具有多级变换结构的模块电源的制作方法

1.本实用新型涉及电源领域，更具体地说，涉及一种具有多级变换结构的模块电源。


背景技术：

2.对于模块电源，特别是体积较小的模块电源而言，其电性能在连接拓扑、控制方法之外，和电路中的磁性元件和开关管的布局也有较大的关系。在同样的连接拓扑和控制方法的情况下，磁性元件和开关管的布局会成为影响电源性能的重要原因。在现有技术中，对于电路中的磁性元件的放置位置没有具体的规定，多数情况下是随电路拓扑的布局而放置的，没有专门的放置位置和放置部件。这样，在上述磁性元件数量较多的情况，特别是在具有多级变换结构情况下，磁性元件分别属于不同功能模块时，这种磁性元件的随意摆放情况可能导致多种干扰的出现，使得模块电源的性能下降。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述对电路的布线布局未严格限定、可能导致较多的干扰出现的缺陷，提供一种严格限定磁性元件的布局，使得干扰得到尽可能多的限制的具有多级变换结构的模块电源。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种具有多级变换结构的模块电源，包括串接的第一变换模块和第二变换模块；所述第一变换模块用于将输入电压转换为设定的电压传输到所述第二变换模块，所述第二变换模块将其转换为该模块电源的输出电压；所述模块电源包括相互重叠的底板、功率板和控制板；所述功率板放置在所述底板上方，所述第一变换模块和第二变换模块的开关器件和磁性元件设置在所述功率板上；所述控制板放置在所述功率板上方，用于设置所述第一变换模块和第二变换模块中产生并输出控制信号的部件；所述控制信号通过排针由所述控制板传输到所述功率板上的对应部件上；所述第二变换模块的磁性元件设置在所述功率板的一端，所述第一变换模块的磁性元件设置在所述功率板的另一端。
5.更进一步地，所述第一变换模块包括具有宽输入电压范围的交错并联buck-boost变换电路，其磁性元件包括一个用于buck电路的电感和一个用于boost电路的电感，两个电感分别设置在所述功率板的一端的两侧。
6.更进一步地，所述功率板放置所述电感的位置设置有容纳所述电感的缺口，所述缺口的边沿设置有供所述电感的引脚插入并连接的具有通孔的焊盘，所述电感采用rm7磁芯绕制，所述电感的两个引脚设置在所述磁芯的同一侧。
7.更进一步地，所述第一变换模块的开关器件设置在所述功率板的底面，使得所述开关器件的散热面接触或通过绝缘导热垫片接触所述底板。
8.更进一步地，所述第二变换模块包括同步整流全桥变换电路，其使用变压器将输入和输出隔离；所述变压器为所述第二变换模块的磁性元件，所述变压器采用er23磁芯绕制而成。
9.更进一步地，所述变压器设置在功率板的另一端的中央的位置。
10.更进一步地，所述功率板的另一端的中央位置设置有变压器安装缺口，所述安装缺口的两侧分别设置有连接柱和所述变压器的输入或输出引脚连接；所述第二变换模块的开关器件包括四个开关管，所述开关管设置在所述功率板的底面，使其与所述底板贴近。
11.更进一步地，所述控制板上设置的电路包括控制电路、保护电路、辅助电源和输入输出电容；所述控制板通过分别设置在所述第二变换模块的磁性元件设置位置两侧和所述控制板一端的排针将保护控制信号、辅助电源信号和输入输出功率信号传输到所述功率板上。
12.更进一步地，所述控制板上设置有避让缺口，所述避让缺口设置在所述控制板上的指定位置，使得所述控制板在与所述功率板重叠时，避开所述磁性元件。
13.更进一步地，所述底板由金属材料制成，具有穿过所述功率板的固定住和与所述功率板连接的底板连接柱；所述底板对应于所述第一变换模块和第二变换模块的磁性元件和开关器件的位置设置有绝缘导热层。
14.实施本实用新型的具有多级变换结构的模块电源，具有以下有益效果：由于将多级变换模块的功率器件和磁性元件放置在单独的功率板上，将控制电路放置到单独的控制板上，控制板和功率板之间通过分散设置的排针进行信号传输；同时在功率板上，多级变换模块的磁性元件也分别处于不同的位置，使得相互之间的干扰较小；因此，通过对各级变换模块的磁性元件的位置和布局的设置，使得其相互之间的干扰较小。
附图说明
15.图1是本实用新型具有多级变换结构的模块电源实施例中该模块电源的结构示意图；
16.图2是所述实施例中该模块电源带外壳的结构示意图；
17.图3是所述实施例中功率板正面的元器件分布结构示意图；
18.图4是所述实施例中功率板背面的元器件分布结构示意图；
19.图5是所述实施例中控制板正面的结构示意图；
20.图6是所述实施例中控制板和功率板组合在一起的位置示意图；
