一种基于内置GaN芯片开发的快速充电电路的制作方法

一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路
技术领域
1.本实用新型属于充电电路技术领域，具体涉及一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路。


背景技术：

2.随着电子产品日益轻薄化，推动了充电设备向小体积、低高度、窄间距、长寿命、多功能的方向发展，传统的充电设备体积大，功能单一，充电效率低，无法满足目前各类客户的需求。如今充电设备生产厂家在推出各类小型化快速充电设备的同时，也面临一系列问题，比如器件密度高导致的电源发热严重，不易散热，使用寿命短等缺陷。
3.目前市场上绝大多数小型化手机充电电源都是单口的，无法满足两部及以上的手机充电，另外，手机充电电源良莠不齐，有部分未通过安全认证要求，如果用户在超过额定功率的设备上使用，会造成电源烧坏甚至发生事故。
4.因此，针对上述问题，予以进一步改进。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路，其可以在usb输出电路输出3个端口给充电设备进行充电并且通过两个协议处理芯片对usb输出电路的3个usb单元进行控制，通过内置gan芯片进行快充，其具有充电效率高、使用方便和安全性高等优点。
6.为达到以上目的，本实用新型提供一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路，用于对充电设备的快速充电，包括电源电路、(内置gan芯片)控制电路、副边反馈电路、协议处理电路和usb输出电路，其中：
7.所述电源电路分别与所述控制电路、所述副边反馈电路、所述协议处理电路和所述usb输出电路电性连接并且所述电源电路包括隔离变压器t1；
8.所述控制电路包括控制芯片u3，所述隔离变压器t1的辅助绕组与所述控制芯片u3的电源端电性连接；
9.所述副边反馈电路包括发射电路和接收电路，所述发射电路的接收端与所述协议处理电路的反馈端(fb1)电性连接并且所述接收电路的输出端与所述控制电路的反馈端(fb)电性连接；
10.所述协议处理电路与所述usb输出电路电性连接并且所述usb输出电路包括usb单元con1、usb单元con2和usb单元p1。
11.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述电源电路还包括市电输入电路、滤波电路、整流电路、lc型滤波电路和rcd吸收电路，其中：
12.所述市电输入电路的输入端连接零线和火线并且所述市电输入电路的输出端与所述滤波电路的输入端电性连接，所述滤波电路的输出端与所述整流电路的输入端电性连接并且所述整流电路的输出端与所述lc型滤波电路的输入端电性连接，所述lc型滤波电路
的输出端和所述rcd吸收电路的输出端分别与所述隔离变压器t1的原边电性连接。
13.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述电源电路还包括同步整流控制模块，所述同步整流控制模块包括控制器u2，所述协议处理电路包括协议芯片u1和协议芯片u5，其中：
14.所述隔离变压器t1的a端连接电源端vout1，所述隔离变压器t1的b端与场效应管q1的源极电性连接并且所述场效应管q1的栅极与所述控制器u2的5 管脚电性连接，所述协议芯片u5的1管脚和所述协议芯片u5的1管脚分别连接电源端vout1；
15.所述usb单元con1、所述usb单元con2和所述usb单元p1分别与电源端 vout1电性连接(隔离变压器t1的副边输出电源端vout1到协议芯片和usb 单元是经过同步整理控制模块调节过的，从而使得给协议芯片和usb单元的供电持续稳定，消除纹波等)。
16.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述协议芯片u1与所述usb 单元con1电性连接并且所述协议芯片u5分别与所述usb单元con2和usb单元 p1电性连接，其中：
17.所述协议芯片u1的20管脚与所述usb单元con1的a5端电性连接，所述协议芯片u1的19管脚与所述usb单元con1的b5端电性连接，所述协议芯片 u1的16管脚分别与所述usb单元con1的a6端和b6端电性连接，所述协议芯片u1的15管脚分别与所述usb单元con1的a7端和b7端电性连接；
