电源供应器及同步整流模块电路板的制作方法与工艺

本发明涉及一种电源供应器，特别是涉及一种将功率开关元件以模块化电路板方式另外插置在主电路板上的电源供应器。

背景技术：
传统电源供应器的变压器二次侧电路中的同步整流电路包含有两颗运作时会产生高温的MOS开关元件(整流晶体)，因此，为了解决MOS开关元件的散热问题，如图1所示，传统的作法是将这两颗MOS开关元件11、12以一组螺丝13(在正面)和螺帽(在背面，图未示)穿过MOS开关元件11、12外露的一金属片14，并将MOS开关元件11、12锁固在一散热器15的相反两面上，以通过散热器15解决MOS开关元件11、12过热问题。但是，要将MOS开关元件11、12固定在散热器15上,并使两颗MOS开关元件11、12不致通过外露的金属片14与散热器15接触而相互导接，必需在散热器15表面先垫一绝缘片16，在绝缘片16上放置MOS开关元件11、12后，再在MOS开关元件11的金属片14与螺丝13之间，以及MOS开关元件12与螺帽(图未示)之间分别垫一绝缘粒17，并涂上散热膏(图未示)。但此做法不但工艺繁复、耗费零件而且需要大量人工操作，无法有效缩减工艺时间、人力和成本。由此可见，上述现有的电源供应器的变压器在产品结构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。因此如何能创设一种新的电源供应器及同步整流模块电路板，亦成为当前业界极需改进的目标。有鉴于上述现有的电源供应器的变压器存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的电源供应器及同步整流模块电路板，能够改进一般现有的电源供应器的变压器，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计,并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

技术实现要素：
本发明的主要目的在于，克服现有的电源供应器的变压器存在的缺陷，而提供一种新的电源供应器及同步整流模块电路板，所要解决的技术问题是使其即在提供一种可以简化工艺、节省零件，并有效缩减功率开关元件所占用的空间、人工操作、工艺时间和成本的电源供应器及同步整流模块电路板，非常适于实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种电源供应器,其中：该电源供应器包括：一主电路板，包括：一变压器，包含一初级侧绕组及一次级侧绕组；一初级侧电路，与该变压器的初级侧绕组电耦接；一次级侧电路，与该变压器的次级侧绕组电耦接；及一功率开关模块电路板，包含一独立的印刷电路板及至少一设置在该印刷电路板上的功率开关元件，该印刷电路板的侧边设有至少三个导接垫，且该功率开关元件的三个电极经由形成在该印刷电路板上的三条导线个别导接至相对应的导接垫，该功率开关模块电路板可插接在该主电路板上，并通过该等导接垫与该初级侧电路或该次级侧电路其中之一电耦接，而构成该初级侧电路或该次级侧电路的一部分。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的电源供应器，其中所述的该等导线是由印刷在该印刷电路板上的铜箔所构成，且其中与该功率开关元件的漏极和源极连接的导线线宽及面积远大于与该功率开关元件的栅极连接的导线。前述的电源供应器，其中所述的该印刷电路板是一单层电路板。前述的电源供应器，其中所述的该次级侧电路包括一输出滤波器，且该功率开关模块电路板是一电耦接在该变压器的次级侧绕组与该输出滤波器之间的同步整流模块电路板，其包括两个功率开关元件、两个分别与相对应的功率开关元件电耦接的驱动电路，以及两个分别与相对应的功率开关元件电耦接的缓冲电路。前述的电源供应器，其中所述的该二功率开关元件的漏极经由导线电耦接并连接至该等导接垫其中之一，其源极分别经由导线连接至其它两个导接垫，其栅极分别连接相对应的该驱动电路，且其漏极和源极之间电耦接相对应的该缓冲电路。