CN110391687A

CN110391687A - 充电器

Info

Publication number: CN110391687A
Application number: CN201910839227.8A
Authority: CN
Inventors: 刘光新; 李志鹏; 江浦
Original assignee: Anker Innovations Co Ltd
Current assignee: Anker Innovations Co Ltd
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2019-10-29

Abstract

本发明提供一种充电器，包括：壳体，所述壳体内部形成容纳腔体；第一电路板，其上设置有第一电路，至少包括输入整流电路，用于对输入的交流电压进行整流；第二电路板，其板上设置有第二电路，所述第二电路包括控制电路；第三电路板，其上设置有第三电路，所述第三电路至少包括输出整流电路；所述第一电路板与所述第二电路板电连接，所述第二电路板与所述第三电路板电连接，所述第一电路板与所述第三电路板通过变压器电连接；所述变压器与所述输入整流电路和输出整流电路电连接，用于在所述控制电路的控制下将所述输入整流电路输出的电压进行变换输出至所述输出整流电路。该充电器大大减小了充电器的体积，增加了功率密度，提高了用户的充电体验。

Description

充电器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体而言涉及一种充电器。

背景技术

随着技术的发展，电子产品及器件得到了广泛的应用，并且随着便携式电子产品的普及，小体积的电源适配器和充电器是未来的趋势。要实现小体积，除了电子技术，另外就是要求结构上有新的布局，例如利用贴片多的优势来减小体积。

常规的充电器设计，为工艺方便,大多采用单PCB设计,那么插件和其引脚就占用大部分面积，同时为了兼顾效率和散热，空间利用率不高，使最终产品尺寸很大。还有一些会采用两块板，一块板布局高压，一块板布局低压，通过变压器相连，这样可以充分利用一些空间，减小一些体积，但是这种都是原边反馈(PSR)的芯片方案，功率做不到很大，也很有局限性。为了进一步减小体积，需要对目前充电器的结构进行改进，以便进一步减小充电器的体积、提高空间利用率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种充电器，该充电器体积大大减小，功率密度增大，大大提高了用户的充电体验。

为了克服目前存在的问题，本发明一方面提供一种充电器，包括：

壳体，所述壳体内部形成容纳腔体；

第一电路板，所述第一电路板上设置有第一电路，所述第一电路至少包括输入整流电路，用于对输入的交流电压进行整流；

第二电路板，所述第二电路板上设置有第二电路，所述第二电路包括控制电路；

第三电路板，所述第三电路板上设置有第三电路，所述第三电路至少包括输出整流电路；

所述第一电路板与所述第二电路板电连接，所述第二电路板与所述第三电路板电连接，所述第一电路板与所述第三电路板通过变压器电连接；所述变压器与所述输入整流电路和输出整流电路电连接，用于在所述控制电路的控制下将所述输入整流电路输出的电压进行变换输出至所述输出整流电路。

在本发明一个实施例中，所述第三电路还包括设置在所述第三电路板上的协议识别电路，所述协议识别电路电连接至所述控制电路，用于与连接于输出端的负载设备进行握手通信，确定所述负载的充电需求，并将所述充电需求反馈至所述控制电路。