21.图7是所述实施例中控制板、功率板和底板组合的位置示意图；
22.图8是所述实施例中一种情况下第一变换模块中的第一电感及其开关器件的拓扑结构示意图；
23.图9是所述实施例中一种情况下第一变换模块中的第二电感及其开关器件的拓扑结构示意图；
24.图10时是所述实施例中一种情况下第二变换模块的变压器初级的拓扑结构示意图；
25.图11是所述实施例中一种情况下第二变换模块的变压器次级的拓扑结构示意图。
具体实施方式
26.下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。
27.在本实用新型的具有多级变换结构的模块电源实施例中，该具有多级变换结构的
模块电源，从电路上来看，包括串接的第一变换模块和第二变换模块；所述第一变换模块用于将输入电压转换为设定的电压传输到所述第二变换模块，所述第二变换模块将其转换为该模块电源的输出电压；请参见图8-图11，图8-图11是所述实施例中模块电源的电路的拓扑结构示意图，稍后有对图8-图11中开关器件和磁性元件的具体说明。
28.如图1和图2所示，在本实施例中，从具体的机械或物理结构上来看，所述模块电源的电路采用重叠的空间布局以适应体积的要求，具体来讲，该模块电源包括相互重叠的底板3、功率板2和控制板1；所述功率板2放置在所述底板3上方，所述第一变换模块和第二变换模块的开关器件和磁性元件设置在所述功率板2上；所述控制板1放置在所述功率板2上方，用于设置所述第一变换模块和第二变换模块中产生并输出控制信号的部件(即大部分除了上述的开关器件和磁性元件外的部件，功率板2上也放置有适量的阻容元件和其他部件)；所述控制信号通过排针5(请参见图3)由所述控制板1传输到所述功率板2上的对应部件上；所述第二变换模块的磁性元件设置在所述功率板2的一端，所述第一变换模块的磁性元件设置在所述功率板2的另一端。在本实用新型中，图1示出了模块电源中不包括外壳4时上述各部件之间装配起来时的侧视图，而图2示出了包括外壳4的各部件的空间位置关系图。
29.如图2所示，所述第一变换模块包括具有宽输入电压范围的交错并联buck-boost变换电路，其磁性元件包括一个用于buck电路的电感和一个用于boost电路的电感(请参见图8和图9)，两个电感分别设置在所述功率板2的一端的两侧。所述第二变换模块包括同步整流全桥变换电路，其使用变压器将输入和输出隔离；所述变压器为所述第二变换模块的磁性元件(请参见图10和图11)，所述变压器设置在功率板2的另一端的中央的位置。
30.请参见图3，图3是本实施例中功率板2的正面的元器件布局示意图。在图3中，可以清楚看到，上述两个电感(图3中标记为第一电感22和第二电感23)放置在上述功率板2的左端的两侧，两个电感分别位于图4左端的上方和下方，二者之间隔开一定的距离；而上述变压器21放置在图3中功率板2的右端的中间位置，这样在上述功率板2上，上述三个磁性元件的分布呈现出一个三角形，同时使得不同的转换模块之间的磁性元件尽可能地分开，使得磁性元件之间的相互影响减弱的较小的程度；同时在每次进行电压变换时，例如boost变换、buck变换和隔离变换时，其输出都不会返回到输入方向，使得输入和输出的电流不会产生相互的感应或影响。
31.在本实施例中，所述功率板2放置所述电感的位置设置有容纳所述电感的缺口，所述缺口的边沿设置有供所述电感的引脚插入并连接的具有通孔的焊盘，所述电感采用rm7磁芯绕制，所述电感的两个引脚设置在所述磁芯的同一侧，所以上述焊盘也设置在上述缺口的同一侧。而所述变压器采用er23磁芯绕制而成。所述功率板的另一端的中央位置设置有变压器安装缺口，所述安装缺口的两侧分别设置有连接柱和所述变压器的输入或输出引脚连接。图4示出了上述功率板2的背面的结构示意图和元器件位置摆放示意图。在图4中，功率板2上放置第一电感22、第二电感23和变压器21的位置上分别设置有变压器通孔24、第一缺口26和第二缺口25，上述变压器通孔24、第一缺口26和第二缺口25分别用于容纳变压器21、第一电感22和第二电感23，使得这些部件能够由上述功率板2的正面延伸到功率板2的背面，一方面便于与底板3接触或通过绝缘导热垫接触，便于散热；另一方面也便于调节这些元器件在功率板2正面的高度，使其便于与功率板2上的焊点或焊盘或连接柱连接。
32.此外，图4还示出了模块电源的开关器件在上述功率板2上的设置位置。在本实施例中，所述第一变换模块的开关器件设置在所述功率板2的底面，使得所述开关器件的散热面接触或通过绝缘导热垫片接触所述底板3。在图4中，具体示出了对第一电感22进行充放电切换的第一开关器件93、对第二电感23进行充放电切换的第一开关器件92和控制所述变压器21的充放电回路的变压器开关器件91的具体位置。简单地讲，这些开关器件均设置在上述功率板2的背面，且分别位于其驱动或连接的磁性元件的附近。例如，在本实施例中，所述第二变换模块的开关器件包括开关管和整流管，所述开关管和整流管设置在所述功率板的底面，使其与所述底板贴近。例如，图4中示出的放置在功率板2的底面上不同位置的变压器开关器件91和整流管911。
