CN117728541A - 一种便携式GaN充电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电器技术领域，公开了一种便携式GaN充电器，包括下壳，下壳的顶部外侧设置有上壳，下壳的底部设置有插脚；下壳的顶部中间位置设置有压板，下壳的顶部一侧设置有主板，主板的内侧设置有EMI电路板，下壳的顶部另一侧设置有DC电路板，DC电路板与主板之间设置有USB电路板，USB电路板的一侧设置有第一TYPE电路板，第一TYPE电路板的一侧设置有第二TYPE电路板，第二TYPE电路板的一侧设置有TF电路板。本发明采用GaN方案，结构紧凑，通过合理布局可以有效利用内部空间，减小产品体积，具有小体积大功率的特点，能够让充电器进一步节省内部空间，实现多功能多口快充，且外出携带方便。

Description

一种便携式GaN充电器

技术领域

本发明涉及充电器技术领域，具体来说，涉及一种便携式GaN充电器。

背景技术

氮化镓充电器是采用氮化镓技术的充电器，利用氮化镓材料的特性，实现小体积、轻重量和高效率充电。具体来说，氮化镓材料具有超强的导热效率、耐高温和耐酸碱等特性，使得充电器能够在高温环境下稳定工作，同时具有更高的充电效率。在充电协议上，氮化镓充电器支持PD、QC等主流快充协议，可以满足不同设备的充电需求。另外，氮化镓充电器的体积相比传统充电器明显缩小，但其充电功率却能达到同等甚至更高的水平。

同时，氮化镓充电器还具有低开关损耗、高效率等特点，使得充电过程中能量损耗更小，充电效率更高。总之，氮化镓充电器是一种利用氮化镓材料实现高效充电的装置，具有小体积、轻重量、高效率等特点，适用于各种电子设备的充电需求。

然而，对于经常需要出差的商务人士来说，最烦恼的莫过于需要带上好几个充电器，包括手机、平板、笔记本的充电器，这些充电器大大增加了旅行负担，而且多个设备在同时充电时又要找好几个插座才能满足充电需求。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种便携式GaN充电器，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种便携式GaN充电器，包括下壳，下壳的顶部外侧设置有与之相配合的上壳，下壳的底部设置有与之相配合插脚；下壳的顶部中间位置设置有压板，压板的底部两侧与下壳之间均设置有与插脚相配合的弹片；下壳的顶部一侧设置有主板，主板的内侧且位于压板的一侧设置有EMI电路板，EMI电路板的顶部设置有若干输入电解电容，主板的内侧顶部设置有输出固态电容；下壳的顶部另一侧设置有DC电路板，DC电路板与主板之间设置有USB电路板，USB电路板上设置有USB输出端口，USB电路板的一侧设置有第一TYPE电路板，第一TYPE电路板上设置有第一TYPE输出端口，第一TYPE电路板远离USB电路板的一侧设置有第二TYPE电路板，第二TYPE电路板上设置有第二TYPE输出端口，第二TYPE电路板远离第一TYPE电路板的一侧设置有TF电路板，TF电路板上设置有变压器。

进一步的，为了可以节省空间，下壳的底部一侧开设有与插脚相配合的收纳槽。压板与下壳之间设置有防水泡棉，且压板与下壳之间通过若干螺栓连接。EMI电路板的底部设置有若干分别与插脚及主板电连接的AC线。

进一步的，为了可以更好地实现充电需求，输入电解电容用于对输入信号进行整流滤波处理，输出固态电容用于对输出信号进行滤波处理。DC电路板用于为主板提供稳定的电压。主板上还设置有PWM电路、输出同步整流电路、协议IC控制电路及MCU主控电路；其中，变压器通过与PWM电路的控制调节来实现能量的传递，输出同步整流电路用于对输出的同步信号进行整流处理，形成能量转换，协议IC控制电路用于根据充电设备智能化连接第一TYPE输出端口、第二TYPE输出端口及USB输出端口来实现功率分配，达到快速充电的目的，MCU主控电路用于控制整个电路。协议IC控制电路中的芯片型号为SW3536，MCU主控电路中的氮化镓芯片型号为SC3057。