在本发明一个实施例中，所述控制电路包括控制器及开关电路，所述开关电路电连接所述变压器的初级端，所述控制器基于所述充电需求控制所述开关电路产生PWM信号。

在本发明一个实施例中，所述第一电路板和所述第三电路板相对设置且间隔一定距离，所述第二电路板设置在所述第一电路板和所述第三电路板之间。

在本发明一个实施例中，所述第一电路板所在平面的延伸方向、所述第三电路板所在平面的延伸方向分别与所述第二电路板所在平面的延伸方向不同。

在本发明一个实施例中，所述第一电路板所在平面延伸方向、第三电路板所在平面的延伸方向分别与所述第二电路板所在平面的延伸方向垂直；以及

所述第一电路板与所述第三电路板相对平行设置。

在本发明一个实施例中，所述第三电路板靠近所述第一电路板的一面设置为插件面；和/或，

所述第一电路板靠近所述第三电路板的一面设置为插件面。

在本发明一个实施例中，所述输入整流电路包括设置于所述第一电路板上的输入贴片整流桥，所述贴片整流桥设置于所述第一电路板的插件面。

在本发明一个实施例中，所述输出整流电路包括设置于所述第三电路板上的输出贴片整流桥，所述输出贴片整流桥设置于所述第三电路板的插件面。

在本发明一个实施例中，所述第二电路板分别与所述第一电路板和所述第三电路板通过连接器电连接。

根据本发明的充电器，将充电电路分为三个部分，并分别设置在三个电路板上，三个电路板之间通过连接器或变压器连接，这样不仅使三个回路互相独立，极大地减少了互相之间的电磁干扰，而且可以充分利用贴片的优势，减少电源的体积，用次结构能够使得体积减小 30％以上，比传统反激式开关电源，体积小很多，使得最大功率密度可以做到27.2W/英寸³，是普通开关电源的2.5倍以上。这样普通手机充电器大小的充电器就可以给手机和平板等充电，很方便携带，提高了用户的充电体验。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明一实施例的充电器的示意性电路框图；

图2为根据本发明一实施例的充电器的第一电路板的示意图；

图3为根据本发明一实施例的充电器的第三电路板的示意图；

图4为根据本发明一实施例的充电器的第二电路板的示意图；

图5为根据本发明一实施例的充电器的内部立体结构示意图；

图6为根据本发明一实施例的充电器的另一内部立体结构示意图；

图7为根据本发明一实施例的充电器的另一内部立体结构示意图。

1 第一电路板

2 第二电路板

3 第三电路板

11 输入整流和储能电路

12 变压器

13 输出整流电路

14 协议识别电路

15 控制器

100 充电器

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

在介绍之前，解释一下有关术语在本文中的含义。

Type-C:一种USB接口

Type-A:一种USB接口

Type-B:一种USB接口

PD：USB IF定义的功率传输协议

PDO：功率输出数据

QC3.0：高通的快充协议

PIQ：ANKER的快充协议

图1为根据本发明一实施例的充电器100的示意性电路框图。

如图1所示，本实施例的充电器100包括输入整流和储能电路 11、变压器12、输出整流电路13、协议识别电路14和控制电路15。

输入整流和储能电路11用于对输入端输入的交流电压进行整流以使输入的交流电压转换为直流电压，并进行储能。示例性地，所述输入电压例如为90V-265V的交流电，例如为220V的交流电。示例性地，所述输入的交流电经过输入整流电路处理后，转变为脉冲直流电。示例性地，输入整流电路可以包括设置在电路板上的贴片整流桥。

变压器12用于对输入整流电路输出的直流电进行电压变换，以输出需要的电压。示例性地，变压器12为脉冲变压器。所述变压器 12可以包括贴装于电路板上的初级线圈和次级线圈。

输出整流电路13用于将变压器12输出的电压转变为负载需求的电压。示例性地，输出整流电路13可以包括设置在电路板上的贴片整流桥和功率开关。

协议识别电路14用于与连接于输出端的负载设备进行握手通信，确定所述负载的充电需求，并将所述充电需求反馈至所述控制电路。示例性地，协议识别电路14可以包括设置在电路板上的充电协议芯片及其外围电路。示例性地，所述协议识别电路14支持PD充电协议、QC充电协议以及PIQ充电协议。

控制电路15根据协议识别电路14确定的负载设备的充电需求控制流经变压器12初级的电源信号，以控制变压器12输出负载设备需求功率，输出整流电路13将变压器12输出的信号进行整流后输出给负载设备。

在本实施例中，控制电路15包括设置在电路板上的PWM主控芯片和功率开关，该功率开关电连接变压器12的初级端，PWM主控芯片基于负载设备的充电需求控制该功率开关产生PWM信号。进一步的变压器12的输出端电连接至上述PWM控制芯片电连接，用于将输出信号反馈至上述PWM控制芯片。

示例性地，

在本实施例中，为了减小充电器的体积，将充电器的电路分为三部分，第一电路、第二电路和第三电路，并将该三个回路分别设置在第一电路板1、第二电路板2和第三电路板3上，所述第一电路板1 与所述第二电路板2通过连接器连接，所述第二电路板2与所述第三电路板3通过连接器连接，所述第一电路板1与所述第三电路板3通过变压器12连接。所述连接器连接指的是指在一块电路板上设置插脚插入另一电路板上设置插孔中，实现两块板的电连接。

在本发明的实施例中，第一电路板1、第二电路板2和第三电路板3可以选用PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)基板、陶瓷基板、预注塑(Pre-mold)基板等。

在一具体实施方式中，第一电路板1、第二电路板2和第三电路板3选用PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)基板。其中，所述PCB由不同的元器件和多种复杂的工艺技术处理等制作而成，其中PCB线路板的结构有单层、双层、多层结构，不同的层次结构其制作方式是不同的。

