目前蘋果已經為最新的MacBook Pro 16寸配備了一款高達96W的USB PD快充充電器,成為百瓦快充行業的推動者。2020年,100W快充產品也將進入快速的發展階段。從充電頭網在CES2020展會上的報道數據來看,已經20余款100W快充亮相,相比2019年同期,增長幅度高達500%。
充電頭網今天拆解這款美富達100W充電器也正是此前亮相CES2020的百瓦級快充之一。其配備兩個USB-C接口和兩個USB-A接口,其中兩個USB-C接口在單口輸出時均支持100W快充,當兩個接口同時輸出時,兩個接口均支持60W輸出,綜合輸出功率為120W,滿足兩臺筆記本電腦的充電;兩個USB-A接口支持18W快充輸出,可同時滿足兩臺手機同時快充。
一、美富達100W 2A2C桌面快充充電器外觀

美富達100W 2A2C桌面快充充電器有黑色和白色兩種外觀。機身采用阻燃PC材質,整體呈扁平設計,邊角均為圓弧過渡;正面印著USB-C PD以及QC3.0快充認證標識。

作為一款桌面多口充電器,這款產品采用了線纜與機身分離的設計,輸入采用常規的“8”字電源線接口。

輸出端配備兩個USB-C接口和兩個USB-A接口,其中兩個USB-C接口支持USB PD3.0快充,單口最大功率為100W;兩個USB-A接口支持QC3.0快充,最大功率18W。

充電器背面印著產品參數信息,產品型號:PD-048PT;輸入:100-240V ~ 50/60Hz 1.8A;單口輸出時,USB-C1和USB-C2均支持:5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/5A(100W Max),USB-C1和USB-C2同時輸出時均支持:5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/3A(60W Max),兩個USB-A接口均支持:5V/3A、9V/2A、12V/1.5A(18W MAX);PPS電壓:3.3-20V/5A;所有接口的總輸出為100W。產品已經通過了CE、FCC、RoHS認證。

充電器厚度與一元硬幣直徑相當。

在不含線纜的情況下,充電器機身凈重約為304g。

接上電源之后,接口側的條形LED指示燈亮起藍光。

使用ChargerLAB POWER-Z KT001檢測USB-C1接口的輸出協議,顯示支持USB DCP、QC3.0、QC2.0。

USB-C1接口的PDO報文顯示,支持5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/5A五組固定電壓檔位,以及一個PPS電壓檔位:3.3-20V/5A。

繼續檢測USB-C2接口的輸出協議,顯示支持USB DCP、QC3.0、QC2.0。

USB-C2接口的PDO報文顯示,同樣支持5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/5A五組固定電壓檔位,以及一個PPS電壓檔位:3.3-20V/5A。

USB-A1接口支持Apple 2.4A、USB DCP、QC3.0、QC2.0、AFC、FCP、SCP等協議。

USB-A2接口同樣支持Apple 2.4A、USB DCP、QC3.0、QC2.0、AFC、FCP、SCP等協議。
二、美富達100W 2A2C桌面快充充電器拆解

從充電器的輸出接口側打開超聲波焊接的面板之后,可以看到4個輸出接口以及一顆電源指示燈。在接口附近設有輸出濾波固態電容。

PCB板正面采用了一塊大面積的金屬散熱片,并在散熱片和元器件之間使用絕緣板隔離。

散熱片側面固定在PCB板上。

拆下PCB板正面的金屬散熱片,可見PCB板有APFC升壓電感和變壓器,單路定壓輸出。

變壓器周邊使用大量注膠處理,為了壓縮充電器整體體積,正面的一顆大電容采用臥置。此外,輸入端設有兩級共模電感,用于濾除EMI電磁干擾;次級側采用二次降壓的架構,可以更好的兼容多電壓多路同時輸出。

次級側正面除了四顆接口之外,還有4個電感線圈、6顆固態電容以及2顆電解電容。

6顆輸出固態電容為同一規格25V 330μF,均來自JSH益陽萬京源電子有限公司;其中兩個USB-A接口各設一顆,兩個USB-C接口各設兩顆。四顆降壓電感均使用注膠固定,USB-C接口的降壓電感采用多線并繞,降低趨膚效應。

兩顆電解電容用于開關電源輸出濾波,規格均為25V 1000μF,兩顆并聯。

兩個USB-C接口分別使用一塊協議小板板焊接在主控PCB板上,并在USB-C接口側分別設有一顆協議芯片。

兩塊PCB板上的USB PD快充協議芯片均為通嘉科技的LD6610。這是一顆高度集成的USB Type-C PD控制器,內部整合了MOSFET控制電路及微控制器,采用嵌入式8位MCU來處理USB PD協議,可支持QC4/4+、QC3.0、QC2.0等快充標準。并且支持USB-PD PHY、線補、電壓監控、電流監控及溫度監控等功能。

同時,Leadtrend通嘉科技LD6610支持USB PD 3.0(PPS)協議,以9V APDO為例,具備5V、9V兩個固定電壓輸出檔位以及3.3V~5.9V與3.3V~11V可調電壓輸出范圍(20mV步進),最大輸出功率27W(定功率)。并通過了USB IF協會的認證,芯片的兼容性能具有足夠的保證。
值的一提,Leadtrend通嘉科技LD6610GJ SOP-10封裝是業界第一個用10個腳位實現PD+PPS+QC4完整功能,大大提升客戶精簡設計與PCBA空間。

