高功率密度结构的充电器制造技术

一种体积小、空间利用率高的高功率密度结构的充电器。包括机壳、设置在机壳内的控制电路板和变压器，控制电路板分主电路板和副电路板，变压器安装在主电路板上，副电路板通过竖直设置的支撑座以上下叠置方式设置在主电路板上方临近变压器顶端面的位置；在变压器的初级与次级之间跨接有超高集成度氮化镓材质的电源控制芯片U1。其采用新型的超高集成度氮化镓材质的电源控制芯片跨接在变压器初、次级之间，使其既集成了控制部分又集成了功率开关器件和信号反馈，有效节约了空间，提高了充电器的功率密度。该充电器的功率密度可达17W/in

【技术实现步骤摘要】
高功率密度结构的充电器
本专利技术涉及一种充电器，特别涉及一种功率密度较高的充电器。
技术介绍
目前手机、平板电脑、笔记本电脑的屏幕尺寸越来越大，其带来的结果是耗电也越来越快，因此，需要使用大功率的充电器来满足日常充电的需求，但是，现有技术中的充电器，其电路板上各零件布局不合理，并采用集成度较低的IC芯片，使得其在提高充电器输出功率的同时不得不相应的增加充电器的电路板和外形尺寸，这样，导致充电器体积较大，出行携带不便，通常，现有技术中的充电器的功率密度大概只能做到5W/in3。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种体积小、空间利用率高的高功率密度结构的充电器。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术的高功率密度结构的充电器，包括机壳、设置在机壳内的控制电路板和变压器，其特征在于：所述控制电路板分主电路板和副电路板，所述变压器安装在主电路板上，所述副电路板通过竖直设置的支撑座以上下叠置方式设置在主电路板上方临近变压器顶端面的位置；在所述变压器的初级与次级之间跨接有超高集成度氮化镓材质的电源控制芯片U1。所述变压器通过设置在磁芯骨架底部的支脚安装在主电路板的上表面上，所述电源控制芯片U1安装在所述主电路板的下表面上，所述支脚的高度在1.5mm-3.0mm。该充电器的PWM电路、同步整流电路、EMI抑制电路、滤波电路设置在所述的主电路板上；该充电器的输入输出连接端口和协议解码电路设置在所述副电路板上。所述电源控制芯片U1的型号为INN3379C；该电源控制芯片U1的PIN24连接于变压器初级侧的PIN4，电源控制芯片U1的PIN16-PIN19并接于变压器初级侧的接地端，电源控制芯片U1的PIN14通过第三MOS管Q3连接于变压器初级侧的PIN3，电源控制芯片U1的PIN1、PIN2端为过流保护端，电源控制芯片U1的PIN9连接于第一MOS管Q1的栅极，电源控制芯片U1的PIN11通过电阻R10连接于第一MOS管Q1的漏极与变压器次极侧B点的共接端，电源控制芯片U1的PIN10连接于输出电容滤波电容C6正极、电容C7正极与变压器次极侧A点的共接端。所述支撑座由塑胶材料制作，其设置在主电路板的边侧，其由横向座和纵向座组成，横向座置于主电路板边侧的一端，纵向座置于主电路板边侧的另一端，在横向座和纵向座上分别设有多个向上延伸的支柱，支柱的上部固定套接有托板，所述副电路板依托在横向座与纵向座的托板上并与该托板固接，将该充电器的USB接口设置在由副电路板、横向座、纵向座和主电路板上表面围合构成的空档内。所述磁芯、骨架的底面和顶面分别开了缺口，顶面的缺口放置变压器次级的飞线，底面的缺口刚好和骨架凸出的部分相切。在所述支脚所处的主电路板与变压器底面之间灌注有起导热作用的灌封胶。所述主电路板的长×宽为(32mm-36mm)×(32mm-36mm)，功率密度在17W/in3-19W/in3。本专利技术采用新型的超高集成度氮化镓材质的电源控制芯片跨接在变压器初、次级之间，使其既集成了控制部分又集成了功率开关器件和信号反馈，有效节约了空间，提高了充电器的功率密度。又通过改进电路结构，将充电器的电路控制系统分设在两块电路板(即主电路板和副电路板)上，之后再将该两块电路板采用上下隔空叠置的方式设置，两块电路板之间的空间用来布设Type-C接口，由此，进一步提高了空间利用率。而本专利技术充电器的功率密度可达17W/in3，即在同样的充电器外形尺寸情况下，其输出功率可做到现有技术充电器的3倍以上。附图说明图1为本专利技术的充电器内部立体示意图。图2为图1的俯视图。图3为本专利技术的充电器中变压器的骨架示意图。图4为图3骨架的右侧视平面示意图。图5为与图4骨架对应的磁芯的平面示意图。图6为变压器初、次级间的一体式塑胶隔板示意图。图7为图6的一体式塑胶隔板倒置示意图。图8为本专利技术的充电器的电路原理图。图8a为图8中A框部分的放大图。图8b为图8中B框部分的放大图。附图标记如下：变压器1、主电路板2、副电路板3、支撑座4、横向座41、纵向座42、支柱43、Type-C接口5、骨架6、中柱61、磁芯7、缺口8、一体式塑胶隔板9。具体实施方式一、采用新型超高集成度的电源控制芯片U1。1、专利技术的高功率密度结构的充电器采用超高集成度的电源控制芯片U1，其型号为INN3379C，该芯片跨接在变压器1(图8电路中的符号为T1，下同)的初、次级之间，其集成脉宽调制电路、同步整流控制电路、磁耦合反馈电路、氮化镓替代传统MOS作为开关器件等为一体，因电源控制芯片的超高度集成使得设置在该芯片外围的电路非常的简洁节约了空间，氮化镓的导通内阻非常小，提高了充电器的转换效率降低了充电器的发热量。所述氮化镓作为第三代半导体材料的GaN优势凸显。由于禁带宽度大、导热率高，GaN器件可在200℃以上的高温下工作，能够承载更高的能量密度，可靠性更高；其较大的禁带宽度和绝缘破坏电场，使得器件导通电阻减少，有利于提升器件整体的能效；且电子饱和速度快，以及较高的载流子迁移率，可让器件高速地工作。2、如图8、图8a、图8b所示，电源控制芯片U1与变压器1初、次级之间的电路连接关系如下：所述电源控制芯片U1的PIN24连接于变压器1初级侧的PIN4，电源控制芯片U1内部集成氮化镓材料替代传统MOS。电源控制芯片U1的PIN16-PIN19并接于变压器1初级侧的接地端，用于电源控制芯片U1散热，同时也与电源控制芯片U1的PIN24组成变压器1初级侧的功率回路。变压器1的PIN2、PIN3是芯片的供电绕组，经过二极管D6整流、电容C4滤波、第三MOS管Q3稳压、电阻R4限流和电容C15滤波后，通过电源控制芯片U1的PIN14给电源控制芯片U1的初级侧供电。电源控制芯片U1的PIN14通过第三MOS管连接于变压器1初级侧的PIN3。电源控制芯片U1的PIN1、PIN2端为过流保护端，其连接于电阻R9的一端，当输出电流经过电阻R9时会在电阻R9两端产生压差，当电源控制芯片U1的PIN2脚电压超过阀值时关闭输出从而起到过流保护的作用。电源控制芯片U1的PIN4连接电容C16为变压器1次级供电滤波。电源控制芯片U1的PIN9连接第一MOS管Q1栅极给同步整流第一MOS管Q1提供驱动信号。电源控制芯片U1的PIN11通过电阻R10连接于第一MOS管Q1的漏极与变压器1次级侧B点的共接端，用于整流检测。电源控制芯片U1的PIN10连接于输出电容滤波电容C6正极、电容C7正极与变压器1次级侧A点的共接端，用与输出电压检测及芯片供电输入。电源控制芯片U1的PIN8连接于第二MOS管Q2的栅极，用作输出电压关闭控制。电源控制芯片U1的PIN5和PIN6分别连接于协议芯片U2的PIN2和PIN3，用作数据和时钟信号传输。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率密度结构的充电器，包括机壳、设置在机壳内的控制电路板和变压器(1)，其特征在于：所述控制电路板分主电路板(2)和副电路板(3)，所述变压器(1)安装在主电路板(2)上，所述副电路板(3)通过竖直设置的支撑座(4)以上下叠置方式设置在主电路板(2)上方临近变压器(1)顶端面的位置；在所述变压器(1)的初级与次级之间跨接有超高集成度氮化镓材质的电源控制芯片U1。/n