可选地，印刷电路板主要由焊盘、过孔、安装孔、导线、元器件、接插件、填充、电气边界等组成。

进一步，印刷电路板常见的板层结构包括单层板(Single Layer PCB)、双层板(Double Layer PCB)和多层板(Multi Layer PCB)三种，其具体结构如下所述：

(1)单层板：即只有一面敷铜而另一面没有敷铜的电路板。通常元器件放置在没有敷铜的一面，敷铜的一面主要用于布线和焊接。

(2)双层板：即两个面都敷铜的电路板，通常称一面为顶层(Top Layer)，另一面为底层(Bottom Layer)。一般将顶层作为放置元器件面，底层作为元器件焊接面。

(3)多层板：即包含多个工作层面的电路板，除了顶层和底层外还包含若干个中间层，通常中间层可作为导线层、信号层、电源层、接地层等。层与层之间相互绝缘，层与层的连接通常通过过孔来实现。

其中，印刷电路板包括许多类型的工作层面，如信号层、防护层、丝印层、内部层等，在此不再赘述。

进一步，所述基板可以为预注塑(Pre-mold)基板，其中，所述预注塑基板中具有注塑导线和引脚，所述注塑导线嵌于所述基板的主体结构之内，所述引脚位于所述基板的主体结构的表面，例如内表面和/或外表面等，以实现所述基板分别与激光二极管芯片、驱动芯片，以及电路板的电连接。

其中，所述预注塑(Pre-mold)基板的制备方法可先后经过常规的注塑流程、刨刀挖制及模具压印成型形成，此处不赘述。

其中，所述预注塑(Pre-mold)基板的注塑材料可以选用常规的材料，例如可以为导热塑胶材料等，并不局限于某一种，其中，所述预注塑(Pre-mold)基板的形状由注塑框架来限定，并不局限于某一种。

在一具体实施方式中，所述基板在注塑框架之内先放置PCB基板，然后在所述PCB基板上注塑形成环状的凹槽结构。或者在注塑框架内布置注塑导线和引脚，然后在注塑框架注塑成型。

其中，所述第一电路、第二电路和第三电路包括实现充电器充电的各种功能器件。

参见图1至图4，第一电路包括输入整流和储能电路11以及变压器12，第一电路设置在第一电路板1上，第一电路为充电器电路的高压功率回路。在所述第一电路板1相对设置的两个表面上均可以设置所述第一电路，所述第一电路可以贴装于和/或直插封装于所述第一电路板1的相对设置的至少一个表面上。如图2所示，输入整流电路包括置于所述第一电路板1上的整流桥，本发明中该整流桥为贴片整流桥，其通过贴装方式封装到第一电路板1插件面上，从而可以使设置于第一电路板上的第一电路的电流回路优化到最小、输出路径达到最短，损耗小，效率高。

进一步，所述第一电路板1中靠近所述第二电路板2和所述第三电路板3的一侧为插件面，所述整流电路为设置于所述插件面上的贴片整流桥，可以选用如图2中所示的整流桥。

例如，可以通过表面封装技术(Surface Mounted Technology， SMT)将所述第一电路贴装于第一电路板1上，具体贴装方式可以选用本领域常用的方式，例如利用锡膏等通过SMT的方式贴装在基板上，在此不再赘述。其中，所述直插封装是指在功能器件上设置引脚，功能器件作为插件通过引脚直接插接到所述第一电路板的插接孔上，当时所述直插封装还可以选用本领域的其他常规直插封装方式。

第二电路包括控制电路15，其为充电器电路的高压控制回路。在所述第二电路板2相对设置的两个表面上均可以设置所述第二电路，所述第二电路可以贴装于和/或直插封装于所述第二电路板2的相对设置的至少一个表面上。如图4所示，第二电路包括设置于第二电路板2上的PWM控制芯片和功率开关。PWM控制芯片和功率开关可以例如利用锡膏等通过SMT的方式贴装在第二电路板2上，在此不再赘述。

第三电路包括输出整流电路13和协议识别电路14，其为充电器电路的低压输出部分。在所述第三电路板3相对设置的两个表面上均可以设置所述第三电路，所述第三电路可以贴装于和/或直插封装于所述第三电路板3的相对设置的至少一个表面上。如图3所示，第三电路包括设置于第三电路板3上的输出整流电路和功率开关，以及充电协议芯片。输出整流电路可以为包括贴片整流桥，其通过贴装方式封装到第一电路板1插件面上。功率开关和充电协议芯片也可以例如利用锡膏等通过SMT的方式贴装在第二电路板2上，在此不再赘述。

