TWI512770B - 功率變換器結構 - Google Patents

Description

功率變換器結構

本發明係關於一種功率變換器結構，特別是關於一種減少電流導通阻耗及接觸電阻之功率變換器結構。

隨著半導體技術的發展，各種晶片要求之供電電壓越來越低，但要求之供電電流卻越來越大；同時，應用變壓器之電源技術亦不斷發展，其效率和功率密度規格日益增高。在此前提下為實現電源電路的最優化，除了電路本身拓撲、元件以及電路參數的優化設計之外，印刷電路板(printed circuit board)佈局、佈線，機構設計，熱設計等非電路參數設計也越來越重要。

請參閱第1圖，其係為一習知變壓器1之示意圖，變壓器1包含複數變壓單元10、銅柱11a及11b。銅柱11a及11b分別與每一變壓單元10之電流輸出端100及101焊接接合，以使每一變壓單元10之輸出電流經由銅柱11a及11b導出。

請參閱第2圖，其係為一電源裝置之部分示意圖，包含一變壓器1，設置於一電源母板2上。電源母板2包含銅箔2a及2b，其分別與銅柱11a及11b焊接接合，以將變壓器1之輸出電流經由銅柱11a及11b導出。請繼續參閱第3圖，其與第2圖相對應，係為一電源母版與負載連接示意圖。在電源母版2上具有複數個連接單元3，銅箔2a及2b分別與連接單元3焊接接合；另外，在一負載(load)側母板4上具有複數連接端子40，其分別焊接於導電板4a及4b之一端上，且負載5透過連接線路5a及5b連接至負載側母板4之導電板4a及4b之另一端，以使變壓器1之輸出電流依序藉由連接單元3、連接端子40、負載側母板4之導電板4a及4b及連接線路5a及5b，最後輸出至負載5。

但上述之變壓器1與負載5之連接架構，隨著電源功率密度不斷提高，其體積被要求越來越小，使變壓器輸出之並聯連接個數必須因應體積縮減而減少。然，上述連接架構之變壓器1連接至電源母板2後，之後的導電連結即成為平面分佈，因此變壓器1的整體高度並沒有被充分利用，殊為可惜。再者，上述連接架構中，存在相當數目之焊接點，例如銅柱11a及11b與每一變壓單元10之電流輸出端100及101係焊接接合，銅柱11a及11b與銅箔2a及2b亦係焊接接合，而焊接點造成接觸電阻和導通損耗增加，使負載5無法充分利用習知變壓器1所提供之電源能量。

综上所述，如何充分利用變壓器之整體高度，以及使變壓器至負載之間之接觸電阻和導通損耗有效的降低，乃是業界仍需努力達成之目標。

本發明之一目的在於提供一種功率變換器結構，此功率變換器結構包含一連接器及一積體式變壓器。此連接器包含複數連接單元，此積體式變壓器包含複數變壓單元。該等變壓單元依序堆疊並與相對應之該等連接單元呈接觸式電性連接，以透過該連接器輸出電源至一負載。

本發明係以接觸的方式電性連接積體式變壓器及連接器，以取代習知焊接之連接方式，以降低接觸電阻，且連接單元與變壓單元係以垂直方式並聯，以充分利用變壓器結構的整體高度並有效降低導通損耗，藉此，可有效解決習知技術之缺點。

在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，所屬技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，其係關於一功率變換器結構，以充分利用功率變換器結構的整體高度並有效降低導通損耗。然而，本發明的實施例並非用以限制本發明需在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。需說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示；且為求容易瞭解起見，各元件間之尺寸特別擴大比例繪示之。

本發明之第一實施例如第4圖所示，係為一功率變換器結構6，包含一連接器6a及一積體式變壓器6b，其以接觸之方式電性連接，詳言之，連接器6a包含複數連接單元60及一導電件62，積體式變壓器6b包含複數變壓單元61。變壓單元61依序堆疊並與相對應之連接單元60呈接觸式電性連接，導電件62用以電性連接該等連接單元60，俾功率變換器結構6透過該等連接單元60及導電件62，將電流傳導至一負載(圖未示出)，負載與導電件62呈電性連接。其中，複數變壓單元61係以並聯方式呈電性連接。