前述的电源供应器,其中所述的该初级侧电路包括一桥式整流电路，且该功率开关模块电路板是一电耦接在该桥式整流电路与该变压器的初级侧绕组之间的升压模块电路板，并包括一功率开关元件及一二极管，功率开关元件的漏极经由一导线与该二极管的A极电耦接并连接设于该印刷电路板侧边的一第一导接垫，其源极和栅极个别经由二导线连接至该印刷电路板侧边的一第二导接垫及一第三导接垫，该二极管的K极则经由另一导线连接至该印刷电路板侧边的一第四导接垫。前述的电源供应器,其中所述的该初级侧电路包括一升压电路，且该功率开关模块电路板电耦接在该升压电路与该变压器的初级侧绕组之间，并包括两颗功率开关元件，其中一功率开关元件的源极、栅极和漏极分别经由三条导线连接至位于该印刷电路板侧边的三个导接垫，另一功率开关元件的源极、栅极和漏极则分别经由另外三条导线连接至位于该印刷电路板侧边的另外三个导接垫。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种同步整流模块电路板，其中：该同步整流模块电路板，包括：一印刷电路板；两个功率开关元件，设置在该电路板上；两个驱动电路，设置在该电路板上并分别与相对应的各该功率开关元件的栅极电耦接；及两个缓冲电路，设置在该电路板上并分别电耦接在相对应的各该功率开关元件的漏极和源极之间。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的同步整流模块电路板，其中所述的该印刷电路板的侧边设有多个导接垫，且该二功率开关元件的漏极经由一条导线电耦接并连接至该等导接垫其中之一，其源极分别经由二条导线连接至该等导接垫的其中两个，其栅极分别连接相对应的该驱动电路，且其漏极和源极之间电耦接相对应的该缓冲电路。前述的同步整流模块电路板，其中所述的该印刷电路板是一单层电路板，且该等导线是由印刷在该印刷电路板上的铜箔所构成，且其中与该二功率开关元件的漏极和源极连接的导线线宽及面积远大于与该二功率开关元件的栅极连接的导线。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知,本发明的主要技术内容如下：电源供应器包括一主电路板及一功率开关模块电路板。该主电路板，包括一包含一初级侧绕组及一次级侧绕组的变压器，一与该变压器的初级侧绕组电耦接的初级侧电路，一与该变压器的次级侧绕组电耦接的次级侧电路。该功率开关模块电路板包含一印刷电路板及至少一设置在该印刷电路板上的功率开关元件，该印刷电路板的侧边设有至少三个导接垫，且该功率开关元件的三个电极经由形成在该印刷电路板上的三条导线个别导接至相对应的导接垫，该功率开关模块电路板可插接在该主电路板上，并通过该等导接垫与该初级侧电路或该次级侧电路其中之一电耦接，而构成该初级侧电路或该次级侧电路的一部分。较佳地，该等导线是由印刷在该印刷电路板上的铜箔所构成，且其中与该功率开关元件的漏极和栅极连接的导线线宽及面积远大于与该功率开关元件的源极连接的导线。较佳地，该次级侧电路包括一输出滤波器，且该功率开关模块电路板是一电耦接在该变压器的次级侧绕组与该输出滤波器之间的同步整流模块电路板，其包括两个功率开关元件、两个分别与相对应的功率开关元件电耦接的驱动电路，以及两个分别与相对应的功率开关元件电耦接的缓冲电路。且较佳地，该二功率开关元件的漏极经由导线电耦接并连接至该等导接垫其中之一，其源极分别经由导线连接至其它两个导接垫，其栅极分别连接相对应的该驱动电路，且其漏极和源极之间电耦接相对应的该缓冲电路。较佳地，该初级侧电路包括一桥式整流电路，且该功率开关模块电路板是一电耦接在该桥式整流电路与该变压器的初级侧绕组之间的升压模块电路板，并包括一功率开关元件及一二极管，功率开关元件的漏极经由一导线与该二极管的A极(阳极)电耦接并连接设于该印刷电路板侧边的一第一导接垫，其源极和栅极个别经由二导线连接至该印刷电路板侧边的一第二导接垫及一第三导接垫，该二极管的K极(阴极)则经由另一导线连接至该印刷电路板侧边的一第四导接垫。较佳地，该初级侧电路包括一升压电路，且该功率开关模块电路板电耦接在该升压电路与该变压器的初级侧绕组之间，并包括两颗功率开关元件，其中一功率开关元件的源极、栅极和漏极分别经由三条导线连接至位于该印刷电路板侧边的三个导接垫，另一功率开关元件的源极、栅极和漏极则分别经由另外三条导线连接至位于该印刷电路板侧边的另外三个导接垫。