本发明的有益效果为：

1)本发明采用GaN方案，结构紧凑，通过合理布局可以有效利用内部空间，减小产品体积，具有小体积大功率的特点，能够让充电器进一步节省内部空间，实现多功能多口快充，且外出携带方便。

2)本发明采用上下壳体、内部安装五块电路板的搭房子式的结构设计，以及折叠插脚的设计，极大的节省了空间，具有体积小，携带方便的优点，同时带1个USB-A口和2个Type-C口，可以实现多口与多功能快充，进一步提升充电性能。

3)本发明的GaN芯片采用SC3057+INN150LA070A方案，协议芯片采用SW3536，同时1个USB-A口和2个Type-C口三口相互独立，互不影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种便携式GaN充电器的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种便携式GaN充电器的内部结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种便携式GaN充电器另一角度的内部结构示意图；

图4是图2的爆炸图；

图5是根据本发明实施例的一种便携式GaN充电器的整体逻辑框架图。

图中：

1、第二TYPE电路板；2、第一TYPE电路板；3、USB电路板；4、TF电路板；5、主板；6、DC电路板；7、EMI电路板；8、AC线；9、螺栓；10、压板；11、防水泡棉；12、弹片；13、插脚；14、下壳；15、第二TYPE输出端口；16、第一TYPE输出端口；17、USB输出端口；18、变压器；19、输入电解电容；20、输出固态电容；21、上壳；22、收纳槽。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种便携式GaN充电器。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-图5所示，根据本发明实施例的便携式GaN充电器，包括下壳14，下壳14的顶部外侧设置有与之相配合的上壳21，下壳14的底部设置有与之相配合插脚13；下壳14的顶部中间位置设置有压板10，压板10的底部两侧与下壳14之间均设置有与插脚13相配合的弹片12；下壳14的顶部一侧设置有主板5，主板5的内侧且位于压板10的一侧设置有EMI电路板7，EMI电路板7的顶部设置有若干输入电解电容19，主板5的内侧顶部设置有输出固态电容20；下壳14的顶部另一侧设置有DC电路板6，DC电路板6与主板5之间设置有USB电路板3，USB电路板3上设置有USB输出端口17，USB电路板3的一侧设置有第一TYPE电路板2，第一TYPE电路板2上设置有第一TYPE输出端口16，第一TYPE电路板2远离USB电路板3的一侧设置有第二TYPE电路板1，第二TYPE电路板1上设置有第二TYPE输出端口15，第二TYPE电路板1远离第一TYPE电路板2的一侧设置有TF电路板4，TF电路板4上设置有变压器18。

在一个实施例中，下壳14的底部一侧开设有与插脚13相配合的收纳槽22。压板10与下壳14之间设置有防水泡棉11，且压板10与下壳14之间通过若干螺栓9连接。EMI电路板7的底部设置有若干分别与插脚13及主板5电连接的AC线8。

在一个实施例中，输入电解电容19用于对输入信号进行整流滤波处理，输出固态电容20用于对输出信号进行滤波处理。DC电路板6用于为主板5提供稳定的电压。主板5上还设置有PWM电路、输出同步整流电路、协议IC控制电路及MCU主控电路；其中，变压器通过与PWM电路的控制调节来实现能量的传递，输出同步整流电路用于对输出的同步信号进行整流处理，形成能量转换，协议IC控制电路用于根据充电设备智能化连接第一TYPE输出端口、第二TYPE输出端口及USB输出端口来实现功率分配，达到快速充电的目的，MCU主控电路用于控制整个电路。所述协议IC控制电路中的芯片型号为SW3536，所述MCU主控电路中的氮化镓芯片型号为SC3057。

