TWI451674B - 電源轉換裝置 - Google Patents

Description

電源轉換裝置

本發明是有關於電力電子技術，且特別是有關於一種電源轉換裝置及其組裝方法。

近年來由於工商發達、社會進步，相對提供之產品亦主要針對便利、確實、經濟實惠為主旨，因此，當前開發之產品亦比以往更加進步，而得以貢獻社會。

第1圖所示為傳統的直流轉換器100的立體圖。如第1圖所示，直流轉換器100包含冷板底座110與印刷配線板組件120，印刷配線板組件120包括印刷配線板121及其第一面上之電子元件，例如：晶體管131、變壓器132、扼流圈133……等等。於此架構中，印刷配線板121的背面係面向冷板底座110，而其第一面卻背向冷板底座110，於是電子元件131~132與冷板底座110之間隔著印刷配線板121，導致散熱效率不佳。

另外，電子元件都是平躺在印刷配線板121上，因此需要佔用較大的第一面面積來配置電子元件，如此造成直流轉換器100的體積變大，有違現行電子裝置輕薄短小的趨勢。

由此可見，上述現有的硬體配置，顯然仍存在不便與缺陷，而有待加以進一步改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的方式被發展完成。因此，如何能有效提昇散熱效率， 實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。

本發明之一態樣是在提供一種電源轉換裝置及其組裝方法，其可適用於直流轉換器，或廣泛的應用在相關的技術環節(如：車用電源)，藉此架構得以有效提昇散熱效率。

依據本發明一實施例，一種電源轉換裝置包含一冷板底座、一印刷配線板組件、一封裝殼板組件。冷板底座固定印刷配線板組件，並對印刷配線板組件所放出的熱量進行散熱；封裝殼板組件配設有一上殼板、一下殼板與至少一組兩側殼板，以不同方位分別安裝在冷板底座上，其中封裝殼板組件組裝後之總成係圍住冷板底座及印刷配線板組件。

冷板底座為一U型冷板底座，U型冷板底座包含一底板與兩側壁，兩側壁分別垂直位於底板上之相對二側。

底板具有至少一組流體出入口，底板內配設有至少一流體通路，流體通路連通至該组流體出入口。

上殼板鎖固在兩側壁的上端且完全覆蓋印刷配線板組件，下殼板鎖附在底板之第二面，兩側殼板分別鎖附在兩側壁之相對的側邊上。

依據本發明另一實施例，一種電源轉換裝置包含至少一立體散熱結構、一冷板底座與一印刷配線板組件。立體散熱結構安裝在冷板底座上；印刷配線板組件固定在冷板底座上，印刷配線板組件具有一第一面，第一面上配設有 至少一電子元件，第一面面向冷板底座，立體散熱結構對至少一電子元件放出的熱量進行散熱並將該熱量導引至該冷板底座。

冷板底座為一U型冷板底座，U型冷板底座包含一底板與兩側壁，兩側壁分別垂直位於底板上之相對二側，印刷配線板組件之兩側邊分別對應抵固在兩側壁上，立體散熱結構安裝在底板之第一面上。

底板具有至少一組流體出入口，底板內設有至少一流體通路，流體通路連通至組流體出入口供冷卻液流動。

立體散熱結構包含至少兩個冷卻槽。該至少兩個冷卻槽位於冷板底座之第一面上，分別容置電子元件，其中電子元件包括變壓器與扼流器，相應電子元件與冷卻槽之間的間隙，以提升熱傳效率。

流體通路為一蛇型溝槽以限定Z字形的冷卻液流動路徑。

電子元件包含至少一晶體管，晶體管豎立於第一面上，冷卻槽之側壁作為一支撐壁，支撐壁之表面與晶體管接觸。

上述之電源轉換裝置更包含：一固定件，用以將晶體管固定在支撐壁之表面。

固定件包含一金屬彈性夾，金屬彈性夾之一端固定於底板而另一端抵住在支撐壁之表面上的晶體管。

底板具有一夾持部，金屬彈性夾之一端固定在夾持部而另一端抵住在支撐壁之表面上的晶體管。

金屬彈性夾之一端鎖附於底板而另一端抵住在支撐壁 之表面上的晶體管。

電子元件包含一變壓器，立體散熱結構包含一冷卻槽，冷卻槽包含：一底座，安裝在底板上；一容置槽，位於底座上，用以容納變壓器；一流體槽，安裝在底座上，配置於容置槽之側壁內，且連通至流體通路，其中流體槽具有一開口；一上蓋，封閉流體槽之開口。

