CN211018319U - 一种充电器 - Google Patents

Abstract

一种充电器，包括插头后壳、110‑220V市电转换为直流电的开关电源电路，一对金属插头片和插头前盖，插头后壳的端面上设有四个USB输出接口，呈口型排列；此输出接口为开关电源的直流输出端；四个USB输出接口分别固定在口型分布的四块PCB板上，四块PCB板均容纳在插头后壳内。直流电源输出端的两只电感L1、L2叠加安装在多个USB插口的口型内部。

Description

一种充电器

技术领域

本实用新型涉及一种带多输出口多块PCB板的大功率充电器。

背景技术

开关电源式充电器通过110/220V市电转换成USB标准(目前已经商业化USB-A、C两种标准)的直流电源，已经在市场上出现，考虑到50W以上的功率输出和便携性，电路上是成熟的结构。如CN2016111470917公开了一种充电器，用于为电子设备充电，所述充电器包括充电电路和USB输出接口，所述充电器还包括开关电源和微处理器；所述开关电源连接于所述充电电路与所述USB输出接口之间，所述开关电源还与所述微处理器连接；在所述USB输出接口与所述电子设备连通后，所述微处理器通过使能所述开关电源，将所述USB输出接口的USB电压从第一电压值升压至第二电压值。

CN106253394B一种充电器，包括：整流滤波单元、两个供电单元、两个开关单元和两个并联的充电器输出端，所述两个供电单元分别为第一供电单元和第二供电单元，所述两个开关单元分别为第一开关单元和第二开关单元，所述两个充电器输出端分别为第一充电器输出端和第二充电器输出端；所述整流滤波单元用于将所述电源输入的交流电流转化为高压直流电流；所述第一供电单元，用于将所述整流滤波单元输入的高压直流电流转化为低压直流电流；所述第二供电单元，用于将所述第一供电单元输入的直流电流转化为直流电流。

众所周知，开关电源具有不少发热元件，如功率开关管，整流桥、高频变压器，此外，电容与电感元件必不可少，这两种元件均是大体积的元件，且现有技术充电器的插头多半是固定式，体积会很大，但充电器的折叠插头会极有意义，现有的折叠插头(与市电插座匹配的电连接插头)仍极有改进的余地，尤其是本实用新型提出的是带PCB板的充电器及折叠结构插头。将发热器件分别布局到不同的PCB电路板上，并在焊盘上做大铜皮面积。

发明内容

本实用新型目的是，提出一种带多USB输出口和多块PCB板的大功率充电器。电路散热元件布局合理且结构紧凑的充电器，可以匹配于110-220V市电，可以制备成65W以上功率的输出，而且成本低的充电器。本实用新型目的还在于，提出一种充电器的折叠插头，可以匹配于各种插座，尤其是可以匹配于带PCB板的充电器。

本实用新型的技术方案是，一种充电器，包括插头后壳、110-220V市电转换成直流电的开关电源电路，一对金属插头片和插头前盖，插头后壳的端面上设有四个USB输出接口，呈口型排列；此输出接口为开关电源的直流输出端；四个USB输出接口分别固定在口型分布的四块PCB板上，四块PCB板均容纳在插头后壳内；

进一步，四块PCB板分别为P1、P2、P3、P4；直流电源输出端的电感L1、L2叠加安装在多个USB插口的口型内部。

直流电源输出端的两对功率开关管Q3、Q4、Q5、Q6安装在一块PCB板上。

开关电源输入端电路的滤波器CL装在一块PCB板上，全波整流桥D1、D2装在一块PCB板上，反激变压器T1安装在口型分布的PCB中央。

进一步，将发热器件分别布局到不同的PCB电路板上，并在焊盘上显著做大的铜皮面积；无需额外的散热器，利用PCB散热及均热；在一个很局促的长方体空间内，设有U型布局电路板对插，输出端位置设有口型布局电路板对插；充分利用空间体积可更紧凑的布局元器件，利用电路板作为屏蔽层，有助于降低电磁干扰EMI；PCB及关键元器件的布局(电容，电感、变压器，功率开关管，功率二极管)等的具体组合放置位置合理紧凑；在现有常规器件的情况下，实现小型化设计。

进一步的，插头后壳、一对金属插头片和插头前盖制备成能折叠的插头的结构，一对金属插头片固定安装的绝缘轴上，绝缘轴固定于插头前盖内部的凹处，一对金属插头片从插头前盖的缝隙伸出，且金属插头片带动绝缘轴在凹处90度旋转时隐藏在插头前盖的缝隙内；另设有一对金属连接簧片，每个金属连接簧片的前端与金属插头片的后端电接触，金属连接簧片的中央设有固定孔，金属连接簧片的后端向插头后壳内弯曲接触插座或充电器的电源输入端口。

金属连接簧片采用磷铜片，具有一定的弹性，可以保证电接触的可靠，插头后壳、和插头前盖、绝缘轴均采用成熟的高分子材料注塑，在形状的强度上均能保证固定可靠、绝缘安全，折叠灵活。