18.所述协议芯片u5的20管脚与所述usb单元con2的a5端电性连接，所述协议芯片u5的19管脚与所述usb单元con2的b5端电性连接，所述协议芯片 u5的16管脚分别与所述usb单元con2的a6端和b6端电性连接，所述协议芯片u5的15管脚分别与所述usb单元con2的a7端和b7端电性连接；
19.所述协议芯片u5的18管脚与所述usb单元p1的3管脚电性连接，所述协议芯片u5的17管脚与所述usb单元p1的2管脚电性连接，所述协议芯片 u5的12管脚与所述usb单元p1的1管脚电性连接。
20.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述发射电路包括光电耦合器u4a和稳压二极管q5，其中：
21.所述协议芯片u1的10管脚依次通过电阻r19和电阻r18连接反馈端fb1 并且所述协议芯片u5的10管脚依次通过电阻r42和电阻r41连接反馈端fb1；
22.反馈端fb1还与稳压二极管q5(的2管脚)电性连接并且反馈端fb1依次通过电容c31、电阻r37、电阻r35和电阻r32连接电源端vout1；
23.所述光电耦合器u4a的阳极与所述电阻r32和所述电阻r35的共接端电性连接并且所述光电耦合器u4a的阴极通过所述电阻r35和所述电阻r37的共接端与所述稳压二极管q5的阴极电性连接。
24.作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述接收电路包括光电耦合器u4b(与u4a为一体，u4b用于发射，u4a用于接收)，所述光电耦合器u4b 的集电极连接反馈端fb并且所述控制芯片u3的30管脚连接反馈端fb。
25.本实用新型的有益效果在于：
26.1、内置gan芯片sc3057，减少开关损耗，提高充电效率的同时做到小型化；
27.2、使用定制的隔离变压器atq23，ae值达到80mm2以上，磁芯高度在13mm 以内，保证安规性能同时做到小型化；
28.3、qc/pd协议处理sc2011，一主一辅，主mcu(协议芯片u5)控制a+c 口输出(usb单元con2+p1)，辅mcu(协议芯片u1)控制单独c口(usb单元 con1)输出，支持usb type-c和pd 3.0，最大输出功率达到45w；
29.4、usb输出部分包括1个type a口和2个type c口，能够满足同时给3 部手机充电；
30.5、使用定制dfn5*6封装的焊盘，保证生产过程中高可焊性和高一致性，保障电源工作中器件的良好散热，提高产品寿命。
附图说明
31.图1是本实用新型的一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路的示意图。
32.图2是本实用新型的一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路的电源电路、控制电路和接收电路图。
33.图3是本实用新型的一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路的发射电路图。
34.图4a是本实用新型的一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路的协议处理电路的协议芯片u1的电路图。
35.图4b是本实用新型的一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路的协议处理电路的协议芯片u5的电路图。
36.图5是本实用新型的一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路的usb输出电路图。
具体实施方式
37.以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
38.本实用新型公开了一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路，下面结合优选实施例，对实用新型的具体实施例作进一步描述。
39.在本实用新型的实施例中，本领域技术人员注意，本实用新型涉及的充电设备、零线和火线等可被视为现有技术。
40.优选实施例。
41.本实用新型公开了一种基于内置gan芯片开发的快速充电电路，用于对充电设备的快速充电，包括电源电路、(内置gan芯片)控制电路、副边反馈电路、协议处理电路和usb输出电路，其中：
42.所述电源电路分别与所述控制电路、所述副边反馈电路、所述协议处理电路和所述usb输出电路电性连接并且所述电源电路包括隔离变压器t1；
43.所述控制电路包括控制芯片u3，所述隔离变压器t1的辅助绕组与所述控制芯片u3的电源端电性连接；
