感应式电源供应器的电路板模块的制作方法

本发明涉及一种电路板模块，尤其涉及一种可用于感应式电源供应器的电路板模块。

背景技术：

随着可移动式电子装置，如移动装置、智能型手机及平板计算机的普及，充电装置的需求不断增加，尤其是对需要提供充电的场所而言。此外，由于多数人都希望能够尽可能减少烦人的电线，感应式无线充电技术于是应运而生。感应式无线充电的技术广泛被应用于各种电力驱动的装置，如移动装置、计算机、电子仪器、电动车等。举例来说，感应式电源供应器可应用于工厂内的自动搬运车，例如将供电端设置在地面上的定点，受电端设置在自动搬运车底部并连接于车上的电池或储电装置。当自动搬运车停在供电端所在位置时，即可进行充电。上述充电方式可取代传统上采用电刷的充电方式，由于电刷充电时需接触自动搬运车上的金属接点而容易产生粉尘，不易维持工厂的无尘环境，在此情形下，无线充电满足了工厂内部的充电需求。

一般来说，感应式电源供应器包含供电端与受电端，供电端通过驱动电路推动供电线圈产生谐振，进而发出射频电磁波，再通过受电端的线圈接收电磁波能量后进行电性转换，以产生直流电源提供给受电端的负载装置。供电端及受电端各具有一块电路板，可用来搭载供电运作所需的电路组件及线圈。随着感应式电源供应器的效率逐渐提升，功能也日益增加，电路板需通过的电流量愈来愈大，所需处理的计算也愈来愈复杂，因此，提供一个可实现高效率感应式电源供应器的电路板已成为业界努力的目标之一。

技术实现要素：

因此，本发明的主要目的即在于提供一种可用于感应式电源供应器的电路板模块，其中，电路板可采用分区的模块化设计，每一块区域设置可用来实现特定功能的模块，以提升感应式电源供应器的效率。

本发明公开一种用于一感应式电源供应器的电路板模块，包含一第一电路板及一第二电路板。该第一电路板可用来承载该感应式电源供应器的一供电模块，该第一电路板包含一供电线圈区、一主功率区、一核心处理区、一电源转换区及一功能区。该供电线圈区包含该供电模块的一供电线圈。该主功率区包含用来驱动该供电线圈的至少一供电驱动单元。该核心处理区包含一供电端处理器，用来控制该供电模块的运作。该电源转换区包含一电源转换电路，用来将该供电模块的一输入电源转换为一第一电源，以提供给该供电端处理器使用。该功能区包含一端口，用来连接该供电模块相对应的一治具。该第二电路板可用来承载该感应式电源供应器的一受电模块，该第二电路板包含一受电线圈区、一整流区、一稳压区及一运算区。该受电线圈区包含该受电模块的一受电线圈。该整流区包含一整流器，用来接收来自于该受电线圈的一电源。该稳压区包含一稳压器，用来输出该受电线圈的该电源。该运算区包含一受电端处理器，用来控制该受电模块的运作。其中，该第一电路板的该供电线圈区、该主功率区、该核心处理区、该电源转换区及该功能区各自独立，该第二电路板的该受电线圈区、该整流区、该稳压区及该运算区各自独立。

本发明还公开一种电路板，用来承载一感应式电源供应器的一供电模块，该电路板包含一供电线圈区、一主功率区、一核心处理区、一电源转换区及一功能区。该供电线圈区包含该供电模块的一供电线圈。该主功率区包含用来驱动该供电线圈的至少一供电驱动单元。该核心处理区包含一供电端处理器，用来控制该供电模块的运作。该电源转换区包含一电源转换电路，用来将该供电模块的一输入电源转换为一第一电源，以提供给该供电端处理器使用。该功能区包含一端口，用来连接该供电模块相对应的一治具。其中，该供电线圈区、该主功率区、该核心处理区、该电源转换区及该功能区各自独立。

