医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置。


背景技术：

2.电源在日常生活中所处不在，为了确保电源使用的可靠性和安全性，隔离式开关电源则更为普遍。在隔离式开关电源设计中从器件的选型到原理设计，再到将原理方案转化为印刷电路板的设计，每一步都必须确保满足设计对于隔离的需求。印刷电路板是电子元器件的载体以及信号传输的重要组成部分，印刷电路板设计的可靠性和安全性在整个产品的设计中占有非常重要的地位。随着科技的不断发展，应用在印刷电路板上的器件的集成度也越来越高，而器件的尺寸却不断在缩小。在印刷电路板的实际的设计应用中，如何满足强电弱电导体间的爬电间距的隔离需求，尤其在已经满足电气间距的基础上同时满足爬电间距，显得尤为重要。爬电距离是沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间的最短路径，即在不同的使用情况下，导体周围的绝缘材料会被电极化，导致绝缘材料呈现带电现象，为了防止器件间或器件与地之间打火而威胁到人身安全，满足必要的爬电间距非常重要，是印刷电路板设计过程中必须考虑的问题。
3.目前，产品设计大多通过选用满足爬电间距的隔离器件或者是牺牲器件封装的最优焊接质量来满足设计的隔离要求，但通常情况下能满足大间距要求的隔离器件尺寸相对也比较大，这给日益高密度化的印刷电路板设计带来了很大的挑战，有时甚至无法满足需要；而牺牲器件封装的最优焊接质量也会给电路板带来不可估量的潜在的风险。
4.如何在产品的印刷电路板设计过程中，尤其是在隔离式开关电源产品的印刷电路板设计中，在不改变原有设计的隔离器件选型，不占有额外空间，不增加额外的成本的基础上，满足整个产品可靠性安全性的要求，是急需解决的难题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置。
6.本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
7.医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，特点是：包含防雷模块、emi滤波模块、整流滤波模块、功率变换模块、输出整流滤波模块、输出反馈模块以及pwm控制器模块，交流输入端连接防雷模块，防雷模块连接emi滤波模块，emi滤波模块连接整流滤波模块，整流滤波模块连接功率变换模块，功率变换模块连接pwm控制器模块，功率变换模块还连接输出整流滤波模块，输出整流滤波模块连接直流输出端，直流输出端连接输出反馈模块，输出反馈模块连接pwm控制器模块；
8.功率变换模块的隔离变压器和开关管以及输出反馈模块的隔离光耦设于印刷电路板上，隔离光耦包含初级侧导体焊盘和次级侧导体焊盘，隔离光耦的本体正下方中心位置设有开槽掏空区域，分别向隔离光耦的焊盘外侧延伸，将初级侧导体焊盘与次级侧导体
焊盘隔开。
9.进一步地，上述的医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，其中，初级侧导体焊盘和次级侧导体焊盘与开槽掏空区域的最短距离大于1mm。
10.进一步地，上述的医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，其中，开槽掏空区域的最高点位置高于初级侧导体焊盘和次级侧导体焊盘至少2mm。
11.进一步地，上述的医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，其中，开槽掏空区域的宽度大于1mm。
12.进一步地，上述的医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，其中，开槽掏空区域呈跑道形，一长矩形两边分别与两个半圆相切。
13.本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
14.①
在印刷电路板的结构设计来加大印刷电路板上初级侧与次级侧的爬电间距，在需要加大爬电间距的位置，通过对印刷电路板开槽挖空，变向的改变电路板表面绝缘材料的结构来达到增加隔离器件或者导体间的初级侧与次级侧间的爬电间距，满足隔离式开关电源产品中印刷电路板中的隔离要求；
15.②
可设计性强，不需要选用大尺寸的隔离器件满足产品实际爬电间距的要求，减小日益高密度化的印刷电路板可设计性方面的压力；
16.③
提高可靠性，当印刷电路板上导体间的爬电间距不满足设计本身的要求时，避免了缩小印刷电路板上焊盘的大小来加大爬电间距，保护了原有器件以最优的焊接方式完成焊接，提高了产品整体的可靠性；
17.④
安全保障性好，当产品所处的工作环境恶化或实际运行电路异常时，足够大的爬电间距让产品的安全性更具保障；
18.⑤
使用方便，印刷电路板开槽掏空即可，且开槽掏空区域位于隔离器件本体下方等没有导体的地方，不用额外占用印刷电路板有限的空间；
19.⑥
利于散热，印刷电路板上适当的开槽掏空，加大空气的流通，对器件及印刷电路板的散热起到积极有效的作用。
20.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型具体实施方式了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1：本实用新型装置的结构示意图；
23.图2：印刷电路板上开槽掏空区域的设计示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清
楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.如图1、图2所示，医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，包含防雷模块2、emi滤波模块3、整流滤波模块4、功率变换模块5、输出整流滤波模块6、输出反馈模块8以及pwm控制器模块9，交流输入端1连接防雷模块2，进行防雷保护，防雷模块2连接emi滤波模块3，emi滤波模块3连接整流滤波模块4，获得稳定的直流电压，整流滤波模块4连接功率变换模块5，功率变换模块5连接pwm控制器模块9，功率变换模块5中的变压器主绕组与开关管及pwm控制器连接构成开关回路，给变压器提供交变脉冲控制，从而通过功率变压器隔离输出副边电压；功率变换模块5还连接输出整流滤波模块6，输出整流滤波模块6连接直流输出端7，即对输出副边电压进行整流滤波后输出，直流输出端7连接输出反馈模块8，输出反馈模块8连接pwm控制器模块9，通过对整流滤波后的输出直流电压进行采样、反馈给pwm控制器模块9进行比较，从而调整主控开关管的占空比，输出按预定设计的稳定的直流电压。