再者，本发明的同步整流模块电路板，包括一印刷电路板，两个设置在该电路板上的功率开关元件，两个设置在该电路板上并分别与相对应的各该功率开关元件的栅极电耦接的驱动电路，以及两个设置在该电路板上并分别电耦接在相对应的各该功率开关元件的漏极和源极之间的缓冲电路。较佳地，该印刷电路板的侧边设有多个导接垫，且该二功率开关元件的漏极经由一条导线电耦接并连接至该等导接垫其中之一，其源极分别经由二条导线连接至该等导接垫的其中两个，其栅极分别连接相对应的该驱动电路,且其漏极和源极之间电耦接相对应的该缓冲电路。较佳地，该印刷电路板是一单层电路板，且该等导线是由印刷在该印刷电路板上的铜箔所构成，且其中与该二功率开关元件的漏极和栅极连接的导线线宽及面积远大于与该二功率开关元件的源极连接的导线。借由上述技术方案，本发明电源供应器及同步整流模块电路板至少具有下列优点及有益效果：在于借由将运作时易产生高温的一颗或多颗功率开关元件另外设置在一印刷电路板上，构成一功率开关模块电路板、一同步整流模块电路板或一升压模块电路板，并将连接功率开关元件由印刷电路板上的铜箔构成的导线的线宽加宽，使功率开关元件不但能通过印刷电路板上的铜箔散热，而不需再锁附于一大体积的散热片上，而缩小电路体积并节省空间，而且当需要置换或扩充同步整流电路或升压电路或功率开开元件时，只需将整块模块电路板(例如同步整流模块电路板、升压模块电路板或功率开关模块电路板)从电源供应器的主电路板上取下，再换上一块新的模块电路板即可，更换非常容易且方便扩充，确实达到本发明的功效和目的。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。附图说明图1是传统将功率开关元件锁固在一散热片上的示意图。图2是传统电源供应器的主要电路方框图。图3是传统电源供应器的升压电路、功率开关电路及同步整流电路的详细电路图。图4是本发明电源供应器的一较佳实施例，其将同步整流电路设置在主电路板之外的一印刷电路板上，而构成一同步整流模块电路板，其中显示设置在印刷电路板上的同步整流电路的元件配置以及元件与印刷电路板上的导线的连接关系。图5是本实施例将升压电路中的功率开关元件及二极管另外设置在主电路板之外的一独立的印刷电路板上，而构成一升压模块电路板，其中显示功率开关元件及二极管在印刷电路板上的配置以及与印刷电路板上的导线的连接关系。图6是本实施例将功率开关电路中的两颗功率开关元件另外设置在主电路板之外的一独立的印刷电路板上，而构成一功率开关模块电路板，其中显示该二功率开关元件在印刷电路板上的配置以及与印刷电路板上的导线的连接关系。具体实施方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电源供应器及同步整流模块电路板其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。参见图2所示，一般电源供应器2主要包括一变压器3以及设于变压器3的一次侧绕组31侧的一次侧电路4和设于变压器3的二次侧绕组32侧的二次侧电路5。其中一次侧电路4主要包括一个对输入的交流电源AC进行EMI差模噪声和共模噪声滤波的EMI滤波电路41，一个对EMI滤波电路41输出的交流电源进行全波整流，以产生一直流脉动电压的桥式整流电路42，一个将直流脉动电压进行升压转换以输出一高电压(约380V)的升压电路43，一个受升压电路43输出的高电压驱动，以对变压器3的一次侧绕组31激磁，使进行电压能量转换，而让变压器3的二次侧绕组32产生一感应电压的功率开关电路44，以及一个控制功率开关电路44的导通时间的PWM控制电路45。而二次侧电路5主要包括一个与变压器3的二次侧绕组32电耦接，以对二次侧绕组32产生的感应电压进行同步整流，以输出一直流电压的同步整流电路51，一个滤除同步整流电路51输出的直流电压中的涟波成份的输出滤波电路52，以及一个回授电路53，其取样输出滤波电路52输出的直流电压，并经由一光耦(图未示)输出一控制信号控制PWM控制电路45，使改变功率开关电路44的导通时间，让同步整流电路51得以输出稳定的直流电压。