CN110912217B - 一种usb智能快充装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种USB智能快充装置，具有壳体，壳体内设有电路总成；电路总成包括通过飞线电连接的第一PCBA板和第二PCBA板；第二PCBA板上设有USB接口；壳体包括外壳、底壳和绝缘隔板；所述底壳与绝缘隔板相对设置；所述第一PCBA板设置在底壳与绝缘隔板之间；所述绝缘隔板位于第一PCBA板与第二PCBA板之间；外壳的一端设有与底壳配合的安装口，外壳的另一端设有与第二PCBA板上的USB接口对应并供USB接口漏出的接插口；外壳的侧壁上设有卡孔，底壳和绝缘隔板上均设有可与外壳的侧壁上的卡孔配合连接的卡钩，外壳通过卡孔与卡钩的配合与底壳、绝缘隔板固定连接。本发明能够在174CC体积下，达到10W功率；并且在此体积下能够实现EN62368‑1新标准的高绝缘效果和良好的散热性。
Description
技术领域
本发明涉及一种USB智能快充装置。
背景技术
随着电子设备的不断增加和叠代，人们对于电子设备的充电需求也越来越大。同时，随着高节奏的生活和工作，人们都希望电子设备的充电效率能够获得很大的提升。提高电子设备的充电效率除了可以对电子设备本身进行改进之外，还可以对改进充电头进行改进。
但是由于充电头的内部空间有限，很难做到小体积大功率。比如在174CC体积下，很难做到10W功率。同时在此功率下，很难不用共模电感，Y电容等需要增加体积的元件来实现EMC达标且有余量。在此体积下且需实现IEC-62368-1新标准(根据标准需要采用两个Y电容)的高绝缘，内部空间将成为直接矛盾(因为间距不够)。
发明内容
本发明的目的是提供一种USB智能快充装置，该装置能够在174CC体积下，达到10W功率；并且在此体积下能够满足EN62368-1新标准的高绝缘，同时具有良好的散热性。
实现本发明目的的技术方案是：本发明具有壳体，壳体内设有电路总成；所述电路总成包括通过飞线电连接的第一PCBA板和第二PCBA板；第二PCBA板上设有USB接口；所述壳体包括外壳、底壳和绝缘隔板；所述底壳与绝缘隔板相对设置；所述第一PCBA板设置在底壳与绝缘隔板之间；所述绝缘隔板位于第一PCBA板与第二PCBA板之间；外壳的一端设有与底壳配合的安装口，外壳的另一端设有与第二PCBA板上的USB接口对应并供USB接口漏出的接插口；外壳的侧壁上设有卡孔，底壳和绝缘隔板上均设有可与外壳的侧壁上的卡孔配合连接的卡钩，外壳通过卡孔与卡钩的配合与底壳、绝缘隔板固定连接。
绝缘隔板上位于第一PCBA板的一侧设有定位槽；第一PCBA板固定卡装在定位槽内。
上述绝缘隔板上位于第二PCBA板的一侧设有定位脚；所述第二PCBA板上设有与定位脚对应配合的插孔；所述第二PCBA板通过定位脚与插孔的配合与绝缘隔板连接。
上述绝缘隔板上设有走线槽；电连接第一PCBA板和第二PCBA板的飞线从走线槽穿行。
第一PCBA板的外部包设有散热片；散热片位于壳体内部；散热片的表面呈波浪形；散热片呈L型折弯。
外壳的外表面设有散热鳍片。
上述外壳上设有用于其安装的弹性卡钩。
第一PCBA板上设有整流滤波电路、启动电路、RCD吸收回路电路、变压器、同步整流滤波电路、PWM控制回路电路和EMC滤波电路；
第二PCBA板上设有充电协议智能识别电路和USB接口；
