CN209488241U - 小型快速充电器 - Google Patents

Abstract

一种体积小且具有USB A接口和TYPE‑C接口的小型快速充电器。其主控电路由整流滤波电路、变压器、脉宽调制与同步整流集成芯片、主控芯片、分别与USB A、TYPE‑C接口相接的A口输出电路和C口输出电路构成。其采用集成度比较高的PI INN‑3266方案和英集芯IP2716方案的结合，很大程度上优化了电路结构，电路元器件数量明显减少，采用一组充电电源即可完成对USB A接口和TYPE‑C接口进行充电。其电路简单、集成度和空间利用率高，由此，使其体积小、重量轻和成本低。在保证快速充电的同时又减少了体积，满足了消费者的需求，推动了充电技术的发展。

Description

小型快速充电器

技术领域

本实用新型涉及一种充电器，特别涉及一种小巧且快充的充电器。

背景技术

目前，对于市面上的智能手机来说，手机续航能力一直是阻碍手机技术发展的一大瓶颈，在电池技术仍然无法取得突破的今天，快速充电技术可以说是解决手机续航能力最合理的方案。在追求快速充电的同时，消费者也在一直追求具有小型、使用方便、外观精致和价格实惠的充电器。

对于手机充电来说，充电器和手机互相携手协议后，手机会智能检测充电器的负载能力，充电器功率大，手机就会接受更高的电流对其进行充电，但是对于目前通用的USB接口(如USB A/B)和数据线来说，承受的电流能力不高于2.4A，若超过该电流值，则会在相关的硬件上较多的电能会以热能形式消耗掉，这样充电器的输出功率由于受类似这类硬件的影响而无法达到快速充电的目的。

目前，该行内多采用QC3.0和USB PD快速充电标准。

QC3.0则是在2.0的基础上，以200mV为阶跃，提供3.6V到20V的工作电压动态调节，这样不仅优化了手机内的DC/DC效率，消除了QC2.0中固有的会在电压切换时造成的手机发热问题.

基于QC3.0协议快充模式下，手机充电使用时，QC3.0的充电速度比QC2.0最高可提升27％的快充速度，能减少45％的功率损耗。

USB-Power Delivery(简称USB PD)是目前主流的快充协议之一。是由USB-IF组织制定的一种快速充电规范。USB PD透过USB电缆和连接器增加电力输送，扩展USB应用中的电缆总线供电能力。该规范可实现更高的电压和电流，提高了充电速度，并达到快速充电的目的。

现有技术中，具有USB A接口和TYPE-C接口的充电器，其内部电路设计如下(参见图6所示)：

其内部电路具有两组电源，即供USB A接口充电的A口充电电源和供TYPE-C接口充电的C口充电电源以及各自的充电协议管理芯片，两组电源各自独立设置。

所述A口充电电源由共用的AC输入端与前端整流滤波电路，专用的A口变压器、前端的PWM控制芯片U1、开关MOS管Q1、后端的同步整流芯片U2、同步整流MOS管Q3和USB A接口的输出控制芯片U4组成。

所述C口充电电源由共用的AC输入端与前端整流滤波电路，专用的B口变压器、前端的PWM控制芯片U5、开关MOS管Q4、后端的同步整流芯片U6、同步整流MOS管Q6和TYPE-C接口的输出控制芯片U7组成。

上述结构存在的不足是：

1)各个部分元件均为分立元器件，电路复杂、繁琐、浪费空间。

2)采用双变压器导致其体大笨重。

3)采用较多的分离元件，导致其成本高、耗电量大。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种体积小且具有USB A接口和TYPE-C接口的小型快速充电器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型的小型快速充电器，包括设置在机壳上的USB A接口、USB TYPE-C接口和机壳内的主控电路，其特征在于：所述主控电路由整流滤波电路、变压器、脉宽调制与同步整流集成芯片、主控芯片、分别与USB A、TYPE-C接口相接的A口输出电路和C口输出电路构成，其中，

整流滤波电路的输入端与外接电源相接，其输出端接于变压器的初级端；

变压器的次级端与次级输出电路相接，次级输出电路在所述的脉宽调制与同步整流集成芯片的控制下输出直流电流；

脉宽调制与同步整流集成芯片的受控端接于所述主控芯片的第一信号控制端并在该主控芯片的控制下工作；

A口输出电路的输入端与次级输出电路相接，其输出端受控于所述主控芯片的第二信号控制端并在该主控芯片的控制下工作；

C口输出电路的输入端与次级输出电路相接，其输出端受控于所述主控芯片的第三信号控制端并在该主控芯片的控制下工作。

所述脉宽调制与同步整流集成芯片采用PI公司的InnoSwitch^TM3-CP系列型号为INN3266C的芯片，其第24脚接于变压器初级，其第5脚接于次级输出电路中的第三MOS管的栅极，第三MOS管的漏极接于变压器的次级，第三MOS管的源极接地；脉宽调制与同步整流集成芯片的第1脚接地。