其中，如图3所示，升压电路43主要包含一MOS功率开关元件Q1、一与MOS功率开关元件Q1的漏极D顺向连接的二极管D1，以及一连接MOS功率开关元件Q1的栅极G的驱动电路，该驱动电路包含一设在MOS功率开关元件Q1的栅极G和源极S之间的电阻R1，以及一与MOS功率开关元件Q1的栅极G电耦接的电阻R2。功率开关电路44主要包含两个MOS功率开关元件Q2、Q3，以及个别连接MOS功率开关元件Q2、Q3的栅极G的驱动电路，其中一驱动电路包含一连接在MOS功率开关元件Q2的栅极G和源极S之间的电阻R3和一与MOS功率开关元件Q2的栅极G电耦接的电阻R4。另一驱动电路包含一连接在MOS功率开关元件Q3的栅极G和源极S之间的电阻R5，以及一与MOS功率开关元件Q3的栅极G电耦接的电阻R6。同步整流电路51主要包含两个MOS功率开关元件Q4、Q5，两个个别与相对应的MOS功率开关元件Q4、Q5的栅极G电耦接的驱动电路54、55，以及两个个别电耦接在相对应的MOS功率开关元件Q4、Q5的漏极D和源极S之间的缓冲电路(snubber)56、57。其中驱动电路54包含一连接在MOS功率开关元件Q4的栅极G和源极S之间的电阻R7以及一连接MOS功率开关元件Q4的栅极G的电阻R8。驱动电路55包含两个连接MOS功率开关元件Q4的栅极G且并联的电阻R10、R11，以及一连接在MOS功率开关元件Q5的栅极G和源极S之间的电阻R12。缓冲电路(snubber)56包含串接在MOS功率开关元件Q4的漏极D和源极S之间的一电阻R9和一电容C1。缓冲电路(snubber)57包含连接在MOS功率开关元件Q5的漏极D和源极S之间的三个并联的电阻R13、R14、R15和一电容C2。且为了让上述MOS功率开关元件Q1-Q5便于组装、替换及散热，本实施例主要将电源供应器2其中的至少一MOS功率开关元件另外设置在一单层的独立的印刷电路板上，使构成一功率开关模块电路板,且MOS功率开关元件的源极S、栅极G和漏极D可通过设置在该独立的印刷电路板上的导接垫(pad)与电源供应器2的设置在主电路板上的其它电路电耦接,借此，将工作温度高的MOS功率开关元件另外设置在独立的印刷电路板上，不但可避免主电路板因温度过高散热不及而影响其它电路元件运作，而且当MOS功率开关元件损坏时，只需更换一功率开关模块电路板即可，并且省去传统以人工锁固MOS功率开关元件于散热片上，再将MOS功率开关元件插设焊接在电源供应器2的主电路板上的繁复工艺，并节省将MOS功率开关元件锁固于散热片时需要用到的绝缘片、绝缘粒、螺丝、螺帽等零件，有效缩减工艺时间、人力和成本。因此，根据上述做法，在本实施例中，例如图4所示，可以将电源供应器2的二次侧电路5中的同步整流电路51另外设置在一单层的独立的印刷电路板6上，而构成一同步整流模块电路板100，其中MOS功率开关元件Q4的源极S经由导线61连接至印刷电路板6侧边的第一导接垫62，其漏极D经由导线63与另一MOS功率开关元件Q5的漏极D电耦接，并连接至印刷电路板6侧边的第二导接垫64，其栅极G则经由导线65与驱动电路54电耦接，驱动电路54中的电阻R7电耦接在MOS功率开关元件Q4的栅极G和源极S之间，且电阻R8电耦接在该栅极G和一输出接脚66之间。另外，缓冲电路56电耦接在MOS功率开关元件Q4的漏极D和源极S之间，并包含串联的电阻R9和电容C1。而另一MOS功率开关元件Q5的源极S经由导线67连接至印刷电路板6的第三导接垫68，且驱动电路55与MOS功率开关元件Q5的栅极G电耦接，其中的电阻R10、R11并联且电耦接在栅极G与一输出接脚69之间，电阻R12电耦接在MOS功率开关元件Q5的栅极G和源极S之间。而缓冲电路57电耦接在MOS功率开关元件Q5的源极S和漏极D之间，并包含三个并联的电阻R13、R14、R15以及与该等电阻R13、R14、R15串接的电容C2。而且其中的导线61、63、67是由印刷电路板6上大片面积的铜箔构成，可让MOS功率开关元件Q4、Q5经由导线61、63、67进行散热。再者，需要说明的是，图4中跨过元件的导线只是说明元件之间的连接关系的示意图，实际上该等导线是布设在印刷电路板6表面上的铜箔且位于元件的下方。此外，印刷电路板6上还设有两颗用以感测同步整流电路51的温度的温度传感器58、59。