電子元件更包含一扼流器，立體散熱結構更包含一散熱槽，散熱槽包含：一容置結構，用以容納電子元件；一散熱鳍片，于容置結構底面長出；該散熱鳍片配置於流體通路所經過之一處。

電子元件更包含至少一電子零件，底板具有至少一鏤空部分位元於對應電子零件之處，其中當印刷配線板組件運作時，主要發熱量來自變壓器及扼流器。

電子元件包含至少一晶體管，晶體管豎立於第一面上，冷卻槽之側壁作為一支撐壁，支撐壁之表面與晶體管接觸。

上述之電源轉換裝置更包含：一固定件，用以將晶體管固定在支撐壁之表面。

固定件包含一金屬彈性夾，金屬彈性夾之一端固定於底板而另一端抵住在支撐壁之表面上的晶體管。

底板具有一夾持部，金屬彈性夾之一端固定在夾持部而另一端抵住在支撐壁之表面上的晶體管。

金屬彈性夾之一端鎖附於底板而另一端抵住在支撐壁之表面上的晶體管。

綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有明 顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，可達到相當的技術進步，並具有產業上的廣泛利用價值，其至少具有下列優點：1.提昇散熱效率；2.減少元件佔用的面積；以及3.增加功率密度。

以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。

於實施方式與申請專利範圍中，涉及『耦接(coupled with)』之描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接連接至另一元件，或是一元件無須透過其他元件而直接連接至另一元件。

於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或複數個。

本文中所使用之『約』、『大約』或『大致』係用以修飾任何可些微變化的數量，但這種些微變化並不會改變其本質。於實施方式中若無特別說明，則代表以『約』、『大約』或『大致』所修飾之數值的誤差範圍一般是容許在百 分之二十以內，較佳地是於百分之十以內，而更佳地則是於百分五之以內。

第2圖是依照本發明一實施例所繪示之一種電源轉換裝置200的外觀，第3圖是第2圖之***圖。如圖所示，電源轉換裝置200至少包含冷板底座210與印刷配線板組件220，印刷配線板組件220為一電力轉換模組。於組裝時，將印刷配線板組件220的第一面面向冷板底座210，把印刷配線板組件220反扣安裝在冷板底座210上。在結構上，冷板底座210得以直接對第一面上的電子元件(如：晶體管131)進行散熱，以提昇散熱效率。

如第3圖所示，冷板底座210為一U型冷板底座，U型冷板底座包含底板211與兩側壁212，兩側壁212分別垂直位於底板211上之相對二側，印刷配線板組件220之兩側邊分別固定在兩側壁212上，藉此冷板底座210之兩側壁212得以支承印刷配線板組件220。

另外，U型冷板底座之底板211具有至少一組流體出入口250，底板211內設有至少一流體通路，流體通路連通至組流體出入口250，藉由引入流體流動有助於散熱。

電源轉換裝置200包含封裝殼板組件240，封裝殼板組件240配設有上殼板241、下殼板242與兩側殼板243。在空間配置上，上殼板241、下殼板242與一組兩側殼板243，以不同方位分別安裝在冷板底座210上，在結構上，上殼板241、下殼板242與兩側殼板243各自獨立，經組和而成後，封裝殼板組件240組裝後之總成係圍住冷板底座210及印刷配線板組件220。

具體而言，上殼板241鎖附在兩側壁212的上端213且完全覆蓋印刷配線板組件220，藉以保護印刷配線板221及電子元件。下殼板242鎖附在底板211之第二面，兩側殼板243分別鎖附在兩側壁212之相對的側邊214上。如上所述的鎖附方式，可以用螺絲釘與相應的螺絲孔來實現，以方便拆裝。

第4圖是依照本發明一實施例所繪示之晶體管231的固定結構，第5圖是第4圖之立體分解圖。如圖所示，印刷配線板組件220具有至少一晶體管231，晶體管231豎立於印刷配線板221的第一面上，相較於平躺的擺法，藉由直立的配置方式得以減少晶體管231佔用第一面面積。

冷板底座210之底板211上具有支撐壁270，支撐壁之一表面與晶體管231接觸。於本實施例中，可採用固定件將晶體管231固定在支撐壁270之該表面，使得直立的晶體管231得以穩固的與冷板底座210接觸，且有助於散熱。

於一實施例中，如下述第10圖所示，在構造上，支撐壁270可為立體散熱結構300之一外牆，使得晶體管231不僅可定位於該外牆，立體散熱結構300又可幫助晶體管231散熱。