所述主控芯片采用英集芯的型号为IP2716的芯片，其第14脚为所述的第一信号控制端，该控制端与所述脉宽调制与同步整流集成芯片的第3脚相接；其第5脚为所述的第二信号控制端，该控制端与所述A口输出电路中的第八MOS管的栅极相接，控制A口输出电路向USB A接口输出电压和电流。

所述主控芯片的第4脚为所述的第三信号控制端，该控制端与所述C口输出电路中的第七MOS管的栅极相接，控制C口输出电路向TYPE-C接口输出电压和电流。

承载所述主控电路的电路板的长×宽为41.5mm×34.5mm。

本实用新型采用集成度比较高的PIINN-3266方案和英集芯IP2716方案的结合，很大程度上优化了电路结构，电路元器件数量明显减少，其采用一组充电电源即可完成对USBA接口和TYPE-C接口进行充电。其电路简单、集成度和空间利用率高，由此，使其体积小、重量轻和成本低。

本实用新型的充电器，在保证快速充电的同时又减少了体积，满足了消费者的需求，推动了充电技术的发展，可以预见，小型化、快速充电、实惠和便捷是充电器发展的一种必然趋势，其正是迎合这一发展趋势应运而生的。

附图说明

图1为本实用新型充电器中的整流滤波电路、变压器、脉宽调制与同步整流集成芯片的连接电路原理图。

图2为本实用新型充电器中的A口输出电路的原理图。

图3为本实用新型充电器中的C口输出电路的原理图。

图4为本实用新型充电器中的主控芯片的示意图。

图5为本实用新型电路原理总图。

图6为现有技术中的充电器的电路原理图。

附图标记如下：

具体实施方式

本实用新型的小型快速充电器采用新型调试理念，采用PI INN-3266方案和英集芯IP2716相结合，成功实现快速充电，PI方案电路简单、电子元器件少、集成了flyback(反激式)控制器、650V MOSFET和二次侧传感和同步整流驱动内置于芯片中的结构，使得相关芯片外围不再设置专门的650V MOSFET、二次侧传感和同步整流驱动。

整个电路板的长×宽可小至41.5mm×34.5mm。

其具有以下优点：

1)USB A接口和TYPE-C接口电源的前端共用一组AC-DC转换模块和共用一个变压器供电，实现了产品的小型化。

2)二次侧，传感和同步整流驱动，简化USB-PD和QC 3.0的设计，在230VAC时空载损耗小于30mW，符合DOE VI(美国能效标准)能效及COC V5(欧盟能效标准)能效标准。

3)先进的保护/安全特性。初级控制输出OVP(过压保护)，次级感应输出OCP(过流保护)至零输出电压，多层保护功能。

4)生产100％符合高压测试，加强绝缘，隔离电压>3500VAC。符合UL1577(美国安全测试标准)和TUV(EN60950)(欧盟安全测试标准)安全认证。EN61000-4-8(100A/m)和EN61000-4-9(1000A/m)(欧洲电工标准)兼容。

如图1－5所示，本实用新型的充电器的主控电路由电源输入端、前端整流滤波电路(前、后之分是以变压器为界，初级侧为前端，次级侧为后端)、变压器、后端的脉宽调制与同步整流集成芯片U1、主控芯片U2、分别与USB A、TYPE-C接口相接的A口输出电路和C口输出电路构成。

其中，

整流滤波电路的输入端与外接电源相接，其输出端接于变压器的初级端。

变压器的次级端与次级输出电路相接，次级输出电路在所述的脉宽调制与同步整流集成芯片的控制下输出直流电流。

脉宽调制与同步整流集成芯片U1的受控端接于所述主控芯片U2的第一信号控制端并在该主控芯片的控制下工作。主控芯片的第14脚为所述的第一信号控制端，该控制端与所述脉宽调制与同步整流集成芯片的第3脚相接。

所述脉宽调制与同步整流集成芯片采用PI公司的InnoSwitch^TM3-CP系列型号为INN3266C的芯片，其第24脚接于变压器初级，其第5脚接于次级输出电路中的第三MOS管的栅极，第三MOS管的漏极接于变压器的次级，第三MOS管的源极接地；脉宽调制与同步整流集成芯片的第1脚接地。