该二温度传感器58、59个别经由导线连接至相对应的输出接脚35-38。借此，同步整流模块电路板100可以通过该些导接垫62、64、68和输出接脚66、69、35-38插置在主电路板10的一插槽20上并与主电路板10电耦接，而连接在变压器3的次级侧绕组32与输出滤波器52之间，不但简化人工组装过程，并且能通过印刷电路板6上的铜箔散热，缩小体积节省空间，而且当需要置换或扩充同步整流电路时，只需要将整块同步整流模块电路板100从主电路板10上取下，再换上一块新的同步整流模块电路板即可，更换非常容易且方便。而且，本实施例通过独立的单层印刷电路板6以及加宽的铜箔导线62、63、64宽度即可达到散热效果。此外，亦可将本实施例的同步整流电路51设置在具有双层或双层以上铜箔的印刷电路板，以通过印刷电路板的一层以上的铜箔以及加宽的铜箔导线进一步提升散热效果。再参见图5所示，本实施例亦可将电源供应器2的升压电路43中的MOS功率开关元件Q1和二极管D1制作在另一单层的独立的印刷电路板7上，而构成一升压模块电路板200，亦即MOS功率开关元件Q1的漏极D经由导线71与二极管的A极(阳极)电耦接并连接设于印刷电路板7侧边的一第一导接垫72，源极S和栅极G亦个别经由导线73、74连接至印刷电路板7侧边的一第二导接垫75及一第三导接垫76，二极管D1的K极(阴极)则经由另一导线77连接至印刷电路板7侧边的一第四导接垫78。而且导线71、73、77是由印刷电路板7上的大面积铜箔构成。且同样地，升压模块电路板200亦可将该等导接垫72、75、76、78插置在设于上述主电路板10上的一插槽(图未示)而与主电路板10上的其它电路电耦接。借此，将升压电路43设置在单层的印刷电路板7上，不但可以简化人工组装过程，且MOS功率开关元件Q1和二极管D1可通过印刷电路板7上的铜箔进行散热，并且相较于传统需要锁固一散热片的MOS功率开关元件而言，进一步缩小了升压电路43的体积而节省空间，而且当要扩充或置换升压电路43时，只需将整个升压模块电路板换掉即可，置换相对简单容易。再参见图6所示，本实施例亦可将电源供应器2的功率开关电路44中的两个MOS功率开关元件Q2、Q3另外制作在另一单层的独立的印刷电路板8上，而构成一功率开关模块电路板300，其中MOS功率开关元件Q2的漏极D、源极S、栅极G分别经由导线81、82、83连接至位于印刷电路板8侧边的三个导接垫84、85、86，而MOS功率开关元件Q3的漏极D、源极S、栅极G则分别经由导线87、88、89连接至位于印刷电路板8侧边另外的三个导接垫91、92、93，其中导线81、82、87、88是由印刷电路板8上的大面积铜箔所构成,而有助于MOS功率开关元件Q2、Q3散热。同样地，功率开关模块电路板300亦可借由导接垫84-86、91-93插置在设于上述主电路板10上的一插槽(图未示)而与主电路板10上的其它电路电耦接。因此，将功率开关电路44中的两个MOS功率开关元件Q2、Q3设置在单层的印刷电路板8上，不但可以简化人工组装散热片的工艺，并且相较于传统需要锁固一散热片的MOS功率开关元件而言，进一步缩小了功率开关电路43的体积，而且当要置换MOS功率开关元件Q2、Q3时，只需将整个功率开关模块电路板换掉即可。综上所述，上述实施例借由将运作时易产生高温的一颗或多颗功率开关元件，或由至少一颗或多颗功率开关元件组成的同步整流电路51、升压电路43另外设置在一印刷电路板上，构成一功率开关模块电路板300、一同步整流模块电路板100或一升压模块电路板200，并将连接功率开关元件由印刷电路板上的铜箔构成的导线的线宽加宽，使功率开关元件不但能通过本身所在的印刷电路板上的铜箔散热，而不需再锁附于一大体积的散热片上，而缩小电路体积并节省空间，而且当需要置换或扩充同步整流电路或升压电路或功率开关元件时，只需将整块模块电路板(例如同步整流模块电路板100、升压模块电路板200或功率开关模块电路板300)从电源供应器2的主电路板10上取下，再换上一块新的模块电路板即可，更换非常容易且方便扩充，确实达到本发明的功效和目的。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。