在本實施例中，任一該等變壓單元61係一平板變壓單元，其包含一初級繞組(圖未示出)及一次級印刷電路板電路(詳述於下文)，其中初級繞組係利用習知技術完成，在此不加贅述，請參閱第5A及5B圖，其係為次級印刷電路板電路之俯視圖及仰視圖，其包含一次級繞組610、一整流器611、一電容器612、一驅動電路613及一金手指結構614。其中，整流器611與電容器612係為習知之電子元件，在此不加贅述，驅動電路613用以作為功率變換器結構6之開關，金手指結構614則用以使變壓單元61可與連接單元60呈接觸式電性連接。具體來說，任一變壓單元61之金手指結構614與連接單元60呈接觸式電性連接，使任一該等變壓單元61可透過本身之金手指結構614提供電流至該等連接單元60，以將電流傳導至負載。

請繼續參閱第6圖，本發明之第二實施例功率變換器結構7，包含一連接器7a及一積體式變壓器7b，連接器7a包含複數連接單元70a、70b、70c、70d、70e、70f、70g、70h及複數導電件72a、72b、73a、73b，積體式變壓器7b包含複數變壓單元71a、71b、71c、71d，其中任一該等導電件電性連接至少一該等連接單元。在此實施例中導電件73a連接至連接單元70a，導電件73b連接至連接單元70e，導電件72a連接至連接單元70b、70c及70d，導電件72b連接至連接單元70f、70g及70h。且變壓單元71a透過連接單元70a及70e分別與導電件73a及73b呈電性連接，變壓單元71b、71c及71d亦以相同方式分別與導電件72a及72b呈電性連結。而連接至導電件72a及72b之變壓單元71b、71c及71d係以並聯方式呈電性連接。

藉由上述配置，本發明所提供之功率變換器結構以接觸電性連接之方式，取代了習知的焊接方式，以減少接觸電阻；並充分的利用變壓器結構的整體高度，以並聯之方式降低導通損耗。

本發明之第三實施例如第7圖所示，係為一功率變換器結構8，功率變換器結構8包含一連接器8a及一積體式變壓器8b，連接器8a包含複數連接單元80a、80b、80c及80d、導電件82a及82b及內引單元83a及83b，積體式變壓器8b包含複數變壓單元811、81a、812及81b。其中，連接單元80a、80b、80c及80d、變壓單元811、81a、812及81b及導電件82a及82b之功能與前述實施例相同，在此不加贅述。

與前述實施例最主要不同，為本實施例包含內引單元83a及83b。以內引單元83a為例說明，其用以並聯連接變壓單元811及81a，藉由內引單元83a呈並聯連接之變壓單元811及81a，與連接單元80a及80c呈接觸式電性連接。具體來說，在本實施例中，內引單元83a連接兩個變壓單元811及81a，相較於單一變壓單元，可輸出更多電流至連接單元80a及80c。在本實施例中，內引單元83a及83b係由銅所製成。上述利用內引單元83a及83b並聯之變壓單元數目與製成內引單元83a及83b之材料係為舉例說明，並非用來限制本發明之範圍。

請參閱第8圖，係為一功率變換器結構90與一負載91連接之示意圖，功率變換器結構90包含一積體式變壓器900與一連接器901，其中積體式變壓器900透過連接器901連接到負載91，以提供能量至負載91。在這裡須特別說明的是，第8圖之連接架構可適用於上述之其他實施例.

在實際工業應用中連接器通常是一個單獨的元件不能省略。積體式變壓器安裝在固定機殼內，積體式變壓器的輸出端通過機殼的開口與連接器連接；連接器中的連接單元和導電件安裝在連接器絕緣(塑膠)外殼中，通過連接單元與集成電壓變壓器的輸出端相連。連接器(connector)中的連接單元和導電件省略了現有技術變壓器結構中存在的銅柱(11a,11b)與銅箔(2a,2b),並保留了原有結構的功能(匯流)且損耗更低。

如同前述，本發明係以接觸的方式電性連接變壓單元及連接單元，以降低接觸電阻，且連接單元與變壓單元係以垂直方式並聯，以充分利用變壓器結構的整體高度並有效降低導通損耗，藉此，可有效解決習知技術之缺點。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利範圍應以申請專利範圍為準。

