拆解报告:Anker安克140W USB-C氮化镓充电器A2341

2022-08-12 17:52:31 0点赞 2收藏 1评论

前言

安克推出了旗下首款USB PD3.1充电器,同时也是氮化镓充电器。这款充电器支持140W大功率输出,内部搭载氮化镓HFB架构。内置创新的堆叠技术和定制的器件,功率密度大幅提升,体积显著缩小。

这款140W充电器与之前拆解的全氮化镓120W三口氮化镓充电器一样,采用了相同的英飞凌HFB+iGaN方案,支持宽电压输出,无需内置降压转换电路,输出效率更高。下面充电头网就对安克这款140W全氮化镓充电器进行详细拆解,看看内部设计如何。

安克140W氮化镓充电器开箱

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安克这款充电器包装盒除印有ANKER品牌、产品外观以及卖点外,还有显眼的USB PD 3.1字样,表明产品支持最新的PD快充标准。

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侧面印有充电器型号、颜色、重量、输入输出参数等信息。

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包装内含充电器、固定胶圈、使用说明书以及产品合格证。

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这款充电器不例外的也附送了一个固定胶圈,底部设有一圈吸盘,可以帮助充电器稳定进行充电。

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充电器采用PC材质黑色外壳,表面哑光,输出端设有银色装饰板,相较家族其它新品,这款外观更加简洁。

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机身正面右上角印有ANKER品牌。

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输入端外壳上印有充电器参数

型号:A2341

输入:100-240V~50/60HZ 2.2A

输出:5V3A、9V3A、15V3A、20V5A、28V5A (140W Max)

充电器通过了CCC认证。

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充电器配备可折叠国标插脚,携带方便。

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输出端配备单USB-C接口,安克经典的蓝色胶芯。

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充电器套上固定胶圈场景一览。

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测得充电器机身高度为58.51mm。

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宽度为67.72mm。

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厚度为31.04mm,算得充电器功率密度约为1.14W/cm³。

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和苹果140W充电器对比,体积优势很大。

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充电器拿在手上的大小直观感受。

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净重约为234g。

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使用ChargerLAB POWER-Z KM002C测得USB-C口支持QC3.0、PD3.1、PPS、Apple2.4A充电协议。

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并且具备5V3A、9V3A、15V3A、20V5A、28V5A五组固定电压档位,以及3.3-11V5A一组PPS电压档位。额外支持AVS 15-28V可变电压输出,输出功率最大为140W。

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使用安克140W氮化镓充电器给苹果MacBook Pro充电,测得功率为27.86V 4.99A 139.11W,成功开启PD3.1 28V5A快充。

安克140W氮化镓充电器拆解

看完了安克140W氮化镓充电器的开箱,尺寸和测试,下面就对充电器进行拆解,看看用料做工如何。

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沿外壳接缝拆开外壳,可以看到充电器内部背粉色导热胶灌封成为一个整体。

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由于内部为灌封结构,无法取出PCBA模块,使用切割机切开外壳,取出内部PCBA模块。

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交流输入通过导线焊接连接到PCBA模块,折叠插脚贴有麦拉片绝缘。

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使用游标卡尺测得PCBA模块长度约为53.27mm。

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PCBA模块宽度约为63.65mm。

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PCBA模块厚度约为26.49mm。

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交流输入导线焊接连接到内部垂直焊接的小板上。

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充电器内部PCB焊接多块小板,小板上焊接元器件,由常规的平面布局升级为立体布局,充分利用PCB面积,增加空间利用率并减小体积。

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输出侧滤波电容,谐振电容和高压滤波电容均缠绕粘贴胶带绝缘。

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PCBA模块正面一览,左侧大元件为变压器,左下角为输出滤波电容和输出USB-C母座小板。右上角为输入保险丝和EMI滤波电路,下方是PFC升压电感,右下角为高压滤波电容。在变压器和PFC升压电感中间是滤波电容和PFC升压整流管。

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在PCBA模块背面,左上角为输入端整流桥,下方是PFC升压开关管。在左下角是HFB混合反激控制器和半桥氮化镓芯片,右上角是三颗贴片Y电容和两颗白色光耦。

通过对充电器PCBA的观察发现,Anke这款140W氮化镓充电器采用PFC+HFB半桥架构设计,PFC电路将输入电压升压为HFB半桥电路供电,经过同步整流输出。输出电压由协议芯片控制调节,进行宽范围输出,同时协议芯片还进行PFC控制。PFC升压开关管采用纳微氮化镓功率芯片,HFB半桥采用英飞凌集成功率级。下面就从输入端开始了解整个充电器的设计与用料。