如图5所示，该便携式GaN充电器的整体电路特征为：交流输入通过输入整流滤波电路后形成直流电压；变压器电路通过与PWM电路的控制调节来实现能量的传递；输出同步整流电路形成能量转换，提高转换效率；输出滤波电路将变压器电路传递的能量进行滤波，从而得到更稳定的输出；协议IC控制电路根据充电设备智能化连接TYPE-C1、TYPE-C2、USB-A输出端口来实现功率分配，以此来满足功率输出，达到快速充电的目的；MCU主控电路控制整个电路；LDO电路给MCU主控电路提供稳定的电压。

图5中的逻辑框图与便携式GaN充电器各部件之间的对应关系如下：

AC线8对应AC输入(交流输入)；输入电解电容19对应输入整流滤波电路；变压器18对应变压器电路；输出固态电容20对应输出滤波电路；第二TYPE输出端口15对应TYPE-C1；第一TYPE输出端口16对应TYPE-C2；USB输出端口17对应USB-A；主板5上设置有PWM电路、输出同步整流电路、协议IC控制电路及MCU主控电路；DC电路板6上设置有LDO电路。

本实施例中，充电器初级主控芯片来自南芯科技，采用SC3057合封氮化镓芯片，这颗芯片将高性能多模式反激控制器、氮化镓驱动、氮化镓开关管、供电和保护等电路集成在一颗散热增强的QFN6*8封装内部。通过合封来简化外部元件数量，并消除传统驱动走线寄生参数对高频开关的影响。南芯科技SC3057采用了功率走线和控制走线分开的设计，降低高频开关对控制回路的影响，并通过优化的焊盘设计，优化充电器走线设计与电气性能，简化设计开发。SC3057内置165mΩ氮化镓开关管，支持175KHz开关频率，并支持X电容放电。

充电器次级同步整流MOS是来自英诺赛科的INN150LA070A，它是一颗耐压150V，导阻7mΩ的增强型氮化镓单管。INN150LA070A采用倒装FCLGA3.2*2.2封装，使其与焊盘具有更大的接触面积，更低的热阻，有效降低温升，显著提升散热性能。其具有非常低的栅极电荷和超低的导通阻抗，可有效减小驱动损耗和导通损耗，加之其超小的封装，适合应用于AC-DC的同步整流，D类功放，高频DC-DC转换器，通信基站和马达驱动。

协议IC为智融SW3536芯片降压输出。SW3536是一款高集成度的多快充协议双口充电芯片，支持USB-A+USB-C双口快充输出，支持双口独立限流。内部集成了7A高效率同步降压变换器，支持PPS/PD/QC/AFC/FCP/SCP/PE/SFCP/TFCP等多种快充协议，最大支持140W输出功率。

SW3536集成CC/CV模式，双口管理逻辑以及双芯片动态功率分配，外围元件精简，是一颗完整的高性能多快充协议双口充电解决方案。SW3536支持36V输入电压，满足12-24V输入车充应用，适用于快充适配器，插排以及车充应用。采用三个SW3536协议IC，实现1个USB-A口和2个Type-C口三口相互独立，互不影响。

①TYPE-C1：

PD模式：5V/3A；9V/3A；12V/3A；15V/3A；20V/3.35A；

PPS模式：3.3V-11V/5A。

②TYPE-C2：

PD模式：5V/3A；9V/3A；12V/3A；15V/3A；20V/3.35A；

PPS模式：3.3V-11V/5A。

③USB-A：

QC2.0/AFC模式：5V/3A；9V/2A；12V/1.5A；

SCP模式：4.5V/5A；5V/4.5A；10V/2.25A。

④TYPE-C1+TYPE-C2：

TYPE-C1：5V/3A；9V/3A；12V/3A；15V/3A；20V/2.25A；

TYPE-C2：5V/3A；9V/2.22A。

⑤TYPE-C1(或TYPE-C2)+USB-A：

TYPE-C1/TYPE-C2：5V/3A；9V/3A；12V/3A；15V/3A；20V/2.35A；

USB-A：5V/3A；9V/2A；12V/1.5A。

⑥TYPE-C1+TYPE-C2+USB-A：

TYPE-C1：5V/3A；9V/3A；12V/3A；15V/3A；20V/2.25A；

TYPE-C2：5V/2.4A；

USB-A：5V/1.5A。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过本发明采用GaN方案，结构紧凑，通过合理布局可以有效利用内部空间，减小产品体积，具有小体积大功率的特点，能够让充电器进一步节省内部空间，实现多功能多口快充，且外出携带方便。