附图说明

图1为本发明实施例用于供电模块的一电路板的示意图。

图2为本发明实施例用于受电模块的一电路板的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10电路板

102供电线圈区

104主功率区

106核心处理区

108电源转换区

110功能区

120端口

130电源输入端

140接地输入端

d1、d2供电驱动单元

n1、n2节点

15电路板

150显示屏幕

20电路板

202受电线圈区

204整流区

206稳压区

208运算区

c1、c2电容

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例一电路板10的示意图，电路板10用来承载感应式电源供应器的供电模块。如图1所示，电路板10包含一供电线圈区102、一主功率区104、一核心处理区106、一电源转换区108及一功能区110。当感应式电源供应器的供电端进行运作时，电路板10可分别从一电源输入端130及一接地输入端140接收电源及接地电压。供电线圈区102包含一供电线圈及电容。主功率区104包含用来驱动该供电线圈的至少一供电驱动单元。核心处理区106包含一供电端处理器，可用来控制供电模块的运作。电源转换区108包含一电源转换电路，用来将供电模块的一输入电源转换为可提供给供电端处理器使用的电源。功能区110则用来进行各项功能，例如提供灯号警示或用来连结外部设备等。电路板10可以是任何类型的电路板，例如印刷电路板(printedcircuitboard，pcb)，而不限于此。此外，感应式电源供应器供电端的组件都可采用焊接或其它方式设置在电路板10上。另外，为实现供电模块内部信号传递，电路板10可以是一多层电路板，其可包含2层、3层或4层以上的结构，端看实际需求而定。

举例来说，功能区110可包含一端口120，用来连接供电模块相对应的一治具。治具可实现于另一电路板15上，但不限于此。电路板15上设置有一排金属接口，相对应地，端口120也可包含一排金属接口，其可在电路板10表面进行切割而形成。借此，电路板10上不需设置额外的连接器(如通用串行总线(universalserialbus，usb)连接器)，即可通过金属接口与外部的治具相连，可节省组件成本。在感应式电源供应器产品开发过程中，产品开发者可将治具(如电路板15)连接于电路板10上，用来进行功能设定及检测。而在产品使用过程中，只需要将电路板10设置在产品内部，而不需加入治具。若产品需要维修或更新时，再连接上治具(如电路板15)进行处理即可。在此情形下，任何在产品运作时不需使用的装置及组件，例如显示屏幕、控制按钮、开关等，都可设置在治具上，可大幅降低产品的母电路板(即电路板10)的成本。通过这样的方式，部分设定功能只需在必要时进行操作，可在不增加产品成本的情形下获得额外扩充的功能。

在一实施例中，当电路板10欲和治具相连接时，治具可通过一排针夹在端口120上的金属接口，使得治具与电路板10电性连接并可通过排针来传送数据或信号。在此例中，治具包含一显示屏幕150，用来显示欲提供给用户或产品开发者的信息。上述信息可包含系统检测的结果(如温度、电压、电流、频率、功率等)及/或模式设定信息，而不限于此。此外，治具也可包含其它用来进行设定的按钮或开关等，或是包含用来与其它外部装置相连的连接器，举例来说，治具上可设置一usb连接器，使得计算机可通过usb连接器再通过治具连接至电路板10，以进行系统设定或检测。上述设定可包含修改/调整感应式电源供应器的一或多个设定值，举例来说，感应式电源供应器可包含过压保护功能，而用户可通过治具调整过压保护的临界值。本领域技术人员应当了解感应式电源供应器需执行的各项参数设定，而通过治具设定的参数内容不应为本发明的限制。

此外，功能区110还可包含其它附加功能。举例来说，在部分实施例中，功能区110可包含一显示设备，用来显示感应式电源供应器的状态。在部分实施例中，功能区110也可包含一警示设备，用来提供警示功能，例如，警示设备可告知用户感应式电源供应器温度过高，或告知用户感应式电源供应器已接近或符合强制断电的条件。举例来说，功能区110可包含发光二极管(lightemittingdiode，led)，用来产生灯号以进行状态显示，功能区110也可包含蜂鸣器，以在感应式电源供应器达到某种状态时发出声响以警示用户。

如图1所示，电路板10分成多个区域，每一区域负责各自的功能，其中，每一区域可接收不同的电源，且每一区域的接地端互相分割开，仅在电路板内层一小部分相连。详细来说，由于感应式电源供应器的主要用途为供应电源，因而供电线圈区102及主功率区104都须推动较大的电流，易产生较大噪声。另一方面，核心处理区106用来处理较复杂的运算而需要高速运作，其无法承受大噪声的影响。在此情形下，将每一块区域的接地端互相分开可降低不同区域之间的噪声干扰。

