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    拆解報告:安克140W USB PD3.1氮化鎵充電器

    2022-08-27

    安克推出了旗下首款USB PD3.1充電器,同時也是氮化鎵充電器。這款充電器支持140W大功率輸出,內部搭載氮化鎵HFB架構。內置創新的堆疊技術和定制的器件,功率密度大幅提升,體積顯著縮小。

     
    這款140W充電器與之前拆解的全氮化鎵120W三口氮化鎵充電器一樣,采用了相同的英飛凌HFB+iGaN方案,支持寬電壓輸出,無需內置降壓轉換電路,輸出效率更高。下面充電頭網就對安克這款140W全氮化鎵充電器進行詳細拆解,看看內部設計如何。

    此前充電頭網還拆解過安克全氮化鎵120W充電器、安克100W 2C1A氮化鎵超能充、安克65W 2C1A氮化鎵超能充、安克45W氮化鎵超能充、安克30W氮化鎵超能充等產品,歡迎查閱。
     

    安克140W氮化鎵充電器開箱

     

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    安克這款充電器包裝盒除印有ANKER品牌、產品外觀以及賣點外,還有顯眼的USB PD 3.1字樣,表明產品支持最新的PD快充標準。
     

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    側面印有充電器型號、顏色、重量、輸入輸出參數等信息。
     

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    包裝內含充電器、固定膠圈、使用說明書以及產品合格證。
     

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    這款充電器不例外的也附送了一個固定膠圈,底部設有一圈吸盤,可以幫助充電器穩定進行充電。
     

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    充電器采用PC材質黑色外殼,表面啞光,輸出端設有銀色裝飾板,相較家族其它新品,這款外觀更加簡潔。
     

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    機身正面右上角印有ANKER品牌。
     

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    輸入端外殼上印有充電器參數
    型號:A2341
    輸入:100-240V~50/60HZ 2.2A
    輸出:5V3A、9V3A、15V3A、20V5A、28V5A (140W Max)
    充電器通過了CCC認證。
     

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    充電器配備可折疊國標插腳,攜帶方便。
     

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    輸出端配備單USB-C接口,安克經典的藍色膠芯。
     

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    充電器套上固定膠圈場景一覽。
     

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    測得充電器機身高度為58.51mm。
     

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    寬度為67.72mm。
     

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    厚度為31.04mm,算得充電器功率密度約為1.14W/cm3。
     

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    和蘋果140W充電器對比,體積優勢很大。
     

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    充電器拿在手上的大小直觀感受。
     

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    凈重約為234g。
     

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    使用ChargerLAB POWER-Z KM002C測得USB-C口支持QC3.0、PD3.1、PPS、Apple2.4A充電協議。
     

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    并且具備5V3A、9V3A、15V3A、20V5A、28V5A五組固定電壓檔位,以及3.3-11V5A一組PPS電壓檔位。額外支持AVS 15-28V可變電壓輸出,輸出功率最大為140W。
     

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    使用安克140W氮化鎵充電器給蘋果MacBook Pro充電,測得功率為27.86V 4.99A 139.11W,成功開啟PD3.1 28V5A快充。

    安克140W氮化鎵充電器拆解

     
    看完了安克140W氮化鎵充電器的開箱,尺寸和測試,下面就對充電器進行拆解,看看用料做工如何。
     

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    沿外殼接縫拆開外殼,可以看到充電器內部背粉色導熱膠灌封成為一個整體。
     

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    由于內部為灌封結構,無法取出PCBA模塊,使用切割機切開外殼,取出內部PCBA模塊。
     

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    交流輸入通過導線焊接連接到PCBA模塊,折疊插腳貼有麥拉片絕緣。
     

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    使用游標卡尺測得PCBA模塊長度約為53.27mm。
     

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    PCBA模塊寬度約為63.65mm。
     

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    PCBA模塊厚度約為26.49mm。
     

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    交流輸入導線焊接連接到內部垂直焊接的小板上。
     

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    充電器內部PCB焊接多塊小板,小板上焊接元器件,由常規的平面布局升級為立體布局,充分利用PCB面積,增加空間利用率并減小體積。
     

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    輸出側濾波電容,諧振電容和高壓濾波電容均纏繞粘貼膠帶絕緣。
     

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    PCBA模塊正面一覽,左側大元件為變壓器,左下角為輸出濾波電容和輸出USB-C母座小板。右上角為輸入保險絲和EMI濾波電路,下方是PFC升壓電感,右下角為高壓濾波電容。在變壓器和PFC升壓電感中間是濾波電容和PFC升壓整流管。
     