插头前盖上设有嵌入式台阶安装于插头后壳，金属连接簧片的后端向插头后壳内弯曲成U型，而且与插头后壳上设有筋条抵住U型。

有益效果：通过在插头后壳端面上设有四个USB输出接口(电源端)，直接装在口型分布的四块PCB板上，USB直接接触到PCB板上的铜箔，电连接可靠，降低了结构复杂度，并提高了可靠性。将发热器件分别布局到不同的PCB电路板上，并在焊盘上显著做大的铜皮面积；无需额外的散热器，利用PCB散热及均热；在一个很局促的长方体空间内，设有U型布局电路板对插，输出端位置设有口型布局电路板对插；充分利用空间体积可更紧凑的布局元器件，利用电路板作为屏蔽层，有助于降低电磁干扰EMI；PCB及关键元器件的布局(电容，电感、变压器，功率开关管，功率二极管)等的具体组合放置位置合理紧凑；在现有常规器件的情况下，实现小型化设计。能折叠的插头的结构通过簧片直接接触到PCB板上的铜箔，电连接可靠，降低了结构复杂度，并提高了可靠性。

附图说明

图1为本实用新型应用的充电器的内部结构示意图；

图2为本实用新型电路示意图；

图3为本实用新型电路中滤波与反激变换电路图；

图4为本实用新型内部零件安装图，

图5为本实用新型另一角度的内部零件安装图，

图6为本实用新型插头前盖USB；

图7为本实用新型另一角度的内部零件安装图。

图8为本实用新型应用的充电器的后壳结构外部结构示意图；

图9为本实用新型插头前盖外结构的前面外视示意图；

图10为本实用新型插头前盖的后视图；

图11为本实用新型插头前盖的爆炸结构图；

图12为本实用新型插头前盖的固定盖板4不安装时的后视图。图12中两个大孔为螺丝孔，用来固定盖板。四个小孔为金属压片的定位孔，压盖压住压片。

具体实施方式

如图所示，充电器，包括插头后壳、一对金属插头片和插头前盖，插头后壳的端面上设有四个USB输出接口，呈口型排列；此输出接口为开关电源的直流输出端；四个USB输出接口分别固定在口型分布的四块PCB板上，四块PCB板均容纳在插头后壳内；110-220V市电转换成直流电的开关电源电路为现有的常规电路。USB输出可以是A、C型接口均可，如四个A型、四个C型、两A两C型，或一A三C或一C三A型USB接口等组合。

四块PCB板分别为P1、P2、P3、P4，横截面呈口型，准确的应该是呈“口”型在插头后壳内；铜箔层在接近插头后壳的表面，贴片元件贴在铜箔层(如直流电源输出端的两对功率开关管Q3、Q4、Q5、Q6安装在PCB板上)；

而分立元件安装在四块PCB板围成的内部空间，如直流电源输出端的电感L1、L2叠加安装在多个USB插口的口型内部。

开关电源输入端电路的滤波器CL，输入端的滤波器可以是贴片也可以是插件的，此滤波器包括共模电感、差模电感、电容；并装在一块PCB板上，全波整流桥D1、D2在一块PCB板上，反激变压器T1安装在口型分布的PCB中央。

将发热器件分别布局到不同的PCB电路板上，并在焊盘上显著做大的铜皮面积；无需额外的散热器，利用PCB散热及均热；在一个很局促的长方体空间内，设有U型或口型布局电路板对插(三块电路板，可以安装变压器；而在USB输出端位置设有口型布局的四块电路板；充分利用空间体积可更紧凑的布局元器件，利用电路板作为屏蔽层，有助于降低电磁干扰EMI；PCB及关键元器件的布局(电容，电感、变压器，功率开关管，功率二极管)等的具体组合放置位置合理紧凑；在现有常规器件的情况下，实现小型化设计。

将发热器件分别布局到不同的PCB电路板上，并在焊盘上显著做大的铜皮面积；无需额外的散热器，利用PCB散热及均热；这里指的发热器件列举如下表：

功率器件的安装为

P1:C1—C3；Q3 Q4 Q5 Q6；C6 C7

P2:滤波器；D1 D2；Q2

P3：C4；Q1；

最大发热器件为Q1和T1.

由此可见散热要点：

1、利用PCB散热和均热的器件主要为半导体器件，通过焊盘直接焊接接触，如二极管和功率开关管。由于PCB上有大面积铜皮与焊盘连接，且焊盘与半导体引脚直接焊接，热阻显著降低，故相对于常规的在半导体器件上面放置散热片，PCB散热传热效果明显提升。

2、其他器件如变压器和电容，通过贴着、表面紧靠接触、以及通过散热硅脂或灌封胶等填充物来将器件的热量传输到PCB上，再利用PCB传热和散热

3、将上述的半导体发热器件尽量均匀分布到不同的PCB上，以实现降低热点温度，进而实现整体均热和散热的目的。

器件布局要点：

1、上述表中的贴片及插件器件的整体布局，在常规器件(比如硅MOSFET是常规器件，氮化镓MOSFET是最新的半导体开关管器件)情况下，有效的控制了各发热器件的温度，实现了小型化设计。