回到第5圖，固定件可為一金屬彈性夾260，金屬彈性夾260之一端261固定於底板211而另一端262抵住在支撐壁270之表面上的晶體管231。於本實施例中，彈性夾的結構不僅可便於拆裝，金屬又有助於晶體管231散熱。

再者，底板211具有夾持部271，金屬彈性夾260之 一端261固定在夾持部271而另一端262抵住在支撐壁270之表面上的晶體管231。於本實施例中，藉由具有鉤狀的夾持部271，金屬彈性夾之該端261得以卡在該鉤狀的部位，便於組裝與重工。

第6圖是依照本發明另一實施例所繪示之晶體管231的固定結構，第7圖是第6圖之立體分解圖。相較於第4~5圖，第6~7圖繪示之固定件為一金屬彈性夾360，金屬彈性夾360之一端361鎖附於底板211而另一端362抵住在支撐壁270之表面上的晶體管231。於本實施例中，底板211具有鎖固結構371，鎖固結構371設有螺絲孔，螺絲釘263通過金屬彈性夾360之該端361的開孔，將金屬彈性夾360鎖固在鎖固結構371上。

第8圖是依照本發明一實施例所繪示之冷板底座210上的立體散熱結構300。於第8圖中，印刷配線板組件220安裝在冷板底座210上，冷板底座210具有至少一立體散熱結構300，立體散熱結構300容納印刷配線板組件220之第一面上所設置的至少一電子元件，如變壓器232，藉此立體散熱結構300不僅有助於電子元件散熱又可保護電子元件。具體而言，立體散熱結構300包含兩個冷卻槽380、390。冷卻槽380、390位於冷板底座之第一面上，分別容置電子元件，相應電子元件與冷卻槽之間的間隙使用導熱膠進行填充，以提升熱傳效率。

第9圖是依照本發明一實施例所繪示之冷板底座210結構。如第9圖所示，冷板底座210第二面具有蛇型溝槽215以限定Z字形的冷卻液流動路徑，有助於導熱並減輕 重量。於印刷配線板組件220，其印刷配線板221的第一面222面向冷板底座210。在組裝時，第一面222上的電子元件(如：變壓器232)對準立體散熱結構300，當印刷配線板組件220反扣安裝在冷板底座210時，利用立體散熱結構300容置該電子元件。

第10圖是依照本發明一實施例所繪示之一種冷板底座210與印刷配線板組件220結合的立體圖。參照第8、10圖，立體散熱結構300之冷卻槽380之側壁可作為上述之支撐壁270，使得晶體管231不僅可定位於該側壁，立體散熱結構300又可幫助晶體管231散熱。

第11圖是依照本發明另一實施例所繪示之冷板底座210。如第11圖所示，U型冷板底座之兩側壁212具有至少一組流體出入口250，底板211內設有至少一流體通路252，流體通路252連通至組流體出入口250。

第12圖是第11圖中冷卻槽310的***圖。如第12圖所示，立體散熱結構300包含冷卻槽310，冷卻槽310包含底座311、容置槽312、流體槽313與上蓋314。底座311安裝在底板211上。容置槽312位於底座311上，用以容納電子元件，如變壓器232，變壓器與容置槽的間隙使用導熱膠填充，以提升熱傳效率。流體槽313位元於底座311上，配置於容置槽312的側壁內，且連通至流體通路252，流體槽313具有一開口，上蓋314封閉流體槽313之開口，以防止流體槽313中的流體流入容置槽312。

於組裝時，將第一面上的一電子元件對準冷卻槽310，當印刷配線板組件220反扣安裝在冷板底座210時，利用 冷卻槽310容置該電子元件。藉此，流體槽313可以幫助容置槽312內的電子元件散熱。

另外，冷卻槽310之一側壁可作為上述之支撐壁270，使得晶體管231不僅可定位於該側壁，流體槽313又可幫助晶體管231散熱。

第13圖是第11圖中散熱槽320的***圖。如第13圖所示，立體散熱結構300包含散熱槽320，散熱槽320包含容置結構321。容置結構321用以容納電子元件，如扼流器。於組裝時，將第一面上的一電子元件對準散熱槽320，當印刷配線板組件220反扣安裝在冷板底座210時，利用容置結構321冷卻該電子元件，扼流器與容置結構的間隙使用導熱膠進行填充，以提升熱傳效率。藉此散熱槽320不僅有助於電子元件散熱又可保護電子元件。

第14圖是第11圖中冷板底座210的底部結構。如第14圖所示，散熱槽320包含散熱片322接觸容置結構321且配置於流體通路253所經過之一處。藉此，散熱片322可加速容置結構321內的電子元件散熱，當流體流過散熱片322時，散熱效果又更為顯著。