整流滤波电路的输入端与电源连接，整流滤波电路的输出端与启动电路的输入端、RCD吸收回路电路的输入端连接；RCD吸收回路电路的输出端与变压器的输入端连接；变压器的输出端与同步整流滤波电路的输入端连接，同步整流滤波电路的输出端与充电协议智能识别电路的输入端连接，充电协议智能识别电路的输出端与USB连接；EMC滤波电路分别与PWM控制回路电路和RCD吸收回路电路连接；启动电路的输出端与PWM控制回路电路的输入端连接。
上述整流滤波电路包括FR电阻保险丝、整流桥堆、第一滤波电容、第二滤波电容、第二绕线贴片电感、第三绕线贴片电感；L线与FR电阻保险丝的一端连接，FR电阻保险丝的另一端与整流桥堆连接，N线与整流桥堆连接，整流桥堆的负极与第三绕线贴片电感的一端和第一滤波电容的正极连接，第三绕线贴片电感的另一端与启动电路的输入端、第二滤波电容的正极连接，第二滤波电容的负极与第二绕线贴片电感的一端连接并接地，第二绕线贴片电感的另一端与整流桥堆的正极和第一滤波电容的负极连接；所述FR电阻保险丝为抗浪涌2KV电阻保险丝；所述整流桥堆为贴片式整流桥堆。
第二绕线贴片电感的型号均为CMI322513X100KB-1210-10uH。
上述PWM控制回路电路包括PWM控制芯片和线损补偿电路；PWM控制芯片的VDD接口与启动电路的输出端连接，PWM控制芯片的FB接口与线损补偿电路连接；所述线损补偿线路包括并联的第六电阻和第八电阻。
上述EMC滤波电路包括铁芯电感线圈、第三电容和第四电容；铁芯电感线圈的一端分别与第三电容的一端和第四电容的一端连接并接地，铁芯电感线圈的另一端与第三电容的另一端连接；PWM控制芯片的FB接口与铁芯电感线圈的另一端连接，PWM控制芯片的漏极与第四电容的另一端连接，第四电容的另一端与RCD吸收回路电路的输出端连接，铁芯电感线圈的另一端与PWM控制芯片的VDD接口连接。
所述第三电容和第四电容为低容量电容。
上述PWM控制芯片的型号为OB2502。
本发明具有积极的效果：(1)本发明通过利用绝缘隔板能够有效解决小体积内因距离不够导致的绝缘性不够的问题，通过绝缘隔板使得产品能够满足EN62368-1新标准的高绝缘要求；
(2)本发明通过绝缘隔板实现了合理的空间布局；
(3)本发明通过卡孔和卡钩能够实现壳体与电路总成的快速安装；
(4)本发明通过定位槽和定位脚能够进一步提高安装效率，并且能够保证线路总成在壳体内的稳定性；
(5)本发明通过走线槽，对飞线进行了有效规划，保证内部空间的布局更加合理；
(6)本发明通过散热片能够有效将电路总成的热量传导出去，同时通过波浪形设计，增加散热片的表面积，提高导热效率；
(7)本发明通过散热鳍片能够有效增加外壳的表面积，提高散热效率；
(8)本发明通过弹性卡钩能够与其他设备更加方便快速的装配连接；
(9)本发明能够在比苹果充电器1A/5V小13％的空间的同时，实现5V/2A的功率。同时能率达到6，平均效率>78.7％，空载功耗小于100mW。
(10)本发明通过第二绕线贴片电感和第三绕线贴片电感，省去了工模电感，大大缩小了电路设计空间面积；同时通过第二绕线贴片电感和第三绕线贴片电感能够有效解决CM，DM传导辐射波的向外传导和辐射。
(11)本发明利用贴片式整流桥堆也能够在一定程度上降低电路空间体积，为小型化提供了技术支撑。
(12)本发明通过线损补充电路中的第六电阻和第八电阻可以使得输出负载在电流增加同时，电压提高，从而有效避免了线上损耗带来的充电功率下降，提高了充电速度。
(13)本发明中EMC滤波电路的设计，高频谐波经第三电容和第四电容旁路到地，有效改善EMC结果；同时省去了Y电容，为快充头的体积缩小提供了技术支撑。
(14)本发明没有Y电容在初级侧与次级侧，绝缘电阻更高，漏电电流更小，对人体来讲更安全。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的爆炸示意图；