此外，本发明采用上下壳体、内部安装五块电路板的搭房子式的结构设计，以及折叠插脚的设计，极大的节省了空间，具有体积小，携带方便的优点，同时带1个USB-A口和2个Type-C口，可以实现多口与多功能快充，进一步提升充电性能。

此外，本发明的GaN芯片采用SC3057+INN150LA070A方案，协议芯片采用SW3536，同时1个USB-A口和2个Type-C口三口相互独立，互不影响。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种便携式GaN充电器，包括下壳(14)，该下壳(14)的顶部外侧设置有与之相配合的上壳(21)，其特征在于，所述下壳(14)的底部设置有与之相配合插脚(13)；

所述下壳(14)的顶部中间位置设置有压板(10)，所述压板(10)的底部两侧与所述下壳(14)之间均设置有与所述插脚(13)相配合的弹片(12)；

所述下壳(14)的顶部一侧设置有主板(5)，所述主板(5)的内侧且位于所述压板(10)的一侧设置有EMI电路板(7)，所述EMI电路板(7)的顶部设置有若干输入电解电容(19)，所述主板(5)的内侧顶部设置有输出固态电容(20)；

所述下壳(14)的顶部另一侧设置有DC电路板(6)，所述DC电路板(6)与主板(5)之间设置有USB电路板(3)，所述USB电路板(3)上设置有USB输出端口(17)，所述USB电路板(3)的一侧设置有第一TYPE电路板(2)，所述第一TYPE电路板(2)上设置有第一TYPE输出端口(16)，所述第一TYPE电路板(2)远离所述USB电路板(3)的一侧设置有第二TYPE电路板(1)，所述第二TYPE电路板(1)上设置有第二TYPE输出端口(15)，所述第二TYPE电路板(1)远离所述第一TYPE电路板(2)的一侧设置有TF电路板(4)，所述TF电路板(4)上设置有变压器(18)。

2.根据权利要求1所述的一种便携式GaN充电器，其特征在于，所述下壳(14)的底部一侧开设有与所述插脚(13)相配合的收纳槽(22)。

3.根据权利要求1所述的一种便携式GaN充电器，其特征在于，所述压板(10)与所述下壳(14)之间设置有防水泡棉(11)，且所述压板(10)与所述下壳(14)之间通过若干螺栓(9)连接。

4.根据权利要求1所述的一种便携式GaN充电器，其特征在于，所述EMI电路板(7)的底部设置有若干分别与所述插脚(13)及所述主板(5)电连接的AC线(8)。

5.根据权利要求1所述的一种便携式GaN充电器，其特征在于，所述输入电解电容(19)用于对输入信号进行整流滤波处理，所述输出固态电容(20)用于对输出信号进行滤波处理。

6.根据权利要求1所述的一种便携式GaN充电器，其特征在于，所述DC电路板(6)用于为所述主板(5)提供稳定的电压。

7.根据权利要求1所述的一种便携式GaN充电器，其特征在于，所述主板(5)上还设置有PWM电路、输出同步整流电路、协议IC控制电路及MCU主控电路；

其中，所述变压器通过与所述PWM电路的控制调节来实现能量的传递，所述输出同步整流电路用于对输出的同步信号进行整流处理，形成能量转换，所述协议IC控制电路用于根据充电设备智能化连接第一TYPE输出端口、第二TYPE输出端口及USB输出端口来实现功率分配，达到快速充电的目的，所述MCU主控电路用于控制整个电路。

8.根据权利要求7所述的一种便携式GaN充电器，其特征在于，所述协议IC控制电路中的芯片型号为SW3536，所述MCU主控电路中的氮化镓芯片型号为SC3057。