27.功率变换模块5的隔离变压器51和开关管52以及输出反馈模块8的隔离光耦81设于印刷电路板10上，隔离光耦81包含初级侧导体焊盘811和次级侧导体焊盘812，隔离光耦81的本体正下方中心位置设有开槽掏空区域11，分别向隔离光耦的焊盘外侧延伸，将初级侧导体焊盘811与次级侧导体焊盘812隔开。
28.开槽掏空区域11呈跑道形，一长矩形两边分别与两个半圆相切；开槽掏空区域11的宽度大于1mm；初级侧导体焊盘811和次级侧导体焊盘812与开槽掏空区域11的最短距离大于1mm；开槽掏空区域11的最高点位置高于初级侧导体焊盘811和次级侧导体焊盘812至少2mm，这样爬电间距加大至少6.4－4.4＝2mm，满足对爬电间距的要求。
29.交流输入端1输入100～240v、50hz～60hz交流；
30.防雷模块2，当有雷击产生高压经电网导入电源时，保护后级电路；
31.emi滤波模块3，对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源造成干扰，同时防止电源本身的干扰而干扰电网；
32.整流滤波模块4，交流电压经整流后转化为直流电压；
33.功率变换模块5，通过周期的开关时间形成的占空比调整功率变压器的输出电压；
34.输出整流滤波模块6，对输出的交流电源整流滤波供给系统用的直流电压；
35.直流输出端7，提供系统所需的直流电压；
36.输出反馈模块8，对输出整流滤波后的电压进行采样并反馈给脉冲宽度调制(pwm)控制器9进行比较，从而调整主控开关时间的占空比，输出按预定设计输出的直流电压；
37.因交流电100～240v输入，整流滤波后380v直流，远超过人体所能承受的安全电压
范围。为避免人体受到电击、爆炸等伤害，提高共模干扰抑制性能和抗干扰能力，同时保护后级负载设备和系统，必须同时在印刷电路板上对初级侧与次级侧实行隔离。本实用新型设计通过变压器磁隔离和光耦光电隔离组合实现初级侧与次级侧之间的电气隔离。
38.在开关电源装置所在的印刷电路板上设有加大爬电间距的隔离结构，印刷电路板上相应的位置，加大爬电间距来增强隔离，设有开槽掏空区域，开槽掏空区域位于隔离光耦的本体正下方，分别向隔离光耦的焊盘外侧延伸，将隔离光耦的初级侧与次级侧隔开。
39.由于当印刷电路板设计中初级侧与次级侧间的间距只能满足电气间隙而不能满足爬电间距时，在不满足爬电间距的区域，如隔离器件的初级侧与次级侧之间，初级侧对次级侧的不同的导体之间都可能出现爬电间距不满足的情况。因此，在不满足爬电间距的区域进行开槽形成开槽掏空区域，改变印刷电路板绝缘材料的结构，使得隔离器件的初级侧与次级侧或者初级侧对次级侧的不同导体之间的原有爬电间距加大，满足设计对于初级侧与次级侧间的爬电间距的要求。爬电路径为沿绝缘材料表面的最短距离，通过开槽挖空使得沿绝缘表面的最短距离加大，以满足实际爬电间距的要求，避免了器件间或器件与地之间打火而威胁到人身安全。
40.开槽掏空区域11沿y轴方向分别向隔离光耦81外侧远离初级侧导体焊盘811和次级侧导体焊盘812向外延伸，开槽掏空区域宽度不小于1mm。掏空的长度可根据实际印刷电路板上隔离器件所需实际爬电间距以及印刷电路板上实际导体的分布情况而定，可适量加大。
41.要保留现有选型的隔离器件，想加大隔离器件初级侧与次级侧间的爬电间距。于是，对隔离光耦81本体正下方的区域(此区域除了印刷电路板板材外，表层和内层均没有任何的导体部分)在垂直于隔离器件的y轴方向进行开槽挖空，形成了开槽掏空区域11，使得隔离光耦81的初级侧至次级侧的爬电间距加大，加大到大于电气间隙到呈现的开槽掏空后爬电间距路径c，如图2，以满足实际爬电间距的要求。爬电路径为沿绝缘材料表面的最短距离，通过改变绝缘材料表面的路径来达到加大爬电间距的目的。
42.在实际使用过程中，可根据实际印刷电路板的空间及铜线布局的情况适当加大开槽挖空区域的长度，以达到更大的爬电间距。实现隔离器件初级侧与次级侧在满足电气间隙但无法满足爬电间隙的情况，通过开槽掏空印刷电路板加长印刷电路板表面的绝缘路径从而加大爬电间距，以满足印刷电路板的安全规范，避免了因器件间或器件和地之间爬电间距不满足引起打火威胁人身安全。另外，掏空区域对器件的散热也起到积极有效的作用。
43.印刷电路板设计时，导体间的爬电间距也可以通过相应的具体要求和规范来进行计算后，采用相同的方法，即通过印刷电路板的开槽掏空来加大爬电间距的方法来进行设计。
44.综上所述，本实用新型通过在印刷电路板的结构设计来加大印刷电路板上初级侧与次级侧的爬电间距，在需要加大爬电间距的位置，通过对印刷电路板开槽挖空，变向的改变电路板表面绝缘材料的结构来达到增加隔离器件或者导体间的初级侧与次级侧间的爬电间距，满足隔离式开关电源产品中印刷电路板中的隔离要求。不需要重新选型尺寸更大的器件来加大印刷电路板的设计难度；亦不用通过缩小焊盘的尺寸，来满足爬电间距的要求，以免对印刷电路板带来潜在的可靠性风险。
45.可设计性强，不需要选用大尺寸的隔离器件满足产品实际爬电间距的要求，减小
日益高密度化的印刷电路板可设计性方面的压力。
46.提高可靠性，当印刷电路板上导体间的爬电间距不满足设计本身的要求时，避免了缩小印刷电路板上焊盘的大小来加大爬电间距，保护了原有器件以最优的焊接方式完成焊接，提高了产品整体的可靠性。
47.安全保障性好，当产品所处的工作环境恶化或实际运行电路异常时，足够大的爬电间距让产品的安全性更具保障。
48.使用方便，印刷电路板开槽掏空即可，且开槽掏空区域位于隔离器件本体下方等没有导体的地方，不用额外占用印刷电路板有限的空间。
49.利于散热，印刷电路板上适当的开槽掏空，加大空气的流通，对器件及印刷电路板的散热起到积极有效的作用。
50.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
51.上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
52.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