图3为本发明中绝缘隔板的结构示意图；
图4为本发明中散热片的结构示意图；
图5为本发明中电路总成的电路模块连接示意图；
图6为本发明中电路总成的电路图；
图7为本发明中的整流滤波电路；
图8为本发明中的启动电路；
图9为本发明中的RCD吸收回路电路；
图10为本发明中PWM控制回路电路；
图11为本发明中同步整流滤波电路；
图12为本发明中EMC滤波电路；
图13为本发明中充电协议智能识别电路；
图14为本发明的压降补偿测试图。
具体实施方式
见图1至图4，本发明具有壳体1，壳体1内设有电路总成；所述电路总成包括通过飞线电连接的第一PCBA板2和第二PCBA板3；第二PCBA板3上设有USB接口31；所述壳体1包括外壳11、底壳12和绝缘隔板13；所述底壳12与绝缘隔板13相对设置；所述第一PCBA板2设置在底壳12与绝缘隔板13之间；所述绝缘隔板13位于第一PCBA板2与第二PCBA板3之间；外壳11的一端设有与底壳12配合的安装口，外壳11的另一端设有与第二PCBA板3上的USB接口31对应并供USB接口31漏出的接插口；外壳11的侧壁上设有卡孔14，底壳12和绝缘隔板13上均设有可与外壳11的侧壁上的卡孔14配合连接的卡钩15，外壳11通过卡孔14与卡钩15的配合与底壳12、绝缘隔板13固定连接。
绝缘隔板13上位于第一PCBA板2的一侧设有定位槽131；第一PCBA板2固定卡装在定位槽131内。
所述绝缘隔板13上位于第二PCBA板3的一侧设有定位脚132；所述第二PCBA板3上设有与定位脚132对应配合的插孔；所述第二PCBA板3通过定位脚132与插孔的配合与绝缘隔板13连接。
所述绝缘隔板13上设有走线槽133；电连接第一PCBA板2和第二PCBA板3的飞线从走线槽133穿行。
第一PCBA板2的外部包设有散热片4；散热片4位于壳体1内部；散热片4的表面呈波浪形；散热片4呈L型折弯。
外壳11的外表面设有散热鳍片111。
所述外壳11上设有用于其安装的弹性卡钩112，通过弹性卡钩112可以与其他设备如拖线板等实现快速安装。
见图5至图13，本发明中第一PCBA板2上设有整流滤波电路21、启动电路22、RCD吸收回路电路23、变压器24、同步整流滤波电路25、PWM控制回路电路26、EMC滤波电路27；
第二PCBA板3上设有充电协议智能识别电路32和USB接口31；整流滤波电路21的输入端与电源连接，整流滤波电路21的输出端与启动电路22的输入端、RCD吸收回路电路23的输入端连接；RCD吸收回路电路23的输出端与变压器24的输入端连接；变压器24的输出端与同步整流滤波电路25的输入端连接，同步整流滤波电路25的输出端与充电协议智能识别电路32的输入端连接，充电协议智能识别电路32的输出端与USB连接；EMC滤波电路27分别与PWM控制回路电路26和RCD吸收回路电路23连接；启动电路22的输出端与PWM控制回路电路26的输入端连接。
所述整流滤波电路21包括FR电阻保险丝、整流桥堆BD1、第一滤波电容CE1、第二滤波电容CE2、第二绕线贴片电感L2、第三绕线贴片电感L3；L线与FR电阻保险丝的一端连接，FR电阻保险丝的另一端与整流桥堆BD1连接，N线与整流桥堆BD1连接，整流桥堆BD1的负极与第三绕线贴片电感L3的一端和第一滤波电容CE1的正极连接，第三绕线贴片电感L3的另一端与启动电路22的输入端、第二滤波电容CE2的正极连接，第二滤波电容CE2的负极与第二绕线贴片电感L2的一端连接并接地，第二绕线贴片电感L2的另一端与整流桥堆BD1的正极和第一滤波电容CE1的负极连接；所述FR电阻保险丝为抗浪涌2KV电阻保险丝；所述整流桥堆BD1为贴片式整流桥堆。第二绕线贴片电感L2的型号均为CMI322513X100KB-1210-10uH。