如上所述，主功率区104包含至少一供电驱动单元，可用来驱动供电线圈运作。在一实施例中，主功率区104包含两个供电驱动单元d1及d2，如图1所示。较佳地，供电驱动单元d1及d2可对称地设置在主功率区104，并分别耦接于供电线圈两端，以进行全桥驱动。详细来说，供电线圈的驱动电路可采用全平衡式设计，即，供电线圈两端的驱动电路及组件设置方式可实现完全的对称。详细来说，供电线圈可采用c-l-c结构来实现，即线圈两侧都耦接一电容，再分别连接至互相对称的供电驱动单元d1及d2。为有效利用电路板10的空间，电容可设置在电路板10背面，因而未示于图1中。此外，在供电驱动单元d1及d2的前端，即电源输入端130连接至供电驱动单元d1及d2的路径也采用全平衡式设计。详细来说，电源输入端130连接至供电驱动单元d1的一导线路径长度等于或接近于电源输入端130连接至供电驱动单元d2的一导线路径长度。在一实施例中，连接电源输入端130的导线可先延伸至一节点n1，再由节点n1通过两条导线分别连接至供电驱动单元d1及d2，借此达到导线路径长度的相等。需注意的是，在图1中，为方便说明，导线都以一条细线来表示；然而，实际设置在电路板10上的导线可能具有任何宽度，而由于电源输入端130需提供足以驱动供电线圈输出电力的大电流，因此上述导线的宽度设计也需足以支撑相应的电流强度。在部分实施例中，用来传送大电流的导线也可延伸至电路板10的下层(例如第二层及第二层以下各层的任意组合)，以多层同时传送的方式来提高电流传送效率。需注意的是，节点n1连接至供电驱动单元d1及d2的导线需等长及等宽，以实现全平衡式设计。

除此之外，接地线的设计也可采用全平衡式设计。详细来说，接地输入端140连接至供电驱动单元d1的一导线路径长度等于或接近于接地输入端140连接至供电驱动单元d2的一导线路径长度。在一实施例中，连接接地输入端140的导线可先由电路板10的第一层(即最上层)穿越一第一贯孔而到达电路板10的下层(例如第二层及第二层以下各层的任意组合)，延伸至下层的一节点n2并由节点n2穿越一第二贯孔而回到第一层，再从第二贯孔的位置通过两条导线分别连接至供电驱动单元d1及d2，借此达到导线路径长度的相等。同样地，图1中用来通过接地信号的导线可具有任何宽度，且虚线代表上述导线是通过电路板10下层来进行传送。在此例中，供电线圈区102的线圈与主功率区104的供电驱动单元d1及d2通过电路板10第一层的导线相连，因此接地线需穿越下层而到达节点n2。在一实施例中，接地线可同时通过第二层及第三层进行传送，可提升接地信号的强度。需注意的是，上述接地线布置方式仅为本发明众多实施例当中的一种，在其它实施例中，也可通过其它方式来进行接地线的布置，例如通过电路板10第一层传送接地信号，而不限于此，唯接地输入端140连接至供电驱动单元d1的导线路径需与接地输入端140连接至供电驱动单元d2的导线路径等长，以实现全平衡式设计，进而达到全桥供电驱动的平衡。

另一方面，安全防护为感应式电源供应器必备的主要功能。由于主功率区104的组件需驱动较大的电压及电流而容易发热，因此，主功率区104需占用电路板10上较大的面积，以达到良好的散热效果。此外，也可在主要电流通过的路径上(包含主功率区104及供电线圈区102)设置温度传感器，以提升感应式电源供应器的安全性。

请继续参考图1，核心处理区106包含供电端处理器，如上所述，核心处理区106用来处理较复杂的运算而需要高速运作，其无法忍受大噪声的影响。因此，核心处理区106独立于其它区域且其接地端与其它区域的接地端也尽可能地隔离。此外，在核心处理区106中，高速信号处理可区分为数字区及模拟区，两者的接地端也可互相隔离以避免噪声干扰。由于高速信号容易受噪声干扰也容易干扰其它信号，因此，核心处理区106需布置为一独立区域，且高速信号线的路径需尽可能地缩短，以避免干扰。

电源转换区108包含电源转换电路，可用来进行电压转换，以将电源输入端130的电源转换为可用于供电模块中各电路组件的电压。在一实施例中，电源输入端130输入的电源电压为24v，主功率区104运作所需的电压为5v，核心处理区106运作所需的电压为3.3v。在此情形下，电源转换区108可包含多个电源转换电路用来进行转换。较佳地，电源转换区108中的电源转换电路包含一开关式电源转换电路及一线性式电源转换电路，例如，开关式电源转换电路可以是一降压式稳压器(buckconverter)，线性式电源转换电路可以是一低压差稳压器(lowdropoutregulator，ldo)。开关式电源转换电路可将电源输入端130输入的24v电源转换为5v的电源，此5v的电源可提供给主功率区104(如供电驱动单元d1及d2)使用，同时输入至线性式电源转换电路。接着，线性式电源转换电路再将5v电源转换为3.3v的电源，以提供给核心处理区106中的处理器使用。

