CN212210522U - 一种高功率密度的充电器 - Google Patents
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Abstract
一种高功率密度的充电器，包括插头后壳、110‑220V市电转换成直流电的开关电路，一对金属插头片和插头前盖，插头后壳的端面上设有2‑4个USB输出接口；此输出接口为开关电源的直流输出端；2‑4个USB输出接口分别固定在截面为L型或C型分布的PCB板上，PCB板均容纳在插头后壳内；PCB板包含一个主PCB板和多个副PCB板，其中主PCB板上安装充电器电路中器件：包括原边与副边功率开关管Q1、Q2、变压器T1、反激原边控制器及同步整流控制器、输出电容C5、C6等充电电路的主要器件；不同的副PCB板均插在主PCB板上焊接连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种带多输出多块PCB板的高功率密度的大功率充电器。
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。(USB-A、C有不同的电压，根据快充协议可以调节到5v 9v 12v 15v 20v等多个电压)。
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T1，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，现有技术充电器的体积较大，不便于携带，因此通过合理巧妙的器件和PCB板布局同时实现多重有益效果，进而达到高功率密度充电器的设计效果。
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板的高功率密度的大功率充电器。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。
本实用新型的技术方案是，一种高功率密度的充电器，包括插头后壳、 110-220V市电转换成直流电的开关电路，一对金属插头片和插头前盖，插头后壳的端面上设有2-4个USB输出接口；此输出接口为开关电源的直流输出端；2-4 个USB输出接口分别固定在L型或C型(4个USB口时是O型)分布的PCB板上，PCB板均容纳在插头后壳内；PCB板包含一个主PCB板和多个副PCB板，其中主 PCB板上安装充电器电路中器件：包括原边与副边功率开关管Q1、Q2、变压器 T1、反激原边控制器及同步整流控制器、输出电容C5及C6等反激电路的主要器件；充电器电路中滤波器、整流器、USB输出控制电路分别安装在不同的副PCB 板上；输入电容(C1-C4)根据结构需要布局到主板或副板上；不同的副PCB板均插在主PCB板上焊接连接。
副PCB板上固定的器件均悬空在主PCB板上方，即不影响主PCB板表面的元器件布局，使得主PCB板具有充足的面积放置元器件及大面积铜箔供发热器件散热，且副板器件与主板器件构成近乎规则的长方体或正方体，充分占用外壳内部空间。
进一步，发热器件均匀布局到主、副PCB板上，主PCB板上放置的发热功率器件包含原边开关管Q1、副边开关管Q2、变压器T1，变压器T1位于主板的中央，原边功率开关管Q1位于主板的输入端，副边功率开关管Q2位于主板的输出端。副PCB板上固定的发热器件均悬空在主PCB板上方，即不影响主PCB板表面的元器件布局，进而使得主PCB板具有充足的面积放置元器件及大面积铜箔供发热器件(Q1、Q2等)散热。
进一步，为了防止因为副板的插入而影响主板上可使用的面积，副板安装到主板的周围，即副板插入到主板的边缘侧，其中输入滤波器位于主板的输入端，输出电路位于主板的输出端。
进一步，设有三块副PCB板均插到主PCB板上焊接结构，主PCB板和三块副 PCB板的(三块副PCB板上固定充电器电路的器件)插接成方形立柱形，其中二块副PCB板垂直插在主PCB板的两侧边、一块副PCB板垂直插在主PCB板的一端边，金属散垫包裹片包围并贴合充电器电路PCB板的2-4个面，使得充电器表面温度的均匀控制。
进一步，插入壳体的主PCB板(一般为主板即底板，底板的两侧边)的两侧角部均设有凸台，此PCB板的两侧两个凸台之间设有凹槽型缺口，凹槽型缺口上安装一包裹主PCB板和二块副PCB板的绝缘垫，绝缘垫外层安装一金属散垫器(金属包裹片)，金属散垫包裹片再塞进壳体内；即PCB板(底板的两侧边)沿中间部分挖空用以通过散热片+PCB边沿两端部分用以滑入壳体角部设有的轨道定位安装。
进一步，变压器T1的至少一个面与散热器(金属包裹片)内表面接触，以实现热量从变压器T1到散热器的有效传导。
本实用新型的主PCB板和多块副PCB板(内为充电器部件)折叠成方形立柱形，安装到所述插头后壳，并利用导热胶灌封后壳内的PCB板及器件等。