所述PWM控制回路电路26包括PWM控制芯片U1和线损补偿电路261；所述PWM控制芯片U1的型号为OB2502；PWM控制芯片U1的VDD接口与启动电路22的输出端连接，PWM控制芯片U1的FB接口与线损补偿电路261连接；所述线损补偿线路261包括并联的第六电阻R6和第八电阻R8；并联的第六电阻R6和第八电阻R8接地；PWM控制芯片U1的CS接口与并联的两个电阻R7，R7A连接，并联的两个电阻R7，R7A接地。
所述EMC滤波电路27包括铁芯电感线圈、第三电容C3和第四电容C4；所述第三电容C3和第四电容C4为低容量电容；铁芯电感线圈的一端分别与第三电容C3的一端和第四电容C4的一端连接并接地，铁芯电感线圈的另一端与第三电容C3的另一端连接；PWM控制芯片U1的漏极与第四电容C4的另一端连接，第四电容C4的另一端与RCD吸收回路电路23的输出端连接，第六电阻R6和第八电阻R8与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与铁芯电感线圈的另一端连接；铁芯电感线圈的另一端与第六二极管D6的正极连接，第六二极管D6的负极与PWM控制芯片U1的VDD接口连接。
所述同步整流滤波电路25包括控制芯片U2，所述控制芯片U2的型号为DK45R10。
所述充电协议智能识别电路32包括控制芯片U3，所述控制芯片U3的型号为SOT23-6。当然控制芯片U3的型号也可以选用CW3005。
通过对整流滤波电路21和EMC滤波电路27的全新设计，做到了无共模电感和Y电容。真正在空间上做到了体积减小。
针对本发明进行了功能测试，通过测试可知，本发明的电能转换平均效率大于78.7％，一般可以达到79％以上。另外本发明因为EMC滤波电路27的设计，并免除Y电容，因此经过测试漏电电流为4.8μA～5μA远远小于10mA。
对于本发明的压降补偿测试见图14，当充电电流增加时，充电线路上会产生较大的电压降。为了提高充电效率，可以通过增加输出电压以补偿充电线路上产生的损耗。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种USB智能快充装置，具有壳体(1)，壳体(1)内设有电路总成；其特征在于：所述电路总成包括通过飞线电连接的第一PCBA板(2)和第二PCBA板(3)；第二PCBA板(3)上设有USB接口(31)；所述壳体(1)包括外壳(11)、底壳(12)和绝缘隔板(13)；所述底壳(12)与绝缘隔板(13)相对设置；所述第一PCBA板(2)设置在底壳(12)与绝缘隔板(13)之间；所述绝缘隔板(13)位于第一PCBA板(2)与第二PCBA板(3)之间；外壳(11)的一端设有与底壳(12)配合的安装口，外壳(11)的另一端设有与第二PCBA板(3)上的USB接口(31)对应并供USB接口(31)漏出的接插口；外壳(11)的侧壁上设有卡孔(14)，底壳(12)和绝缘隔板(13)上均设有可与外壳(11)的侧壁上的卡孔(14)配合连接的卡钩(15)，外壳(11)通过卡孔(14)与卡钩(15)的配合与底壳(12)、绝缘隔板(13)固定连接；
绝缘隔板(13)上位于第一PCBA板(2)的一侧设有定位槽(131)；第一PCBA板(2)固定卡装在定位槽(131)内；