【技术特征摘要】
1.一种高功率密度结构的充电器，包括机壳、设置在机壳内的控制电路板和变压器(1)，其特征在于：所述控制电路板分主电路板(2)和副电路板(3)，所述变压器(1)安装在主电路板(2)上，所述副电路板(3)通过竖直设置的支撑座(4)以上下叠置方式设置在主电路板(2)上方临近变压器(1)顶端面的位置；在所述变压器(1)的初级与次级之间跨接有超高集成度氮化镓材质的电源控制芯片U1。


2.根据权利要求1所述的高功率密度结构的充电器，其特征在于：所述变压器(1)通过设置在磁芯(7)骨架(6)底部的支脚安装在主电路板(2)的上表面上，所述电源控制芯片U1安装在所述主电路板(2)的下表面上，所述支脚的高度在1.5mm-3.0mm。


3.根据权利要求2所述的高功率密度结构的充电器，其特征在于：该充电器的PWM电路、同步整流电路、EMI抑制电路、滤波电路设置在所述的主电路板(2)上；该充电器的输入输出连接端口和协议解码电路设置在所述副电路板(3)上。


4.根据权利要求3所述的高功率密度结构的充电器，其特征在于：所述电源控制芯片U1的型号为INN3379C；该电源控制芯片U1的PIN24连接于变压器(1)初级侧的PIN4，电源控制芯片U1的PIN16-PIN19并接于变压器(1)初级侧的接地端，电源控制芯片U1的PIN14通过第三MOS管Q3连接于变压器(1)初级侧的PIN3，电源控制芯片U1的PIN1、PIN2端为过流保护端，电源控制芯片U1的PIN9连接于第一MOS管Q1的栅极，电源控制芯片U1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，郑少臣，张小春，郭修根，蒋琛，
申请(专利权)人：深圳市奥达电源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44