上述结合开关式电源转换电路及线性式电源转换电路来进行两段式转换的方式可同时取得两者的优点。由于24v输入电源与3.3v输出电源的电压差异较大，若采用线性式电源转换电路直接将24v电源转换为3.3v，会发生转换效率不佳的问题；若采用开关式电源转换电路直接将24v电源转换为3.3v，则输出电源的噪声过大，无法满足处理器高速运算的需求。本发明采用开关式电源转换电路将24v电源转换为5v，可实现较高的转换效率；采用线性式电源转换电路将5v电源转换为3.3v，可过滤输入端的噪声，进而产生质量佳且噪声小的输出电源。

当电流从电源输入端130进入电路板10以后，多数电流会被导通至供电线圈区102，用来推动供电线圈产生无线电力，电路板10上需设置较宽的导线来通过此电流。此外，上述电流路径上还设置一较小的电流分支连接至电源转换区108，经转换后提供给电路板10上各个电路组件使用。

值得注意的是，本发明提供了电路板分区的概念，电路板10上每一区域可视为一模块且各自独立，而模块化使电路板的修改及设计更加容易。举例来说，若一感应式电源供应器不需要功能区110的组件时，产品开发者可轻易地将功能区110移除。或者，若一感应式电源供应器采用的处理器及其它组件都可直接接收电源供应端输出的电压时，也可省略电源转换电路并移除电源转换区108。

请参考图2，图2为本发明实施例另一电路板20的示意图，电路板20用来承载感应式电源供应器的受电模块。如图2所示，电路板20包含一受电线圈区202、一整流区204、一稳压区206及一运算区208。受电线圈区202包含一受电线圈及电容c1、c2，以c-l-c的方式设置，在此例中，为有效利用电路板20的空间，受电线圈设置在电路板20背面(未示于图2)。整流区204包含一整流器，用来接收来自于受电线圈的电源。稳压区206包含一稳压器，用来输出整流后的电源。运算区208包含一受电端处理器，可用来控制受电模块的运作。同样地，电路板20可以是任何类型的电路板，例如印刷电路板，此外，感应式电源供应器受电端的组件都可采用焊接或其它方式设置在电路板20上。另外，为实现受电模块内部信号传递，电路板20可以是一多层电路板，其可包含2层、3层或4层以上的结构，端看实际需求而定。

与电路板10的供电模块结构相同，在电路板20中受电模块也采用分区的概念，即每一区域可视为一模块且各自独立，具有容易修改及设计的优点，同时可隔绝各区域中的噪声。

值得注意的是，在电路板20中，无线电力从受电线圈区202的受电线圈接收以后，会先到达整流区204进行整流及滤波，接着进入稳压区206进行电压转换再加以输出。电路板20的设计方式为，将容易发热的组件设置得较为松散，将不易发热的组件设置得较为密集。由于无线电力的电流依序通过受电线圈区202、整流区204及稳压区206，因此上述区域中的电路组件设置得较为松散，其组件密度较低以提升散热效果。另一方面，运算区208负责逻辑运算而不需通过大电流，电路板20设计时尽可能提高运算区208的电路组件密度，可缩小电路板的面积。

由上述可知，本领域技术人员可根据图1及图2的结构示意图及相关说明，来分别设计感应式电源供应器的供电模块及受电模块的电路板，以实现高效率的电路板模块。

综上所述，本发明提供了一种可用于感应式电源供应器的电路板模块，其包含用于供电模块的电路板以及用于受电模块的电路板。在供电模块的电路板中，可将产品运作时不需使用的装置及组件设置在治具上，以大幅降低电路板的成本，电路板的每一区域可视为一模块且各自独立，模块化使电路板的修改及设计更加容易。此外，供电线圈的驱动电路可采用全平衡式设计，其电源线及接地线到达两驱动电路的导线长度都等长，以达到全桥供电驱动的平衡。另一方面，在受电模块的电路板中，可将容易发热的组件设置得较为松散，将不易发热的组件设置得较为密集，以达到良好的散热效果。如此一来，本发明的电路板设计同时对电流、噪声、散热等方面进行改良，使得感应式电源供应器具备良好的效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。