1．．．習知變壓器

10．．．變壓單元

11a．．．銅柱

11b．．．銅柱

100．．．電流輸出端

101．．．電流輸出端

2．．．電源母板

2a．．．銅箔

2b．．．銅箔

3．．．連接單元

4．．．負載側母板

40．．．連接端子

4a．．．導電板

4b．．．導電板

5．．．負載

5a．．．連接線路

5b．．．連接線路

6．．．功率變換器結構

6a．．．連接器

6b．．．積體式變壓器

60．．．連接單元

61．．．變壓單元

62．．．導電件

610．．．次級繞組

611．．．整流器

612．．．電容器

613．．．驅動電路

614．．．金手指

7．．．功率變換器結構

7a．．．連接器

7b．．．積體式變壓器

70a．．．連接單元

70b．．．連接單元

70c．．．連接單元

70d．．．連接單元

70e．．．連接單元

70f．．．連接單元

70g．．．連接單元

70h．．．連接單元

71a．．．變壓單元

71b．．．變壓單元

71c．．．變壓單元

71d．．．變壓單元

72a．．．導電件

72b．．．導電件

73a．．．導電件

73b．．．導電件

8．．．功率變換器結構

8a．．．連接器

8b．．．積體式變壓器

80a．．．連接單元

80b．．．連接單元

80c．．．連接單元

80d．．．連接單元

81a．．．變壓單元

81b．．．變壓單元

811．．．變壓單元

812．．．變壓單元

82a．．．導電件

82b．．．導電件

83a．．．內引單元

83b．．．內引單元

90．．．功率變換器結構

91．．．負載

900．．．積體式變壓器

901．．．連接器

第1圖係為習知變壓器之示意圖；第2圖係為將習知變壓器設置於電源母板上之示意圖；第3圖係為與第2圖相對應之電源母板與負載連接之示意圖；第4圖係為本發明之第一實施例之功率變換器結構之示意圖；第5A圖係為本發明之第一實施例之次級印刷電路板電路之俯視圖；第5B圖係為本發明之第一實施例之次級印刷電路板電路之仰視圖；第6圖係為本發明之第二實施例之功率變換器結構之示意圖；第7圖係為本發明之第三實施例之功率變換器結構之示意圖；以及第8圖係為功率變換器結構與負載連接之示意圖。

6．．．功率變換器結構

6a．．．連接器

6b．．．積體式變壓器

60．．．連接單元

61．．．變壓單元

62．．．導電件

Claims (11)

1. 一種功率變換器結構，包含：一連接器，包含複數連接單元；以及一積體式變壓器，包含複數變壓單元，各該連結單元係一一對應連結至該等變壓單元，該等變壓單元依序堆疊並與相對應之該等連接單元呈接觸式電性連接，以透過該連接器輸出電源至一負載。
2. 如請求項1所述之功率變換器結構，其中該連接器更包含一導電件，用以電性連接該等連接單元。
3. 如請求項1所述之功率變換器結構，其中該等變壓單元係以並聯方式呈電性連接。
4. 如請求項1所述之功率變換器結構，其中該連接器更包含複數導電件，其中任一該等導電件電性連接至少一該等連接單元。
5. 如請求項4所述之功率變換器結構，其中該等變壓單元透過該等連接單元與該等導電件呈電性連接，連接至任一該等導電件之該等變壓單元係以並聯方式呈電性連接。
6. 如請求項1所述之功率變換器結構，其中任一該等變壓單元係一平板變壓單元，包含一初級繞組以及一次級印刷電路板電路，其中該次級印刷電路板電路包含一次級繞組、一整流器、一電容器、以及一驅動電路。
7. 如請求項1所述之功率變換器結構，其中該積體式變壓器更包含一內引單元，用以並聯連接複數該等變壓單元，藉由該 內引單元呈並聯連接之該等變壓單元，與一該等連接單元呈接觸式電性連接。
8. 如請求項7所述之功率變換器結構，其中該內引單元係由銅所製成。
9. 如請求項7所述之功率變換器結構，其中該連接器更包含一導電件，用以電性連接該等連接單元。
10. 如請求項7所述之功率變換器結構，其中該連接器更包含複數導電件，其中任一該等導電件電性連接至少一該等連接單元。
11. 如請求項1所述之功率變換器結構，其中任一該等變壓單元包含一金手指結構，用以使該等變壓單元適可與該等連接單元呈接觸式電性連接。