模塊10的引腳30焊接在目標主板50上為負載供電。由于功率元件20/磁性元件22，電路板40都是獨立的元件，因此需要通過如焊料25焊接的方式進行連接。此種連接會帶來額外的焊接/接觸電阻，如圖1B中的R1、R2、R3，在大電流輸出的情況下，焊接/接觸電阻所帶來的損耗不能被忽略。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上所列舉的問題，本發(fā)明提出一種將磁性元件以及引腳的一體化的設(shè)計，借以將焊接/接觸電阻最小化，同時兼顧到滿足高功率密度的需求，以滿足日益增長的大功率、大電流，高功率密度和高效能的結(jié)果。

本發(fā)明的一實施方式提出了一種電源模塊，包含磁性元件以及開關(guān)元件。磁性元件包含磁芯以及設(shè)置于磁芯的繞組，其中繞組的一端形成電源模塊的引腳與外部電性連接。開關(guān)元件則是電性連接于磁性元件。

于一或多個實施例中，磁芯包含上蓋板與下蓋板，繞組放置在由上蓋板與下蓋板所定義的通道中。

于一或多個實施例中，上蓋板與下蓋板定義至少兩通道于其間，繞組的 數(shù)量為至少兩個，繞組分別設(shè)置于通道中。

于一或多個實施例中，電源模塊包含功能電路板，開關(guān)元件設(shè)置于功能電路板上，繞組通過功能電路板與開關(guān)元件電性連接。

于一或多個實施例中，電源模塊可包含降壓(buck)電路、升壓(boost)電路、反激型變壓電路、或一LLC型變壓電路。

于一或多個實施例中，繞組的該端具有引腳部，該引腳部為該引腳發(fā)生形變的部分。

于一或多個實施例中，繞組的引腳部可供平貼式連接或直插式連接。

于一或多個實施例中，繞組的引腳部外露于磁芯。

于一或多個實施例中，該引腳部與該繞組為一體成型，或該引腳部由該繞組彎折而成。

于一或多個實施例中，繞組為金屬片或繞線。

于一或多個實施例中，磁性元件的數(shù)量為至少兩個，磁性元件為電感或變壓器。

本發(fā)明的另一實施方式為應(yīng)用前述的電源模塊的能量轉(zhuǎn)換裝置。

于一或多個實施例中，能量轉(zhuǎn)換裝置包含系統(tǒng)電路板，其中電源模塊設(shè)置于系統(tǒng)電路板上，繞組的該端連接于系統(tǒng)電路板。

相較于傳統(tǒng)需使用額外的獨立引腳連接電源模塊與外部電路，本發(fā)明的電源模塊中的磁性元件的繞組的一端可以直接作為電源模塊的輸入/輸出引腳，如電源模塊的輸入/輸出引腳為繞組形成，如此一來可以有效降低焊接/接觸電阻。

為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附圖式的詳細說明如下：

附圖說明

圖1A與圖1B分別為傳統(tǒng)的電源模塊應(yīng)用時的剖面示意圖以及等效電路示意圖。

圖2至圖4為本發(fā)明的電源模塊不同實施例的拆解圖。

圖5與圖6分別為本發(fā)明的一種能量轉(zhuǎn)換裝置不同實施例的剖面示意圖。

圖7至圖10分別為本發(fā)明的電源模塊應(yīng)用于不同實施例的系統(tǒng)的局部電 路圖。

圖11與圖12分別為本發(fā)明的電源模塊中的磁性元件不同實施例的拆解圖。

其中，附圖標記說明如下：

10：電源模塊

20：功率元件

22：磁性元件

25：焊料

30：引腳

40：電路板

50：目標主板

100：電源模塊

110：磁性元件

120：磁芯

122：下蓋板

124：上蓋板

126：通道

128：中柱

130、170、172、174：繞組

132、134：端

140：開關(guān)元件

150：功能電路板

160：系統(tǒng)電路板

200：能量轉(zhuǎn)換裝置

R1、R2、R3：電阻

具體實施方式

以下將以圖式及詳細說明闡述本發(fā)明的精神，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本發(fā)明的較佳實施例后，當可由本發(fā)明所教示的技術(shù)，加以改變及修飾，其并不脫離本發(fā)明的精神與范圍。