有益效果：通过在插头后壳端面上设有2-4个USB输出接口(电源端)，USB 直接接触到PCB板上的铜箔，将发热器件分别布局到不同的PCB电路板上，PCB 板包含一个主PCB板和多个副PCB板，充分利用空间，整体实现元器件布局的紧凑，和发热器件的分散放置以致局部温度的有效控制。通过合理巧妙的器件和 PCB板布局同时实现多重益处：
1)高功率密度，即在相同的体积输出更高的功率；
2)主要发热器件的分散布局及PCB板上铺设大面积铜箔使得温度得到有效控制；
3)单个散热器(片状金属)全包围并贴合充电器电路板及器件的四个面使得表面温度有效平均；由于以上结构设计的良好散热特性，无需使用先进半导体功率器件(例如氮化镓开关管)，使用常规的硅开关管即可实现充电器的高功率密度效果并且温度可控。
附图说明
图1为本实用新型结构一的示意图；
图2为本实用新型结构一的另一视角示意图；
图3为本实用新型结构一的外观示意图；
图4为本实用新型两输出端口的电路图；
图5为本实用新型散热结构安装示意图；
图6为本实用新型结构二的示意图；
图7为本实用新型结构二的另一视角示意图；
图8为本实用新型结构二输入电容安装位置变形的示意图；
图9为本实用新型结构二输入电容安装位置变形的另一视角示意图；
图10为本实用新型结构二的外观示意图；
图11为本实用新型结构三的示意图；
图12为本实用新型结构三的另一视角示意图；
图13为本实用新型结构三的外观示意图；
图14为本实用新型结构四的两个输出端口示意图；
图15为本实用新型结构四的四个输出端口示意图；
图16为本实用新型结构五的四个输出端口示意图；
图17为本实用新型四个输出端口的电路图；基本为现有技术电路，仅供参考。
具体实施方式
高功率密度的充电器，图4或图17多输出端口的电路图的元件决定了本申请实施例的附图标志。图1-3为实施结构一，变压器T1位于主板的中央，原边功率开关管Q1位于主板的输入端，副边功率开关管Q2位于主板的输出端；副板安装到主板的四周边缘侧；第一副板PCB2上有滤波器器件(滤波电感及滤波电容)，安装于主板的输入端焊接固定；第二副板PCB3布局有整流器D1-D2、输入电容、部分输出电路和USB端口，安装于主板的侧边；第三副板PCB4布局有另一部分输出电路及USB端口，安装于主板的输出端。
图1-2中，充电器实施例，二至四USB输出口，尤其是USB口包括A和C 口，插板到Q1、Q2的板上，电容C1-C7与D12布局，电感L1、L2与电容Cx悬空并列。
副PCB板上固定的器件均悬空在主PCB板上方，即不影响主PCB板表面的元器件布局，使得主PCB板具有充足的面积放置元器件及大面积铜箔供发热器件散热，且副板器件与主板器件构成近乎规则的长方体或正方体，充分占用外壳内部空间。
图5为零件爆炸图，壳体1内角部设有PCB轨道2，散热器(片)3以铝或铁铜等导热材料制备，绝缘垫4直接覆盖于电路器件上方，PCB板的凹槽5在PCB 主板侧边，PCB板的凸台6，PCB板的凸台6用于配合壳体的轨道，具有固定和定位的作用。
图6-10结构二，变压器T1位于主板的中央，原边功率开关管Q1位于主板的输入端，副边功率开关管Q2位于主板的输出端；副板安装到主板的四周边缘侧；第一副板PCB2上有滤波器器件(滤波电感及滤波电容)、整流器D1-D2和部分输入电容C3、C4，安装于主板的输入端焊接固定；第二副板PCB3布局有另一部分输入电容C1、C2，安装于主板的侧边,或者另一部分输入电容C1、C2安装在主板上；或者如图8，输入电容均安装在主板的边缘；第三副板PCB4和第四副板PCB5分别布局部分输出电路及USB端口，安装于主板的输出端。
图11-13结构三，变压器T1位于主板的中央，原边功率开关管Q1位于主板的输入端，副边功率开关管Q2位于主板的输出端；副板安装到主板的四周边缘侧；第一副板PCB2上有滤波器器件(滤波电感及滤波电容)安装于主板的输入端焊接固定；第二副板PCB3布局有整流器D1-D2、输入电容,安装于主板的侧边；第三副板PCB4和第四副板PCB5分别布局部分输出电路及USB端口，安装于主板的输出端。
图14-15结构四：变压器T1位于主板的中央，原边功率开关管Q1位于主板的输入端，副边功率开关管Q2位于主板的输出端；副板安装到主板的四周边缘侧；第一副板PCB2上有滤波器器件(滤波电感及滤波电容)安装于主板的输入端焊接固定；第二副板PCB3布局有整流器(D1-D2)、输入电容,安装于主板的侧边；第三副板PCB4布局输出电路及USB端口，安装于主板的输出端；
第三副板PCB4布局输出电路及两个USB端口，安装于主板的输出端；或第三副板PCB4布局输出电路及四个USB端口，且四个USB端口呈口型布局，安装于主板的输出端。
图16结构五：变压器T1位于主板的中央，原边功率开关管位于主板的输入端，副边功率开关管位于主板的输出端，输入电容位于主板的一个边缘侧；副板安装到主板的输入输出边缘侧；第一副板(PCB2)上有滤波器器件和整流器 (D1-D2)，安装于主板的输入端焊接固定；第二副板(PCB3)布局输出电路及USB 端口，安装于主板的输出端。
