小米插线板20W快充版今天上架 全网首拆 抛弃公牛的理由

2021-07-21 16:56:36 15点赞 14收藏 23评论

在现代日常生活中,电能是我们时刻离不开的传统能源,我们日常接触到的电料物品(插座、电线,电子元件等等)属于低压电器,通常使用的220V电压的电器,例如插头、插座、电线等,称为“低压强电”,而36V安全电压以下的,例如电子元件、稳压电源等,称为低压弱电。几年前,小米插线板开创了在插线板这种传统低压强电器材也中集成了USB接口的5V充电器这种典型的低压弱电设备,到今天,这种组合方式已经成为高端插线板的流行设计。这次小米对插线板做了一次重大升级。和以往小米插线板不同,这次的插线板采用3+3(2A+1C)的组合:三个国标5孔单项220V交流电源插孔、两个USB-A接口、一个Type-C接口。

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交流220V电源接口就不说了,和普通插线板一样,新小米插线板的2A+1C三个USU输出接口支持快充协议,两USB-A口单独使用分别支持最高18W的输出功率、Type-C最高支持20W的输出功率。如果多口同时使用,则总共支持15.5W的输出功率。除了支持小米、华为、三星等主流安卓系统设备外,还支持苹果20W快充,以Iphone12来说,28分钟即可从0充到30%的电量。

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交流220V插孔保持了小米插线板的优点:41mm大间距,即使使用电源适配器也不会产生冲突,可以同时使用不同尺寸的插头而且不拥挤。

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在使用中,另外一个明显的感受是5孔插座的保护盖板比以往的灵巧多了,插头拔出和插入的时候很轻松顺滑。

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另外一个非常实用的升级是插线板的插头,保持以往小尺寸插头的同时,周围增加一圈凸起的上沿,在从墙插上拔下这个插的时候,很容易用力,不会打滑。下图左边是旧版小米插线板插头,右方是新版插头。

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电源开关也有升级,功能上还是过载、开关、指示灯三合一,但指示灯处有细微变化:指示灯点亮时的光线色温比旧版本的低,光色偏暖,很柔和,亮度也低了一些,夜晚,特别是在卧室使用,能减小光线对睡眠的影响。

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虽然有这些升级但外观和旧板依然保持小巧纤细,外壳仍然采用阻燃PC材料,下图中上方的是新款插线板,从外观上来看,体积和材质是一样的。电源线两端都有橡胶保护套管,增加了移动使用的安全性。

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用于对数码设备的充电,是小米插线板的一项重要功能,Type-C输出最大可以达到20W,下图是为小米10PRO充电时利用电源分析仪测试的电压电流和功率,以9V快充进行充电,由于是充电后期,电流为1.3A,功率接近12W,在充电初期能达到18W以上。

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下图是快充协议测试,对于Type-C接口,支持PD、QC2.0/3.0、华为FCP、三星AFC协议,USB-A口支持QC2.0/3.0协议。

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从外部来看,小米插线板20W快充版的升级是显而易见的,内部如何呢?我们打算拆开看看。

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插线板背面是四个防滑橡胶垫,兼螺丝盖子,把他们撬起来后可以看到四颗三角牙口的螺丝,利用特殊的螺丝刀来进行拆卸。四颗螺丝拆掉后,还需要把底盖和外壳侧方的卡口撬开,底盖才能卸下来,拆开有一定难度,主要是阻止用户私自拆开而引发触电危险。

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打开底盖后,最吸引目光的是一片黑色的PCB,在右侧,这就是USB接口的电路部分,双面PCB版,双面焊接,高低压分离设计,利用PCB隔离槽实现隔离。右侧是三合一开关,如果有过载、短路,此开关会自动断开,故障排除后手动恢复。电源指示灯安装在内部。

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中间部分采用小米经典设计:一体化铜条,采用锡磷铜合金压制而成,这种设计在小米第一代插线板上应用后,业界纷纷效仿,比起用单芯铜导线焊接的方式,虽然成本高了,但载流能力和散热能力都得到了增强,在大电流下工作,首先是保证了载流量,其次是工作中由于电流的热效应使导体发热后仍然能保证弹性、不容易氧化,和插头接触的触点也是经过优化,接触面大,保证接触电阻尽可能的小。这些设计能保证插线板安全使用。也由于这些因素,我从小米第一代插线板推出后,就把家里的所有插线板都换成了小米,这次升级后,也打算把书桌和床头柜上的换成新款的插线板。