參照圖2，其為本發(fā)明的電源模塊一實施例的拆解圖。電源模塊100包含有磁性元件110、開關(guān)元件140、功能電路板150。磁性元件110包含有磁芯120以及設(shè)置于磁芯120的繞組130，其中繞組130的一端132形成電源模塊100的引腳，以與電源模塊100的外部電路電性連接，繞組130的另一端134亦可形成一引腳，本發(fā)明并不以此為限。開關(guān)元件140設(shè)置于功能電路板150上，且通過功能電路板150電性連接于磁性元件110，但本發(fā)明并不以此為限。

本實施例中，磁性元件110直接使用繞組130作為引腳與電源模塊100的外部電路電性連接，可以省略如圖1A所示的額外的引腳以及連接引腳與磁性元件110的焊料，磁性元件110亦可以省略骨架等結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明并不以此為限。此種設(shè)計可以減少電源模塊100使用時的焊接/接觸電阻，進而降低電源模塊100應(yīng)用時的損耗。

具體而言，磁性元件110包含有磁芯120以及繞組130。磁芯120可以包含有下蓋板122以及上蓋板124，并且在下蓋板122以及上蓋板124之間可定義出通道126，繞組130放置在通道126中，但本發(fā)明并不以此為限，亦可以采用其他結(jié)構(gòu)的磁芯或其他的磁芯與繞組的配置結(jié)構(gòu)等，如EE型磁芯等。繞組130可以具有相對的第一端132以及第二端134，其中第一端132可以直接作為電源模塊100的引腳，而第二端134可以是連接于功能電路板150，開關(guān)元件140可以通過功能電路板150電性連接磁性元件110。

本實施例中，磁性元件110的數(shù)量為一個，下蓋板122以及上蓋板124之間的通道126的數(shù)量為一個，對應(yīng)的繞組130數(shù)量也為一個，但本發(fā)明并不以此為限。磁芯120與其中的通道126的形狀可以大致上呈矩形，亦可以是其他形狀。繞組130的延伸長度可以大于磁芯120的長度，使得繞組130的第一端132可外露于磁芯120，作為引腳與外部電性連接，第二端134可與功能電路板150連接，但本發(fā)明并不以此為限，如繞組130的長度可以等于磁芯120的長度，可用于貼片式連接等。

功能電路板150可以為適合形式的載板，例如印刷電路板(PCB板)、直接敷銅(direct copper bonding)基板等。功能電路板150上還可設(shè)置有無源器件，如電阻、電容等。磁性元件110可以作為電感或變壓器等元件。磁性元件110的磁芯120材料可以為永磁性的材料，繞組130則可以為扁平的金屬 片，如銅皮等，繞組130亦可以是金屬線等。在其他的實施例中，繞組130可采用不同種類的導(dǎo)體材料構(gòu)成，比如說銅、銀、鋁、石墨等。繞組130可采用沖壓、電鍍、框架式引線等多種形式，本發(fā)明并不以此為限。

電源模塊100中的磁性元件110的數(shù)量、磁芯120的數(shù)量以及繞組130的數(shù)量可以根據(jù)不同的設(shè)計需求而加以變化。如圖3所示，電源模塊100中的磁性元件110的數(shù)量為兩個，且兩個磁性元件110為相互獨立地設(shè)置在功能電路板150上，但本發(fā)明并不以此為限。每一個磁性元件110中具有一個通道126，繞組130配置在通道126中，而繞組130的第一端132與第二端134可分別外露于磁芯120，磁性元件110通過第二端134連接于功能電路板150，第一端132作為電源模塊100的引腳。