Claims (11)
1.一种高功率密度的充电器，其特征是，包括插头后壳、110-220V市电转换成直流电的开关电路，一对金属插头片和插头前盖，插头后壳的端面上设有2-4个USB输出接口；此输出接口为开关电源的直流输出端；2-4个USB输出接口分别固定在截面为L型或C型分布的PCB板上， PCB板均容纳在插头后壳内；PCB板包含一个主PCB板和多个副PCB板，其中主PCB板上安装充电器电路中器件：包括原边与副边功率开关管Q1、Q2、变压器T1、反激原边控制器及同步整流控制器、输出电容C5、C6；充电器电路中滤波器、整流器、USB输出控制电路分别安装在不同的副PCB板上；输入电容C1-C4布局到主板或副板上；不同的副PCB板均插在主PCB板上焊接连接。
2.根据权利要求1所述高功率密度的充电器，其特征是，发热器件均匀布局到主、副PCB板上，主PCB板上放置的发热功率器件包含原边与副边功率开关管Q1、Q2，变压器T1，变压器T1位于主板的中央，原边功率开关管Q1位于主板的输入端，副边功率开关管Q2位于主板的输出端；副板安装到主板的周围，即副板插入到主板的缘边侧，其中输入滤波器位于主板的输入端，输出电路位于主板的输出端。
3.根据权利要求1或2所述高功率密度的充电器，其特征是，设有三块副PCB板均插到主PCB板上焊接结构，主PCB板和三块副PCB板的插接成方形立柱形，其中二块副PCB板垂直插在主PCB板的两侧边、一块副PCB板垂直插在主PCB板的一端边，金属散垫包裹片包围并贴合充电器电路PCB板的2-4个面。
4.根据权利要求3所述高功率密度的充电器，其特征是，插入壳体内壁轨道的PCB板的两侧角部均设有凸台，此PCB板的两侧两个凸台之间设有凹槽型缺口，凹槽型缺口上安装一包裹主PCB板和副PCB板的绝缘垫，绝缘垫外层安装一金属散垫器即金属包裹片，金属散垫包裹片再塞进壳体内。
5.根据权利要求4所述高功率密度的充电器，其特征是，变压器T1的至少一个面与散热器内表面接触。
6.根据权利要求1或2所述高功率密度的充电器，其特征是，一个主PCB板和多块副PCB板折叠成方形立柱形，安装到所述插头后壳，并利用导热胶灌封后壳内的PCB板及器件。
7.根据权利要求1或2所述高功率密度的充电器，其特征是，变压器T1位于主PCB板的中央，原边功率开关管位于主板的输入端，副边功率开关管位于主板的输出端；副板安装到主板的四周边缘侧；第一副板上有滤波器器件，安装于主板的输入端焊接固定；第二副板布局有整流器D1-D2、输入电容、部分输出电路和USB端口，安装于主板的侧边；第三副板布局有另一部分输出电路及USB端口，安装于主板的输出端。
8.根据权利要求1或2所述高功率密度的充电器，其特征是，变压器T1位于主板的中央，原边功率开关管位于主板的输入端，副边功率开关管位于主板的输出端；副板安装到主板的四周边缘侧；第一副板上有滤波器器件、整流器D1-D2和部分输入电容C3、C4，安装于主板的输入端焊接固定；第二副板PCB3布局有另一部分输入电容C1、C2，安装于主板的侧边,或者另一部分输入电容C1、C2安装在主板上；第三副板PCB4和第四副板PCB5分别布局部分输出电路及USB端口，安装于主板的输出端。
9.根据权利要求1或2所述高功率密度的充电器，其特征是，变压器T1位于主板的中央，原边功率开关管位于主板的输入端，副边功率开关管位于主板的输出端；副板安装到主板的四周边缘侧；第一副板PCB2上有滤波器器件安装于主板的输入端焊接固定；第二副板PCB3布局有整流器D1-D2、输入电容,安装于主板的侧边；第三副板PCB4和第四副板PCB5分别布局部分输出电路及USB端口，安装于主板的输出端。
10.根据权利要求1或2所述高功率密度的充电器，其特征是，变压器T1位于主板的中央，原边功率开关管位于主板的输入端，副边功率开关管位于主板的输出端；副板安装到主板的四周边缘侧；第一副板PCB2上有滤波器器件安装于主板的输入端焊接固定；第二副板PCB3布局有整流器D1-D2、输入电容,安装于主板的侧边；第三副板PCB4布局输出电路及USB端口，安装于主板的输出端；
第三副板PCB4布局输出电路及两个USB端口，安装于主板的输出端；或第三副板PCB4布局输出电路及四个USB端口，且四个USB端口呈口型布局，安装于主板的输出端。
11.根据权利要求2所述高功率密度的充电器，其特征是，变压器T1位于主板的中央，原边功率开关管位于主板的输入端，副边功率开关管位于主板的输出端，输入电容位于主板的一个边缘侧；副板安装到主板的输入输出边缘侧；第一副板PCB2上有滤波器器件和整流器D1-D2，安装于主板的输入端焊接固定；第二副板PCB3布局输出电路及USB端口，安装于主板的输出端。
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