44.所述副边反馈电路包括发射电路和接收电路，所述发射电路的接收端与所述协议处理电路的反馈端(fb1)电性连接并且所述接收电路的输出端与所述控制电路的反馈端(fb)电性连接；
45.所述协议处理电路与所述usb输出电路电性连接并且所述usb输出电路包括usb单元con1、usb单元con2和usb单元p1。
46.具体的是，所述电源电路还包括市电输入电路(包括火线连接端l和零线连接端n)、滤波电路(电感lx1和lx2)、整流电路(整流桥bd1)、lc型滤波电路(电感l1、电阻r2和电容c7，用于emi认证)和rcd吸收电路(电容c3、电阻r3、二极管d3和电阻r7，吸收变压器漏感造成的尖峰电压)，其中：
47.所述市电输入电路的输入端连接零线和火线并且所述市电输入电路的输出端与所述滤波电路的输入端电性连接，所述滤波电路的输出端与所述整流电路的输入端电性连接并且所述整流电路的输出端与所述lc型滤波电路的输入端电性连接，所述lc型滤波电路的输出端和所述rcd吸收电路的输出端分别与所述隔离变压器t1的原边电性连接。
48.更具体的是，所述电源电路还包括同步整流控制模块，所述同步整流控制模块包括控制器u2，所述协议处理电路包括协议芯片u1和协议芯片u5，其中：
49.所述隔离变压器t1的a端连接电源端vout1，所述隔离变压器t1的b端与场效应管q1的源极电性连接并且所述场效应管q1的栅极与所述控制器u2的5 管脚电性连接，所述协议芯片u5的1管脚和所述协议芯片u5的1管脚分别连接电源端vout1；
50.所述usb单元con1、所述usb单元con2和所述usb单元p1分别与电源端 vout1电性连接(隔离变压器t1的副边输出电源端vout1到协议芯片和usb 单元是经过同步整理控制模块调节过的，从而使得给协议芯片和usb单元的供电持续稳定，消除纹波等)。
51.进一步的是，所述协议芯片u1与所述usb单元con1电性连接并且所述协议芯片u5分别与所述usb单元con2和usb单元p1电性连接，其中：
52.所述协议芯片u1的20管脚与所述usb单元con1的a5端电性连接，所述协议芯片u1的19管脚与所述usb单元con1的b5端电性连接，所述协议芯片 u1的16管脚分别与所述usb单元con1的a6端和b6端电性连接，所述协议芯片u1的15管脚分别与所述usb单元con1的a7端和b7端电性连接；
53.所述协议芯片u5的20管脚与所述usb单元con2的a5端电性连接，所述协议芯片u5的19管脚与所述usb单元con2的b5端电性连接，所述协议芯片 u5的16管脚分别与所述usb单元con2的a6端和b6端电性连接，所述协议芯片u5的15管脚分别与所述usb单元con2的a7端和b7端电性连接；
54.所述协议芯片u5的18管脚与所述usb单元p1的3管脚电性连接，所述协议芯片u5的17管脚与所述usb单元p1的2管脚电性连接，所述协议芯片 u5的12管脚与所述usb单元p1的1管脚电性连接。
55.更进一步的是，所述发射电路包括光电耦合器u4a和稳压二极管q5，其中：
56.所述协议芯片u1的10管脚依次通过电阻r19和电阻r18连接反馈端fb1 并且所述协议芯片u5的10管脚依次通过电阻r42和电阻r41连接反馈端fb1；
57.反馈端fb1还与稳压二极管q5(的2管脚)电性连接并且反馈端fb1依次通过电容c31、电阻r37、电阻r35和电阻r32连接电源端vout1；
58.所述光电耦合器u4a的阳极与所述电阻r32和所述电阻r35的共接端电性连接并且所述光电耦合器u4a的阴极通过所述电阻r35和所述电阻r37的共接端与所述稳压二极管q5的阴极电性连接。
59.优选地，所述接收电路包括光电耦合器u4b(与u4a为一体，u4b用于发射，u4a用于接收)，所述光电耦合器u4b的集电极连接反馈端fb并且所述控制芯片u3的30管脚连接反馈端fb。
60.优选地，本实用新型的原理为：
61.市电通过整流滤波电路连接隔离变压器t1，隔离变压器t1辅助绕组给 sc3057芯片供电；
62.隔离变压器t1副边连接同步整流控制模块，给usb输出提供持续稳定电流；
63.qc/pd协议处理部分连接usb口输出，以及通过副边反馈连接到原边芯片，针对不同的设备提供各种充电环境；
64.通过副边反馈电路将电源电路的输出调节到当前充电设备相适应的充电电流。
65.值得一提的是，本实用新型专利申请涉及的充电设备、零线和火线等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本实用新型专利的发明点所在，本实用新型专利不做进一步具体展开详述。
66.对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。