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充电器输入端一览,两块小板分别焊接滤波电容,滤波电感,保险丝,共模电感和安规X2电容。

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输入端小板焊接保险丝,安规X2电容和共模电感。

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在另外一侧还焊接一颗共模电感。

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输入端保险丝来自贝特电子,出料号932,规格为5A 250V,用于输入过流保护。

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共模电感采用漆包线和绝缘线绕制,并打胶固定。

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安规X2电容来自东莞成希,规格为0.47μF。

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第二颗共模电感特写,同样采用漆包线和绝缘线绕制,涂有白色胶水固定。

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在第二颗共模电感与整流桥之间贴有青稞纸绝缘。

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贴片整流桥特写。整流桥用于将输入交流电转换成脉动直流电,整流桥丝印60M。

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在背面的对应位置也焊接一颗整流桥,使用两颗整流桥半桥连接组成全桥,均摊发热。

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充电器侧面焊接高压滤波电容,PFC升压电感和滤波小板。

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整流桥输出的滤波电容和滤波电感焊接在垂直焊接的小板上。

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小板背面没有元件。

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薄膜滤波电容来自东莞成希,规格为1μF 450V。

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滤波电感采用磁环绕制。

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另一颗滤波电容同样来自东莞成希,规格同样为1μF 450V。经过滤波电路的直流电进入PFC电路升压。

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PFC控制器来自安森美,型号NCP1623,其基于创新的 Valley 同步频率折返(VSFF)方法。VSFF 可在标称负载和轻负载条件下最大限度地提高效率,在重载时运行在临界模式,轻载运行在断续导通模式,并支持谷底开通以提高效率。

NCP1623支持临界模式、断续导通模式运行,谷同步频率折返可在标称负载和轻负载下提升效率,并且可在低开关频率下获得良好的功率因数。

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PFC升压开关管采用纳微NV6136A,这是一颗高集成的氮化镓功率芯片,内置驱动器以及高精度无损耗电流采样电路,消除取样电阻的损耗。NV6136A内置170mΩ导通电阻,耐压700V的氮化镓开关管,支持2MHz开关频率,采用6*8mm QFN封装,节省面积。

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纳微NV6136A资料信息。

充电头网通过拆解了解到,纳微NV6136A已被安克全氮化镓120W充电器、iQOO 10 Pro原装200W氮化镓超快闪充、联想拯救者135W氮化镓快充、黑鲨120W星流GaN快充、vivo X Fold原装80W双C口闪充氮化镓充电器等知名品牌的数十款产品采用。

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PFC升压电感采用胶带严密包裹绝缘。

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PFC升压整流管来自安森美,型号MURF860,是一颗8A电流,耐压600V的超快恢复二极管,采用TO220FP封装。

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高压滤波电容来自永铭,规格为120μF420V。

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初级控制器来自英飞凌,型号为XPDS2201,是一颗数字混合反激控制器,内部集成600V高压启动电路和高低侧MOS驱动。采用峰值电流模式控制,用于快速的负载响应。基于输出电流水平自动切换到突发模式运行,支持初级侧过电压保护,待机功耗<75mW,可通过单引脚UART界面配置参数,采用PG-DSO-14封装,外围元件精简。

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半桥氮化镓芯片同样来自英飞凌,型号IGI60F1414A1L,其内部集成两颗140mΩ导阻,耐压600V的氮化镓开关管,以半桥形式连接,并具备独立的隔离驱动器。相比两个独立的氮化镓开关管以及驱动器的组合,大大节省PCB占板面积。IGI60F1414A1L支持400W半桥应用,内置驱动的氮化镓器件极大程度的简化了驱动电路的设计,并可针对设计进行特性优化。

英飞凌XPDS2201混合反激控制器搭配IGI60F1414A1L半桥氮化镓芯片,集成度更高,并且降额使用,温升更低,打造了更高效的氮化镓快充解决方案。

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为初级主控芯片供电的滤波电容来自永铭,规格为18μF100V。

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另外一颗规格为47μF35V。

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拆下电路板正面的直插元器件,在高压滤波电容下方还焊接初级电流检测电阻。

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与变压器初级绕组串联的谐振电容,规格为0.47μF 250V。

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变压器特写,磁芯使用胶带严密缠绕绝缘,次级绕组采用多层绝缘线。