2、巧妙的安装位置布局涉及的电容的安装方式使得电流回路面积显著降低，从而降低了功率损耗和寄生电感，有助于提高功率传输效率。

3、巧妙的安装位置布局涉及的高频电感安装布局，利用四周的PCB及USB口作为屏蔽层，降低了其产生的电磁干扰。

如图8-12所示，插头后壳1、一对金属插头片5和插头前盖3，一对金属插头片(可以针对各国的对插头制式和规格的要求，但基本是一对金属极片)平行固定安装的绝缘轴51上，绝缘轴固定于插头前盖内部的凹处，插头前盖及后壳均注塑制备，形成一安装的绝缘轴的凹处很容易。一对金属插头片从插头前盖3的缝隙上端的片状孔内伸出，且金属插头片带动绝缘轴在凹处90度向下旋转时隐藏在插头前盖的缝隙31内；便于携带。插头前盖3内部设有大螺孔座33、小孔座32，大螺孔座33用于安装固定盖板4，小孔座32用于固定金属连接簧片的中央的固定孔61。

另设有一对金属连接簧片，每个金属连接簧片的前端62与金属插头片的后端52电接触，尤其是金属连接簧片的前端是有斜度的结构，且有弹性，便于与金属插头片的后端接触，尤其是金属插头片垂直于插头前盖时，金属插头片的后端竖起便于与磷铜片接触；金属连接簧片的中央设有固定孔61，金属连接簧片的后端向插头后壳内弯曲接触插座或充电器的电源输入端口。金属连接簧片采用磷铜片，具有一定的弹性，可以保证电接触的可靠，插头后壳、和插头前盖、绝缘轴均采用成熟的高分子材料注塑，在形状的强度上均能保证固定可靠、绝缘安全，折叠灵活。

插头前盖上设有嵌入式台阶安装于插头后壳，金属连接簧片的后端向插头后壳内弯曲成U型作为接触电极63，而且与插头后壳1上设有筋条2正好在下面抵住U型接触电极。

折叠插头，包括插头后壳、一对金属插头片和插头前盖，一对金属插头片固定安装的绝缘轴上，绝缘轴固定于插头前盖内部的凹处，一对金属插头片从插头前盖的缝隙伸出，且金属插头片带动绝缘轴在凹处90度旋转时隐藏在插头前盖的缝隙内；另设有一对金属连接簧片，每个金属连接簧片的前端与金属插头片的后端电接触，金属连接簧片的中央设有固定孔，金属连接簧片的后端向插头后壳内弯曲接触插座或充电器的电源输入端口。金属连接簧片采用磷铜片，具有一定的弹性，可以保证电接触的可靠，插头后壳、和插头前盖、绝缘轴均采用成熟的高分子材料注塑，在形状的强度上均能保证固定可靠、绝缘安全，折叠灵活。

Claims (7)

1.一种充电器，其特征是，包括插头后壳、110-220V市电转换为直流电的开关电源电路，一对金属插头片和插头前盖，插头后壳的端面上设有四个USB输出接口，呈口型排列；此输出接口为开关电源的直流输出端；四个USB输出接口分别固定在口型分布的四块PCB板上，四块PCB板均容纳在插头后壳内。

2.根据权利要求1所述的充电器，其特征是，直流电源输出端的两只电感L1、L2叠加安装在多个USB插口的口型内部。

3.根据权利要求1所述的充电器，其特征是，将发热器件分别布局到不同的PCB电路板上，并在焊盘上显著做大的铜皮面积；无需额外的散热器，利用PCB散热及均热；在一个很局促的长方体空间内，设有U型或口型布局电路板对插，输出端位置设有口型布局电路板对插。

4.根据权利要求1所述的充电器，其特征是，开关电源输入端电路的滤波器CL装在一块PCB板上，全波整流桥D1、D2在一块PCB板上，反激变压器T1安装在口型分布的PCB中央。

5.根据权利要求1-4之一所述的充电器，其特征是，插头后壳、一对金属插头片和插头前盖制备成能折叠的插头的结构，一对金属插头片固定安装的绝缘轴上，绝缘轴固定于插头前盖内部的凹处，一对金属插头片从插头前盖的缝隙伸出，且金属插头片带动绝缘轴在凹处90度旋转时隐藏在插头前盖的缝隙内；另设有一对金属连接簧片，每个金属连接簧片的前端与金属插头片的后端电接触，金属连接簧片的中央设有固定孔，金属连接簧片的后端向插头后壳内弯曲接触插座或充电器的电源输入端口。

6.根据权利要求5所述的充电器，其特征是，金属连接簧片采用磷铜片，具有一定的弹性，可以保证电接触的可靠，插头后壳、和插头前盖、绝缘轴均采用成熟的高分子材料注塑，在形状的强度上均能保证固定可靠、绝缘安全，折叠灵活。

7.根据权利要求5所述的充电器，其特征是，插头前盖上设有嵌入式台阶安装于插头后壳，金属连接簧片的后端向插头后壳内弯曲成U型，而且与插头后壳上设有筋条抵住U型。

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