於電源轉換裝置中，電子元件包含變壓器、扼流器、晶體管與其他電子零件(如：電容器、電阻器……等)，底板210具有至少一鏤空部分217位元於對應該電子零件之處，其中當印刷配線板組件220運作時，電子零件的發熱量遠低於變壓器232或扼流圈……等元件的發熱量，藉此可以減輕重量。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟習此技藝者，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。

100‧‧‧直流轉換器

110、210‧‧‧冷板底座

120、220‧‧‧印刷配線板組件

121、221‧‧‧印刷配線板

131、231‧‧‧晶體管

132、232‧‧‧變壓器

133‧‧‧扼流圈

200‧‧‧電源轉換裝置

211‧‧‧底板

212‧‧‧側壁

213‧‧‧上端

214‧‧‧側邊

215‧‧‧蛇型溝槽

217‧‧‧鏤空部分

222‧‧‧第一面

240‧‧‧封裝殼板組件

241‧‧‧上殼板

242‧‧‧下殼板

243‧‧‧側殼板

250‧‧‧流體出入口

252、253‧‧‧流體通路

260、360‧‧‧金屬彈性夾

261、262、361、362‧‧‧端

263‧‧‧螺絲釘

270‧‧‧支撐壁

271‧‧‧夾持部

300‧‧‧立體散熱結構

310、380、390‧‧‧冷卻槽

311‧‧‧底座

312‧‧‧容置槽

313‧‧‧流體槽

314‧‧‧上蓋

320‧‧‧散熱槽

321‧‧‧容置結構

322‧‧‧散熱片

371‧‧‧鎖固結構

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖所示為傳統的直流轉換器的立體圖；第2圖是依照本發明一實施例所繪示之一種電源轉換裝置的外觀；第3圖是第2圖之***圖；第4圖是依照本發明一實施例所繪示之一種晶體管的固定結構；第5圖是第4圖之立體分解圖；第6圖是依照本發明另一實施例所繪示之一種晶體管的固定結構；第7圖是第6圖之立體分解圖；第8圖是依照本發明一實施例所繪示之冷板底座上的立體散熱結構；第9圖是依照本發明一實施例所繪示之冷板底座結構；第10圖是依照本發明一實施例所繪示之一種冷板底座與印刷配線板組件結合的立體圖；第11圖是依照本發明另一實施例所繪示之冷板底座； 第12圖是第11圖中冷卻槽的***圖；第13圖是第11圖中散熱槽的***圖；以及第14圖是第11圖中冷板底座的底部結構。

200‧‧‧電源轉換裝置

210‧‧‧冷板底座

211‧‧‧底板

212‧‧‧側壁

213‧‧‧上端

214‧‧‧側邊

220‧‧‧印刷配線板組件

221‧‧‧印刷配線板

231‧‧‧晶體管

241‧‧‧上殼板

242‧‧‧下殼板

243‧‧‧側殼板

250‧‧‧流體出入口

Claims (22)