如圖4所示，電源模塊100中的磁性元件110的數(shù)量為一個，但是磁性元件110中具有一個磁芯120以及兩個繞組130。換言之，磁芯120在下蓋板122以及上蓋板124之間定義出兩個通道126，兩繞組130分別設(shè)置在兩通道126中，但本發(fā)明并不以此為限，如通道的數(shù)量可以是一個或多個，例如三個。同樣地，繞組130的第一端132與第二端134可分別外露于磁芯120。

繞組130可以為圖中的扁平繞組，或是繞線繞組等。繞組130的第一端132形成電源模塊100的引腳。繞組130的第一端132可具有引腳部，引腳部可以是第一端132的形變形成，如圖4所示，其中，形變部分既可以是加工前設(shè)計所定，亦可以是加工時或加工后的處理所定，如引腳部與繞組130可為一體成形的彎折設(shè)計，此時，引腳部與繞組依設(shè)計而形態(tài)不同，亦可是其他實現(xiàn)方法，如引腳部可以通過彎折成型后的繞組130形成等，此時，引腳部與繞組因再加工而形態(tài)不同，本發(fā)明并不以此為限。繞組130的第一端132可以通過直插式方式連接于外部電路，此時，第一端132會從磁芯120處垂直向下彎折一次，如圖2與圖3所示，以作為直插式的引腳部；該引腳部的截面面積可以大于、等于或小于繞組130其他部位的截面面積；或者，繞組130的第一端132可以通過平貼式方式連接于外部電路，如圖4所示，第一端132從磁芯120處向下彎折一次之后，再橫向彎折一次，以作為平貼式的引腳部，但本發(fā)明并不以此為限。

接著請參照圖5，其為本發(fā)明的一種能量轉(zhuǎn)換裝置一實施例的剖面示意圖。能量轉(zhuǎn)換裝置200包含有前述的電源模塊100以及系統(tǒng)電路板160，電 源模塊100設(shè)置于系統(tǒng)電路板160上。電源模塊100包含有功能電路板150、設(shè)置于功能電路板150上的開關(guān)元件140、以及磁性元件110。磁性元件110包含有磁芯120以及繞組130，繞組130具有相對的第一端132與第二端134，其中第一端132形成電源模塊100的引腳，第一端132可與系統(tǒng)電路板160連接，繞組130的第二端134可連接于功能電路板150，通過功能電路板150電性連接磁性元件110與開關(guān)元件140。

本實施例中，繞組130的第二端134是以平貼式的方式連接于功能電路板150上，第二端134可以通過焊料固定在功能電路板150上并與功能電路板150電性連接，但本發(fā)明并不以此為限。繞組130的第一端132也可以是以平貼式的方式連接于系統(tǒng)電路板160上，第一端132可以通過焊料固定在系統(tǒng)電路板160上并與系統(tǒng)電路板160電性連接。由于引腳部為彎折繞組130而成，其可以與繞組130一體成形，相較于傳統(tǒng)(如圖1A所示)的實施方式，本實施例可以省略用以連接磁性元件與系統(tǒng)電路板的額外的獨立引腳，以及連接獨立引腳與磁性元件/系統(tǒng)電路板的焊料。

接著，請參照圖6，其為本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換裝置另一實施例的剖面示意圖。本實施例與前一實施例的差別在于本實施例中繞組130的第一端132與第二端134是以直插式的方式連接系統(tǒng)電路板160與功能電路板150，但本發(fā)明并不以此為限。更具體地說，功能電路板150以及系統(tǒng)電路板160上具有插孔，繞組130的第一端132與第二端134可形成引腳部而插入插孔中，之后可以再通過如焊料將繞組130的第一端132與第二端134分別固定在系統(tǒng)電路板160與功能電路板150上，但本發(fā)明并不以此為限，如第二端134亦可以連接于傳統(tǒng)的骨架引腳等。

電源模塊100中的繞組130的第一端132與第二端134可以為直插式的引腳(如彎折一次的方式)與平貼式的引腳(如彎折兩次的方式)的組合；繞組130的第一端132與第二端134可以均為直插式引腳或是均為平貼式引腳，或者，繞組130的第一端132與第二端134可以分別為直插式引腳以及平貼式引腳，本發(fā)明并不以此為限。