33.图5示出了控制板1的形状和顶面的元器件设置位置，所述控制板1上设置的电路包括控制电路、保护电路、辅助电源和输入输出电容；所述控制板1通过分别设置在所述第二变换模块的磁性元件设置位置两侧和所述控制板1一端的排针5(请参见图3和图6)将保护控制信号、辅助电源信号和输入输出控制信号等传输到所述功率板2上。也就是说，这些排针5分别设置在上述控制板1的不同位置上，通过设置在上述控制板1上不同位置上的排针连接焊盘16焊接在控制板1的不同位置上，具体来讲，不同的信号通过位置不同的排针5在功率板2和控制板1之间传输，例如，第一变换模块的控制信号可以通过上述控制板1一端的排针5传输；而第二变换模块的控制和反馈信号可以通过上述第二变换模块的磁性元件设置位置两侧的排针5传输等等。此外，所述控制板1上设置有避让缺口(11、12和13)，所述避让缺口(11、12和13)设置在所述控制板上的指定位置，这些指定位置对应于上述功率板2上设置的磁性元件的位置，使得所述控制板1在与所述功率板2重叠时，避开对应的所述磁性元件(即使得这些磁性元件的顶部能够由上述控制板1伸出)。此外，上述控制板1上还设置有控制板定位孔15和输入输出端子14，所述控制板定位孔15和设置在功率板2上的控制板定位柱27配合，确定上述控制板1和功率板2在水平位置和垂直位置上的相互之间的空间位置关系；而输入输出端子14则在装配时，穿过上述外壳4，作为模块电源的输入输出连接端子，当然，这些输入输出端子中还包括可以外接调节单元的调节端子或设置端子。图6示出了重叠在一起的控制板1和功率板2的具体情况，可以看到上述端子和排针的具体位置。
34.在本实施例中，所述底板3由金属材料制成，具有穿过所述功率板2的固定柱31和与所述功率板2连接的底板连接柱32；固定柱31和底板连接柱32分别与图4中的底板固定孔28和底板连接孔29配合，将所述底板3和功率板2定位并连接在一起。所述底板3对应于所述第一变换模块和第二变换模块的磁性元件和开关器件的位置设置有绝缘导热层(34、33)。图7中示出的为部分绝缘导热层。在本实施例中，上述绝缘导热层可以是一个连续的平面，也可以是如图7所示的分离的、仅仅设置在对应的开关器件或磁性元件底部的孤岛形的绝缘导热层。
35.值得一提的是，在本实用新型中，现有技术中的具有宽输入电压范围的交错并联buck-boost变换电路均可以用于第一变换模块，只要其包括一个用于buck电路的电感和一个用于boost电路的电感即可；而第二变换模块的电路则只要现有技术中的采用变压器的隔离变换电路即可。和本实用新型相关的是，这些电路的磁性元件和开关器件均需放置在上述功率板2上，并按照上述限定放置。图8-图11是本实施例中一种情况下各磁性元件和开关器件的拓扑结构示意图；其中，图8和图9分别是第一变换模块中第一电感22和第二电感
23及其开关器件的电路图，图8中可以看到图3中的第一电感22(图8中标记为l1)及与其连接的开关器件(参见图4中标记为第一开关器件93的部件)；图9可以看到图3中的第二电感23(图9中标记为l2)及与其连接的开关器件(参见图4中标记为第二开关器件92的部件)；而图10和图11是第二变换模块的磁性元件和开关器件的拓扑结构示意图，由于原图尺寸较大而将其分为两个部分进行表达，基本上图10示出了第二变换模块的变压器21的初级和与其连接的开关器件的连接示意图，图11示出了第二变换模块的变压器21的次级和与其连接的开关器件的连接示意图；图10中的a、b两个节点分别与图11中的a、b两个节点连接，构成一个完整的第二变换模块的拓扑示意图。在上述图10中，示出的四个开关器件就是图4中示出的变压器开关器件91；而图11中示出的8个开关器件则对应于图4中示出的整流开关器件911。需要说明的是，图8-图11中给出的仅仅是本实施例中的磁性元件和开关器件的拓扑，仅仅是用来说明之前的图中表明的器件摆放的位置的，其控制、驱动等部分的电路并没有示出，这些未示出的电路和驱动信号可以采用现有技术中任何适于该拓扑结构的技术方案。在本实施例中的其他情况下，上述磁性元件和开关器件的数量和类型也可能和上述说明不尽相同，但其摆放位置符合上述限定，且在功率板2上。
36.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。