所述绝缘隔板(13)上位于第二PCBA板(3)的一侧设有定位脚(132)；所述第二PCBA板(3)上设有与定位脚(132)对应配合的插孔；所述第二PCBA板(3)通过定位脚(132)与插孔的配合与绝缘隔板(13)连接。
2.根据权利要求1所述的一种USB智能快充装置，其特征在于：所述绝缘隔板(13)上设有走线槽(133)；电连接第一PCBA板(2)和第二PCBA板(3)的飞线从走线槽(133)穿行。
3.根据权利要求1所述的一种USB智能快充装置，其特征在于：第一PCBA板(2)的外部包设有散热片(4)；散热片(4)位于壳体(1)内部；散热片(4)的表面呈波浪形；散热片(4)呈L型折弯。
4.根据权利要求1所述的一种USB智能快充装置，其特征在于：外壳(11)的外表面设有散热鳍片(111)。
5.根据权利要求1所述的一种USB智能快充装置，其特征在于：所述外壳(11)上设有用于其安装的弹性卡钩(112)。
6.根据权利要求1所述的一种USB智能快充装置，其特征在于：第一PCBA板(2)上设有整流滤波电路(21)、启动电路(22)、RCD吸收回路电路(23)、变压器(24)、同步整流滤波电路(25)、PWM控制回路电路(26)和EMC滤波电路(27)；
第二PCBA板(3)上设有充电协议智能识别电路(32)和USB接口(31)；
整流滤波电路(21)的输入端与电源连接，整流滤波电路(21)的输出端与启动电路(22)的输入端、RCD吸收回路电路(23)的输入端连接；RCD吸收回路电路(23)的输出端与变压器(24)的输入端连接；变压器(24)的输出端与同步整流滤波电路(25)的输入端连接，同步整流滤波电路(25)的输出端与充电协议智能识别电路(32)的输入端连接，充电协议智能识别电路(32)的输出端与USB接口(31)连接；EMC滤波电路(27)分别与PWM控制回路电路(26)和RCD吸收回路电路(23)连接；启动电路(22)的输出端与PWM控制回路电路(26)的输入端连接；
所述整流滤波电路(21)包括FR电阻保险丝、整流桥堆(BD1)、第一滤波电容(CE1)、第二滤波电容(CE2)、第二绕线贴片电感(L2)、第三绕线贴片电感(L3)；L线与FR电阻保险丝的一端连接，FR电阻保险丝的另一端与整流桥堆(BD1)连接，N线与整流桥堆(BD1)连接，整流桥堆(BD1)的负极与第三绕线贴片电感(L3)的一端和第一滤波电容(CE1)的正极连接，第三绕线贴片电感(L3)的另一端与启动电路(22)的输入端、第二滤波电容(CE2)的正极连接，第二滤波电容(CE2)的负极与第二绕线贴片电感(L2)的一端连接并接地，第二绕线贴片电感(L2)的另一端与整流桥堆(BD1)的正极和第一滤波电容(CE1)的负极连接；所述FR电阻保险丝为抗浪涌2KV电阻保险丝；所述整流桥堆(BD1)为贴片式整流桥堆。
7.根据权利要求6所述的一种USB智能快充装置，其特征在于：所述EMC滤波电路(27)包括铁芯电感线圈、第三电容(C3)和第四电容(C4)；铁芯电感线圈的一端分别与第三电容(C3)的一端和第四电容(C4)的一端连接并接地，铁芯电感线圈的另一端与第三电容(C3)的另一端连接；PWM控制芯片(U1)的FB接口与铁芯电感线圈的另一端连接，PWM控制芯片(U1)的漏极与第四电容(C4)的另一端连接，第四电容(C4)的另一端与RCD吸收回路电路(23)的输出端连接，铁芯电感线圈的另一端与PWM控制芯片(U1)的VDD接口连接。
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