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交流强电部分不用多说,接下来我们要看看弱电部分,我们要使用的工具是吸锡器和电烙铁,把图中箭头处两个焊点焊开,PCB就可以取下来了,这两焊点是220V交流输入点。

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这就是拆卸下来的PCB,上面除了大体积的电容、开关变压器以外,都是贴片元件,集成度很高,高压和低压部分利用PCB开槽隔离,220V交流电通过2A250V保险后通过扼流圈后加到整流桥堆,输出直流电后通过两个400V耐压值的电解电容进行滤波,得到300V左右的直流电后加到开关电源主控IC电路上,USB协议电路采用UC4600/UC4300协议芯片。具体如下图。

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UC4600/4300是芯卓微推出的快充协议芯片的组合,两颗芯片通过PD-LINK连接,可以支持3口USB插排的单口快充,任意一个口都可以实现快充,连接两个接口或以上时,转为5V输出,满足单一接口快充需求。UC4300支持1A1C双接口独立快充,支持USB PD3.0和PPS协议,支持QC3.0/2.0快充,支持华为FCP/SCP快充,支持三星AFC快充,支持苹果2.4A充电,部集成25mΩ VBUS通路管,内置过压过流保护,支持过热保护,接口支持过电压保护。UC4600是USB A口快充协议芯片,支持QC3.0/2.0快充,支持华为FCP/SCP快充,支持三星AFC快充,支持苹果2.4A充电。下图是UC4300/4600典型应用。

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PCB背面可以看到整流全桥,和开关电源主控IC,采用SC1548C,这是一颗反激式开关稳压集成电路,内置初级开关管,次级侧同步整流控制器,自带反馈控制,因此在PCB上不需要搭配光耦及同步整流控制器,同时具有完善的保护功能。开关管是6614GS,这是一颗增强型功率场效应晶体管DMOS器件,具有损耗小,开关速率高的特点。在整个PCB上没有看到散热器,因为采用了大功率的元器件,只需要PCB铜箔散热就足够了。下图是SC1548典型应用图。

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这就是PCB背面,关键元件如图所示。

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从这个角度可以清楚看到开关变压器、电容和Type-C小板的细节,每个元件用料都上上乘,保证了整个电路的质量,在工作中增强稳定性。

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这是拆下来的Type-C小板,用于C口的输出,小板通过10 个引脚和主PCB焊接相连。

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下图是各个主要元件的微距图。UC4600在两个USB-A接口中间,用于A口输出。

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这是外壳上的高压低压隔离仓,PCB装入外壳后,高压部分和低压部分就被隔离开了,增加了电路的绝缘等级,保证了高压打火时不会波及到低压部分,保证了USB输出的安全。

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小米插线板开创了全铜条材质插线板的先河,现在我们来说说一体化铜带的优点,它和传统导线焊接有什么不同。我们知道,任何导体都是具有对电流阻碍作用的,通常,采用铜来制造导线,因为铜具有电阻率低导电性能好、价格低、延展性好的特点,通常,采用的是铜合金,对于插座内部的电极,还要求具有良好的形状恢复性。在正常情况下,导线有一个指标叫做“安全载流量”,是导线在规定的发热量下,能最大流过的电流值。而导线的安全载流量是由导线的材质和横截面积来决定的,在材质相同的情况下,导线的横截面积越大,载流量就大,而通常的导线横截面是圆形,所以导线的截面积 就成一个硬指标了。插座里的导线大都采用0.5平方mm,根据电工经验算法,1平方mm横截面的铜芯导线的安全载流量是4安培,如果要达到10A的电流,那么导线应该是2.5平方mm粗,显然,绝大多数插座是达不到个值得,小米插线板采用一体化铜片,相当于加粗了导线的截面积,而且一体化铜片,不存在焊点,发热量就小了,就安全了。如果导线安全载流量达不到设计标准,在工作的时候,就会发热,导线越细,电阻越大,在导线上损耗的能量就越多,根据焦耳定律,Q=I^2RT,电流越大,电阻越大,时间越长,发热量就越大,笔者在工作中经常见到插座、开关触电、导体烧得通红的情况,试想,长时间这样工作,引起火灾的危险就大了。小米插线板的铜片设计能有效增大截面积,在额定状态下工作,发热量不会上升,这就是插座有额定电流的指标了。铜片的材质也是保证安全的一个重要因素,它能保证接触点发热和氧化的程度,避免事故的发生。

小米插线板20W快充版在继承了前几代的优良工艺和安全性的同时,升级了C口、支持20W功率输出和快充协议的支持,而定价只比旧版贵十元钱,不知道读者们会不会把家里插线板都更换掉?

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