前述的電源模塊100中的磁性元件110可以為電感，如圖7與圖8所示，其分別為本發(fā)明的電源模塊不同實施例的局部電路圖。如圖7所示，電源模塊包含有降壓(buck)電路，其可以為三路降壓電路并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其中的電感 即可為前述的磁性元件，三顆電感的輸出端共同連接于輸出電容上，三顆電感的共同連接的輸出端可為如圖4所示的電源模塊100的輸出端，即電感的輸出端兼作為電路的輸出端，但本發(fā)明并不以此為限。在圖7中，三顆電感為互相獨立的，當然也可以是互相耦合的，三路降壓電路可以是并聯(lián)后同相工作，也可以為了減小輸出電容上的紋波而錯開一定的角度工作，例如錯相120度，因此可采用前文所述電源模塊100中的磁性元件的各種變形實施例。

圖8中的電源模塊則包含有升壓(boost)電路。圖8為三路升壓電路并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其中的電感即為磁性元件。每路的電感的輸入端共同連接至電源模塊的輸入端，即磁性元件的繞組作為電源模塊的輸入引腳，但本發(fā)明并不以此為限。同樣，三顆電感可以互相獨立或是相互耦合，三路電路可以同相并聯(lián)，也可以錯相并聯(lián)。電感的輸入端作為電源模塊的部分輸入端與系統(tǒng)電路板直接連接以減少電路中的導(dǎo)通損耗，且可采用前文所述電源模塊100中的磁性元件的各種變形實施例。

前述的電源模塊100中的磁性元件110也可以為應(yīng)用于變壓器，如圖9與圖10所示，其分別為本發(fā)明的電源模塊不同實施例的局部電路圖。如圖9所示，電源模塊包含反激型變壓電路，或者，如圖10所示，電源模塊包含LLC型變壓電路。在此些變壓電路中，磁性元件可作為其中的變壓器或變壓器的組成部分；電源模塊可以以副邊繞組的兩端作為輸出引腳；本發(fā)明并不以此為限，可采用前文所述電源模塊100中的磁性元件的各種變形實施例。

當磁性元件作為變壓器或變壓器的組成部分時，原邊繞組或是副邊繞組或其組合可以采用如前所述的繞組，本發(fā)明并不以此為限。

圖11與圖12分別為本發(fā)明的電源模塊中的磁性元件不同實施例的拆解圖。磁性元件110設(shè)置在功能電路板150上，磁性元件110包含有磁芯120以及繞組130，磁芯120包含下蓋板122以及上蓋板124，下蓋板122與上蓋板124之間定義出通道126，下蓋板122與上蓋板124上具有中柱128，中柱128設(shè)于通道126中，而繞組130則是套設(shè)在中柱128上。繞組的數(shù)量可以是多個，且多個繞組可以具有不同的形狀、線徑及圈數(shù)等，本發(fā)明并不以此為限，如圖11所示，磁性元件110也可配置有兩個繞組130、170于同一中柱128上，本實施例中的一個繞組130的第一端132與第二端134可從磁性元件110的同側(cè)延伸，并且第一端132與第二端134均可以直接作為電源模 塊的輸出/輸入引腳，另一個繞組170的兩端172、174則可以與功能電路板150連接。多個繞組的任一個的形式可以為沖壓成形的金屬片(如圖11所示)，或者繞線(如圖12所示)等。多個繞組中任一個的第一端與第二端可以為平貼式或是直插式地與外部電路連接，本發(fā)明并不以此為限。綜上所述，相較于傳統(tǒng)需使用額外的獨立引腳連接電源模塊與外部電路，本發(fā)明的電源模塊中的磁性元件的繞組的一端可以直接作為電源模塊的輸入/輸出引腳，如此一來可以有效降低焊接/接觸電阻。

雖然本發(fā)明已以一較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的權(quán)利要求所界定的范圍為準。