在本实施例中，由于将充电器电路分为高压功率回路，高压控制回路，低压输出回路并分别设置在不同的电路板上，三个回路相互连接，布局相互独立，极大的较少了相互之间电磁的干扰。并且由于三个回路分别设在三块电路板(例如PCB板)3上，1是高压功率部分， 2是高压控制部分和反馈，3是低压输出部分。1与2，2与3通过连接器相连，1与3通过变压器相连。这样就充分利用了贴片的优势，减少了电源的体积，用次结构能够使得体积减小30％以上。另外用此种结构特别适用于光耦反馈的电路，一来不需要额外的连接座子，另外由于三块电路板相互连接，降低了元器件的连接距离，解决了反馈回路太长的问题。

如图5至图7所示，在本实施例中，为了减小充电器的体积，将第一电路板1、第二电路板2和第三电路板3进行了立体化布局。作为一个示例，第一电路板1和第三电路板3相对设置且间隔一定距离，第二电路板2设置在第一电路板1和第三电路板3之间，并分别与第一电路板1和第三电路板3电连接。通过三块电路板板立体化的电路板布局可以充分利用充电器内部空间，每块电路板都有两个面，因此元器件相当于有6个面的布局，在电路布局时能够更简便高效，也能够更立体的散热，增加散热效率；因为三块电路板每两块板相互连接，可以减少元器件间的连接距离；三者又彼此促进解决EMI(电磁干扰) 和发热两大难题。

应当理解，第一电路板1、第二电路板2和第三电路板3的布局方式不限于图5至图7所示方式，其可以为各种合适的其它形式，例如可以采用符合所述第一电路板所在平面的延伸方向、所述第二电路板所在平面的延伸方向以及所述第二电路板所在平面的延伸方向彼此不同的其它布局方式。

进一步的，所述第一电路板所在平面延伸方向第三电路板所在平面的延伸方向分别与所述第二电路板所在平面的延伸方向垂直；以及所述第一电路板与所述第三电路板相对平行设置。所述第三电路板靠近所述第一电路板的一面设置为插件面；插件面用于设置电路元器件中需要插接的元器件。更进一步的，所述第一电路板靠近所述第三电路板的一面设置为插件面。输入输出整流电路中的贴片整流桥更进一步的可以设置于所述第一或第三电路板的插件面。

应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种充电器，其特征在于，还包括：

壳体，所述壳体内部形成容纳腔体；

2.根据权利要求1所述的充电器，其特征在于，所述第三电路还包括设置在所述第三电路板上的协议识别电路，所述协议识别电路电连接至所述控制电路，用于与连接于输出端的负载设备进行握手通信，确定所述负载的充电需求，并将所述充电需求反馈至所述控制电路。

3.根据权利要求2所述的充电器，其特征在于，所述控制电路包括控制器及开关电路，所述开关电路电连接所述变压器的初级端，所述控制器基于所述充电需求控制所述开关电路产生PWM信号。

4.根据权利要求3所述的充电器，其特征在于，所述第一电路板和所述第三电路板相对设置且间隔一定距离，所述第二电路板设置在所述第一电路板和所述第三电路板之间。

5.根据权利要求1所述的充电器，其特征在于，所述第一电路板所在平面的延伸方向、所述第三电路板所在平面的延伸方向分别与所述第二电路板所在平面的延伸方向不同。

6.根据权利要求5所述的充电器，其特征在于，所述第一电路板所在平面延伸方向第三电路板所在平面的延伸方向分别与所述第二电路板所在平面的延伸方向垂直；以及

所述第一电路板与所述第三电路板相对平行设置。

7.根据权利要求4或6所述的充电器，其特征在于，所述第三电路板靠近所述第一电路板的一面设置为插件面；和/或，

所述第一电路板靠近所述第三电路板的一面设置为插件面。

8.根据权利要求7所述的充电器，其特征在于，所述输入整流电路包括设置于所述第一电路板上的输入贴片整流桥，所述输入贴片整流桥设置于所述第一电路板的插件面。

9.根据权利要求7所述的充电器，其特征在于，所述输出整流电路包括设置于所述第三电路板上的输出贴片整流桥，所述输出贴片整流桥设置于所述第三电路板的插件面。

10.根据权利要求1权利要求所述的充电器，其特征在于，所述第二电路板分别与所述第一电路板和所述第三电路板通过连接器电连接。