技术特征：
1.医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，其特征在于：包含防雷模块(2)、emi滤波模块(3)、整流滤波模块(4)、功率变换模块(5)、输出整流滤波模块(6)、输出反馈模块(8)以及pwm控制器模块(9)，交流输入端(1)连接防雷模块(2)，防雷模块(2)连接emi滤波模块(3)，emi滤波模块(3)连接整流滤波模块(4)，整流滤波模块(4)连接功率变换模块(5)，功率变换模块(5)连接pwm控制器模块(9)，功率变换模块(5)还连接输出整流滤波模块(6)，输出整流滤波模块(6)连接直流输出端(7)，直流输出端(7)连接输出反馈模块(8)，输出反馈模块(8)连接pwm控制器模块(9)；功率变换模块(5)的隔离变压器(51)和开关管(52)以及输出反馈模块(8)的隔离光耦(81)设于印刷电路板(10)上，隔离光耦(81)包含初级侧导体焊盘(811)和次级侧导体焊盘(812)，隔离光耦(81)的本体正下方中心位置设有开槽掏空区域(11)，分别向隔离光耦的焊盘外侧延伸，将初级侧导体焊盘(811)与次级侧导体焊盘(812)隔开。2.根据权利要求1所述的医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，其特征在于：初级侧导体焊盘(811)和次级侧导体焊盘(812)与开槽掏空区域(11)的最短距离大于1mm。3.根据权利要求1所述的医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，其特征在于：开槽掏空区域(11)的最高点位置高于初级侧导体焊盘(811)和次级侧导体焊盘(812)至少2mm。4.根据权利要求1所述的医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，其特征在于：开槽掏空区域(11)的宽度大于1mm。5.根据权利要求1或2或3或4所述的医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，其特征在于：开槽掏空区域(11)呈跑道形，一长矩形两边分别与两个半圆相切。

技术总结
本实用新型涉及医疗设备线路板增强隔离的开关电源装置，交流输入端连接防雷模块，防雷模块连接EMI滤波模块，EMI滤波模块连接整流滤波模块，整流滤波模块连接功率变换模块，功率变换模块连接PWM控制器模块，功率变换模块还连接输出整流滤波模块，输出整流滤波模块连接直流输出端，直流输出端连接输出反馈模块，输出反馈模块连接PWM控制器模块；功率变换模块的隔离变压器和开关管以及输出反馈模块的隔离光耦设于印刷电路板上，隔离光耦包含初级侧导体焊盘和次级侧导体焊盘，隔离光耦的本体正下方中心位置设有开槽掏空区域，分别向隔离光耦的焊盘外侧延伸，将初级侧导体焊盘与次级侧导体焊盘隔开。增加爬电间距，满足隔离要求。满足隔离要求。满足隔离要求。


技术研发人员：夏芬 王臻
受保护的技术使用者：欧朗电子科技有限公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/26