所述主控芯片采用英集芯的型号为IP2716的芯片。

A口输出电路的输入端与次级输出电路相接，其输出端受控于所述主控芯片的第二信号控制端并在该主控芯片的控制下工作；主控芯片的第5脚为所述的第二信号控制端，该控制端与所述A口输出电路中的第八MOS管的栅极相接，控制A口输出电路向USB A接口输出电压和电流。

C口输出电路的输入端与次级输出电路相接，其输出端受控于所述主控芯片的第三信号控制端并在该主控芯片的控制下工作。主控芯片的第4脚为所述的第三信号控制端，该控制端与所述C口输出电路中的第七MOS管的栅极相接，控制C口输出电路向TYPE-C接口输出电压和电流。

AC转DC工作原理：

AC220V交流后从L,N端输入，经过共模电感L4后再通过二极管D4、D5、D6、D7整流，再经过电容CE3、电感L2、电容CE1滤波得到直流电压。由电阻R2A1、R2A2、R2A3给脉宽调制与同步整流集成芯片U1的13脚供电起动，脉宽调制与同步整流集成芯片U1起动后，由其辅助绕组14脚(参见图1)续电工作，内部24脚控制变压器开关，电压经过变压感应到T1次级端，由U1第5脚控制MOS管Q3的栅级输出，通过电容C16、C17滤波得到直流低电压，通过U1第3脚基准电压控制稳压，从而输出端得到一个稳定的直流电压输出。

USBA口工作原理：

USBA口由U2IP2716第5脚控制MOS管Q8的栅级端(参见图2所示)，打开MOS管Q8，经过MOS管Q8输出到USBA口，快充模式：当快充QC3.0设备插入USBA时，经过USBA口的D+、D-检测，由主控芯片U2的第9脚和第12脚同步检测信息控制U2第14脚FB的电压，从而将USBA输出对应的快充电压及电流。

TYPE-C口工作原理：

TYPE-C口由主控芯片U2IP2716第4脚控制Q7MOS(参见图3所示)的栅级端，打开MOS管Q7，经过Q7输出到TYPE-C口，快充模式：当快充PD设备插入TYPT-C口时，经过TYPE-C口的CC1、CC2检测，由U2第7脚和第8脚同步检测信息控制U2第14脚FB的电压，从而将TYPE-C输出对应的快充电压及电流。

Claims (5)

1.一种小型快速充电器，包括设置在机壳上的USB A接口、USB TYPE-C接口和机壳内的主控电路，其特征在于：所述主控电路由整流滤波电路、变压器、脉宽调制与同步整流集成芯片、主控芯片、分别与USB A、TYPE-C接口相接的A口输出电路和C口输出电路构成，其中，

整流滤波电路的输入端与外接电源相接，其输出端接于变压器的初级端；

变压器的次级端与次级输出电路相接，次级输出电路在所述的脉宽调制与同步整流集成芯片的控制下输出直流电流；

脉宽调制与同步整流集成芯片的受控端接于所述主控芯片的第一信号控制端并在该主控芯片的控制下工作；

A口输出电路的输入端与次级输出电路相接，其输出端受控于所述主控芯片的第二信号控制端并在该主控芯片的控制下工作；

C口输出电路的输入端与次级输出电路相接，其输出端受控于所述主控芯片的第三信号控制端并在该主控芯片的控制下工作。

2.根据权利要求1所述的小型快速充电器，其特征在于：所述脉宽调制与同步整流集成芯片采用PI公司的InnoSwitch^TM3-CP系列型号为INN3266C的芯片，其第24脚接于变压器初级，其第5脚接于次级输出电路中的第三MOS管的栅极，第三MOS管的漏极接于变压器的次级，第三MOS管的源极接地；脉宽调制与同步整流集成芯片的第1脚接地。

3.根据权利要求2所述的小型快速充电器，其特征在于：所述主控芯片采用英集芯的型号为IP2716的芯片，其第14脚为所述的第一信号控制端，该控制端与所述脉宽调制与同步整流集成芯片的第3脚相接；其第5脚为所述的第二信号控制端，该控制端与所述A口输出电路中的第八MOS管的栅极相接，控制A口输出电路向USB A接口输出电压和电流。

4.根据权利要求3所述的小型快速充电器，其特征在于：所述主控芯片的第4脚为所述的第三信号控制端，该控制端与所述C口输出电路中的第七MOS管的栅极相接，控制C口输出电路向TYPE-C接口输出电压和电流。

5.根据权利要求4所述的小型快速充电器，其特征在于：承载所述主控电路的电路板的长×宽为41.5mm×34.5mm。