協議小板背面均有一顆輸出VBUS開關管和輸出電流采樣電阻。

兩顆VBUS開關管型號一致,均為威兆半導體的VS3508AS,P-MOS。

威兆VS3508AS規格資料。

輸入端居中為8字線的母座,左側為濾波電路,右側的功率MOS有金屬散熱片。

8字線母座旁邊是一顆4A延時保險絲。

來自JURCC廣東捷威電子有限公司的X電容。

輸入整流橋GBU1510,15A,耐壓1000V。

紅色的薄膜濾波電容,同樣來自捷威電子,一共兩顆,0.47μF。

另外一側還有一顆綠色的諧振電容。

臥置的輸入濾波電解電容,工作溫度:-40~105℃。

電容規格450V 82μF。

兩個變壓器之間設有一顆Y電容,來自STE松田電子。

初級側一共設置了三顆AuSemi的高壓MOS管,型號Au12NM65TF,TO220F封裝,耐壓650V,導阻320mΩ。其中一顆為PFC升壓開關管,另外兩顆均為初級開關管。

AuSemi Au12NM65TF。

LLC諧振電感,貼有標簽TH-190830PR。

主控芯片供電電容,該充電器一共使用了三顆。

PCB板背面次級側貼有導熱墊,初級側兩顆芯片。初級側和次級側之間設有充足的安全間距,并在變壓器所在的位置將PCB板鏤空。

初級側較小的一顆八角芯片TEA19162是一個PFC控制器,來自NXP恩智浦,用于將整流濾波后的電壓升壓,進行主動功率因數校正,內部集成X電容放電元件,無需外部元件,集成軟啟動和關斷,支持高精度穩壓升壓,并且內置多重完善的保護功能。

恩智浦TEA19162規格資料。

芯片TEA19161T為LLC控制器,與TEA19162組成帶APFC的開關電源,用于提高電源轉換效率。

恩智浦TEA19161T介紹資料。

次級側采用恩智浦TEA1995的同步整流控制器,用于LLC雙繞組同步整流。

恩智浦TEA1995規格資料。
恩智浦的GreenChip電源解決方案TEA19161+TEA1995平臺設計簡單,具有業界領先的低負載下的效率,可以在整個負載范圍內實現極高效率(特別是10-30%輕載條件下),輕松達到能效規范的要求,包括能源之星v6、CoC 2級、80+白金和EuP Iot6。此外,采用TEA19161的電源還具有低于75mW的低空載功耗,達到并超出能源之星、DoE、CoC 2等標準的要求。相比反激式式拓撲,LLC諧振拓撲能夠更容易滿足共模噪聲要求,還能達到200%峰值功率要求。

TEA19161+TEA19162+TEA1995T方案的參考電路圖。

清理掉導熱硅膠墊,次級側為兩顆同步整流MOS管,兩顆英集芯的協議芯片IP6527以及兩顆南芯的同步降壓芯片SC8102。英集芯IP6527和南芯SC8102均為內置MOS設計,導熱墊可以有效地幫助其散熱。

在導熱墊下面是兩顆同步整流MOS管,型號一致,絲印60N101TG 1GLJ1。

在同步整流MOS下方的是兩顆英集芯的協議芯片IP6527,分別負責一個USB-A接口的輸出控制。這是一款集成同步開關的降壓轉換器、支持14種輸出快充協議、支持Type-C輸出和USB PD2.0/PD3.0(PPS)協議的SoC;英集芯IP6527采用內置功率MOS管設計,輸入電壓范圍是8.2V到32V,輸出電壓范圍是3V到20V,最大能提供45W的輸出功率,能夠根據識別到的快充協議自動調整輸出電壓和電流。

英集芯IP6527詳細規格資料。

另一顆英集芯IP6527。

在USB-A接口輸出協議控制芯片左側,還有兩顆南芯的同步降壓控制器SC8102。該芯片提供32pin 5*5 qfn封裝,是一顆4-36V寬電壓輸入的雙輸出同步整流降壓轉換器,支持5V電壓輸出或者設置其他輸出電壓;可提供高精度輸出電流限制,當其中一路過流時進入恒流模式。
南芯SC8102總輸出功率可由電阻設置,便于恒功率輸出;支持線損補償,可編程的頻率設置和工作模式選擇;支持完整的保護功能,包括過電壓、過電流保護,短路保護和過熱保護,適用于車充,多口墻充,hub和工業應用,這里配合LD6610降壓輸出。

南芯SC8102詳細規格資料。

充電器全部拆解完畢。
充電頭網拆解總結
美富達100W USB PD快充充電器采用線纜與機身分離式設計,主體機身酷似一款移動電源。輸入采用8字線,方便客戶根據不同的是地區更換相應的插腳規格,輸出接口采用2A2C設計,雙USB-C接口可以同時為兩臺筆記本電腦分別提供60W的充電功率。同時也可以滿足四臺設備的充電需求,比較適合居家辦公等場景。
充電頭網拆解發現,這款充采用了二次降壓的輸出方式,AC-DC部分為LLC架構,采用全套恩智浦方案,固定電壓輸出。DC-DC部分的四個接口均為獨立同步整流降壓輸出,其中兩個USB-C接口分別采用南芯同步整流降壓芯片SC8102搭配通嘉科技的認證協議芯片LD6610實現100W快充輸出;兩個USB-A接口則分別選用一顆英集芯的高集成協議芯片IP6527控制。芯片均選擇業界知名品牌,性能有保證。
充電器輸入端采用兩級共模電感,輸出采用四顆萬京源固態電容濾波;除了三顆功率MOS均增加金屬散熱片外,PCB模塊外圍還使用了大面積的金屬散熱片,保證大功率輸出時散熱性能,做工扎實。
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