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两颗贴片Y电容来自四川特锐祥科技股份有限公司,具有体积小、重量轻等特色,非常适合应用于氮化镓快充这类高密度电源产品中。料号为TMY1471K。

特锐祥专注于被动元器件的研发、生产及销售,注册资本1亿元。旗下有自主电容品牌两类:SMD TRX及DIP TY电容器,TRX将致力于陶瓷材料的研究,以拓展更多品类的应用,为客户提供更多的解决方案。

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充电头网了解到,特锐祥贴片Y电容除了被倍思高通QC5认证100W氮化镓快充、麦多多100W氮化镓、OPPO 65W超级闪充氮化镓充电器、联想90W氮化镓快充、努比亚65W氮化镓充电器、倍思120W氮化镓+碳化硅PD快充充电器等数十款大功率充电器使用外,也可应用于海陆通、第一卫、贝尔金等品牌20W迷你快充上,性能获得客户一致认可。

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另一颗贴片Y电容同样来自四川特锐祥科技股份有限公司,料号为TMY1101K。

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两颗光耦分别用于输出电压反馈调节和PFC升压控制,光耦型号均为CT1018。

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另一颗CT1018光耦特写。

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变压器次级绕组焊接到垂直焊接的同步整流小板上。

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小板正面焊接变压器次级绕组,同步整流控制器和同步整流管。

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小板背面没有焊接元件。

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同步整流控制器来自MPS,丝印IBUJN,实际型号为MP6951,为MPS最新推出的一款同步整流控制器,支持DCM,CCM,QR,ZVS工作模式,还支持ACF主动钳位反激和HFB混合反激,工作频率可达1MHz,支持驱动氮化镓同步整流管,支持高侧和低侧应用,采用TSOT23-6封装。

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同步整流管来自英飞凌,型号BSC0802LS,是一颗耐压100V的NMOS管,导阻3.4mΩ。

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输出侧焊接两颗滤波电容,滤波电感和USB-C小板,USB-C接口焊接在小板上。

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两颗输出滤波电容来自永铭,均为NPX系列固态电容,其中一颗规格为680μF 35V。

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另一颗滤波电容规格为560μF 35V,缠绕胶带绝缘。

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滤波电感采用漆包线并绕,内部使用塑料绝缘板并打胶固定。

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输出USB-C母座焊接在垂直焊接的小板上,节省空间。小板正面还焊接一颗VBUS开关管。

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小板背面焊接一颗协议芯片,电流取样电阻和用于静电保护的ESD二极管。

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USB PD协议芯片来自伟诠,型号WT6676F,是一颗支持USB PD3.1的协议芯片,支持36V输出电压,支持可编程的恒压恒流控制,内部集成低侧电流采样放大器,支持线损补偿。WT6676F支持可编程的保护功能,支持过压、欠压、过流和过热保护。

芯片内置10位ADC用于电压和电流检测,芯片内置NMOS负载开关驱动器,内置输出放电管,内置供电稳压,支持PFC控制,支持节能模式,输入电压可达45V,采用QFN-16封装。在芯片右侧焊接一颗热敏电阻,用于检测充电器内部温度,进行过热保护。

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输出VBUS开关管来自AOS万代,型号AONR66406,是一颗耐压40V的NMOS,导阻5mΩ,采用DFN3*3封装。

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USB-C母座特写,采用过孔焊接固定,蓝色胶芯不露铜。

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全部拆解一览,来张全家福。

充电头网拆解总结

Anker最新推出的全氮化镓140W充电器具备强悍的输出性能,兼容QC、PD、PPS主流快充协议,能够满足MacBook Pro 2021笔记本使用,可获得与原装充电器相同的快充体验。内部采用PFC+HFB电路架构,具有高性能小体积优势。

其中PFC升压控制器采用安森美NCP1623,搭配纳微氮化镓功率芯片NV6136A,HFB半桥采用英飞凌XDPS2201混合反激控制器搭配IGI60F1414A1L半桥氮化镓芯片组成,为氮化镓快充提供集成度更高,体积更小,能效更高的解决方案。

输出协议芯片采用伟诠WT6676F,支持3.3V~45V宽工作电压范围,支持USB PD 3.1 SPR 和EPR36V 规范,接口丰富,支持过热保护和PFC控制。充电器内部采用多块PCB焊接组合,并采用导热胶灌封工艺,增强散热性能,提升机械强度和耐候性,充分利用空间,缩小充电器体积。

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