1. 一種電源轉換裝置，包含：一印刷配線板，該印刷配線板的一第一面配置有若干需散熱的功率元器件，該些功率元器件電性連接該印刷配線板；一冷板底座，固定該印刷配線板，並面對該第一面，該冷板底座包含一底板，該底板內配設有至少一流體通路用於流通冷卻液而對該印刷配線板上的該些功率元器件所放出的熱量進行散熱；以及一封裝殼板組件，配設有一上殼板、一下殼板與至少一組兩側殼板，以不同方位分別安裝在該冷板底座上，其中該封裝殼板組件組裝後之總成係圍住該冷板底座及該印刷配線板組件，該冷板底座位於該印刷配線板與該下殼板之間，該下殼板與該冷板底座組合形成該冷板底座內密閉的該流體通路。
2. 如請求項1所述之電源轉換裝置，其中該冷板底座為一U型冷板底座，並進一步包含兩側壁，該兩側壁分別垂直位於該底板上之相對二側。
3. 如請求項2所述之電源轉換裝置，其中該底板具有至少一組流體出入口，該流體通路連通至該組流體出入口。
4. 如請求項3所述之電源轉換裝置，其中該上殼板鎖固在該兩側壁的上端且完全覆蓋該印刷配線板組件，該下殼板鎖附在該底板之第二面，兩側殼板分別鎖附在該兩側壁之相對的側邊上。
5. 一種電源轉換裝置，包含：一印刷配線板，該印刷配線板組件具有一第一面，該第一面上設置有若干功率元器件；一冷板底座，該印刷配線板固定在該冷板底座上，該冷板底座內設有至少一流體通路用於流通冷卻液，該冷板底座面向該第一面，並對該些功率元器件進行散熱，該冷板底座包含一立體散熱結構面向該第一面，該立體散熱結構對該些功率元器件中的至少一磁性元件放出的熱量進行散熱並將該熱量導引至該冷板底座；以及一下殼板，該冷板底座位於該印刷配線板與該下殼板之間，該下殼板與該冷板底座組合形成該冷板底座內密閉的所述流體通路。
6. 如請求項5所述之電源轉換裝置，其中該冷板底座為一U型冷板底座，該U型冷板底座包含一底板與兩側壁，該兩側壁分別垂直位於該底板上之相對二側，該印刷配線板組件之兩側邊分別對應抵固在該兩側壁上，該立體散熱結構安裝在該底板之第一面上。
7. 如請求項5所述之電源轉換裝置，其中該冷板底座 具有至少一組流體出入口，該流體通路連通至該組流體出入口供冷卻液流動。
8. 如請求項7所述之電源轉換裝置，其中該立體散熱結構包含至少兩個冷卻槽，分別容置該磁性元件，其中該磁性元件包括一變壓器與一扼流器，相應該磁性元件與該冷卻槽之間的間隙使用導熱膠填充。
9. 如請求項8所述之電源轉換裝置，其中該流體通路為一蛇型溝槽以限定Z字形的冷卻液流動路徑。
10. 如請求項8所述之電源轉換裝置，其中該些功率元器件包含至少一晶體管，該晶體管豎立於該第一面上，該冷卻槽之側壁作為一支撐壁，該支撐壁之表面與該晶體管接觸。
11. 如請求項10所述之電源轉換裝置，更包含：一固定件，用以將該晶體管固定在該支撐壁之表面。
12. 如請求項11所述之電源轉換裝置，其中該固定件包含一金屬彈性夾，該金屬彈性夾之一端固定於該冷板底座而另一端抵住在該支撐壁之表面上的該晶體管。
13. 如請求項12所述之電源轉換裝置，其中該冷板底 座具有一夾持部，該金屬彈性夾之一端固定在該夾持部而另一端抵住在該支撐壁之表面上的該晶體管。
14. 如請求項12所述之電源轉換裝置，其中該金屬彈性夾之一端鎖附於該冷板底座而另一端抵住在該支撐壁之表面上的該晶體管。
15. 如請求項7所述之電源轉換裝置，其中該磁性元件包含一變壓器，該立體散熱結構包含一冷卻槽，該冷卻槽包含：一底座，安裝在該底板上；一容置槽，位於該底座上，用以容納該變壓器，其中該變壓器與該容置槽之間的間隙使用導熱膠填充；一流體槽，安裝在該底座上，配置於該容置槽之側壁內，且連通至該流體通路，其中該流體槽具有一開口；以及一上蓋，封閉該流體槽之該開口。
16. 如請求項15所述之電源轉換裝置，其中該磁性元件更包含一扼流器，該立體散熱結構更包含一散熱槽，該散熱槽包含：一容置結構，用以容納該扼流器，其中該扼流器與該容置結構之間的間隙使用導熱膠填充；以及一散熱鳍片，於該容置結構底面長出，且該散热鳍片 配置於該流體通路所經過之一處。
17. 如請求項16所述之電源轉換裝置，其中該些功率元器件更包含至少一電子零件，該底板具有至少一鏤空部分位元於對應該電子零件之處，其中當該印刷配線板組件運作時，主要發熱量來自該變壓器及該扼流器。
18. 如請求項15所述之電源轉換裝置，其中該些功率元器件包含至少一晶體管，該晶體管豎立於該第一面上，該冷卻槽之側壁作為一支撐壁，該支撐壁之表面與該晶體管接觸。
19. 如請求項18所述之電源轉換裝置，更包含：一固定件，用以將該晶體管固定在該支撐壁之表面。
20. 如請求項19所述之電源轉換裝置，其中該固定件包含一金屬彈性夾，該金屬彈性夾之一端固定於該底板而另一端抵住在該支撐壁之表面上的該晶體管。
21. 如請求項20所述之電源轉換裝置，其中該底板具有一夾持部，該金屬彈性夾之一端固定在該夾持部而另一端抵住在該支撐壁之表面上的該晶體管。
22. 如請求項20所述之電源轉換裝置，其中該金屬彈 性夾之一端鎖附於底板該而另一端抵住在該支撐壁之表面上的該晶體管。