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    在PCBA模塊背面,左上角為輸入端整流橋,下方是PFC升壓開關管。在左下角是HFB混合反激控制器和半橋氮化鎵芯片,右上角是三顆貼片Y電容和兩顆白色光耦。
     
    通過對充電器PCBA的觀察發現,Anke這款140W氮化鎵充電器采用PFC+HFB半橋架構設計,PFC電路將輸入電壓升壓為HFB半橋電路供電,經過同步整流輸出。輸出電壓由協議芯片控制調節,進行寬范圍輸出,同時協議芯片還進行PFC控制。PFC升壓開關管采用納微氮化鎵功率芯片,HFB半橋采用英飛凌集成功率級。下面就從輸入端開始了解整個充電器的設計與用料。
     

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    充電器輸入端一覽,兩塊小板分別焊接濾波電容,濾波電感,保險絲,共模電感和安規X2電容。
     

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    輸入端小板焊接保險絲,安規X2電容和共模電感。
     

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    在另外一側還焊接一顆共模電感。
     

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    輸入端保險絲來自貝特電子,出料號932,規格為5A 250V,用于輸入過流保護。
     

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    共模電感采用漆包線和絕緣線繞制,并打膠固定。
     

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    安規X2電容來自東莞成希,規格為0.47μF。
     

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    第二顆共模電感特寫,同樣采用漆包線和絕緣線繞制,涂有白色膠水固定。
     

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    在第二顆共模電感與整流橋之間貼有青稞紙絕緣。
     

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    貼片整流橋特寫。整流橋用于將輸入交流電轉換成脈動直流電,整流橋絲印60M。
     

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    在背面的對應位置也焊接一顆整流橋,使用兩顆整流橋半橋連接組成全橋,均攤發熱。
     

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    充電器側面焊接高壓濾波電容,PFC升壓電感和濾波小板。
     

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    整流橋輸出的濾波電容和濾波電感焊接在垂直焊接的小板上。
     

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    小板背面沒有元件。
     

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    薄膜濾波電容來自東莞成希,規格為1μF 450V。
     

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    濾波電感采用磁環繞制。
     

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    另一顆濾波電容同樣來自東莞成希,規格同樣為1μF 450V。經過濾波電路的直流電進入PFC電路升壓。
     

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    PFC控制器來自安森美,型號NCP1623,其基于創新的 Valley 同步頻率折返(VSFF)方法。VSFF 可在標稱負載和輕負載條件下最大限度地提高效率,在重載時運行在臨界模式,輕載運行在斷續導通模式,并支持谷底開通以提高效率。
     
    NCP1623支持臨界模式、斷續導通模式運行,谷同步頻率折返可在標稱負載和輕負載下提升效率,并且可在低開關頻率下獲得良好的功率因數。
     

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    PFC升壓開關管采用納微NV6136A,這是一顆高集成的氮化鎵功率芯片,內置驅動器以及高精度無損耗電流采樣電路,消除取樣電阻的損耗。NV6136A內置170mΩ導通電阻,耐壓700V的氮化鎵開關管,支持2MHz開關頻率,采用6*8mm QFN封裝,節省面積。
     

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    納微NV6136A資料信息。
     
    充電頭網通過拆解了解到,納微NV6136A已被安克全氮化鎵120W充電器、iQOO 10 Pro原裝200W氮化鎵超快閃充、聯想拯救者135W氮化鎵快充、黑鯊120W星流GaN快充、vivo X Fold原裝80W雙C口閃充氮化鎵充電器等知名品牌的數十款產品采用。
     

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    PFC升壓電感采用膠帶嚴密包裹絕緣。
     

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    PFC升壓整流管來自安森美,型號MURF860,是一顆8A電流,耐壓600V的超快恢復二極管,采用TO220FP封裝。
     

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    高壓濾波電容來自永銘,規格為120μF420V。
     

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    初級控制器來自英飛凌,型號為XPDS2201,是一顆數字混合反激控制器,內部集成600V高壓啟動電路和高低側MOS驅動。采用峰值電流模式控制,用于快速的負載響應?;谳敵鲭娏魉阶詣忧袚Q到突發模式運行,支持初級側過電壓保護,待機功耗<75mW,可通過單引腳UART界面配置參數,采用PG-DSO-14封裝,外圍元件精簡。
     

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    半橋氮化鎵芯片同樣來自英飛凌,型號IGI60F1414A1L,其內部集成兩顆140mΩ導阻,耐壓600V的氮化鎵開關管,以半橋形式連接,并具備獨立的隔離驅動器。相比兩個獨立的氮化鎵開關管以及驅動器的組合,大大節省PCB占板面積。IGI60F1414A1L支持400W半橋應用,內置驅動的氮化鎵器件極大程度的簡化了驅動電路的設計,并可針對設計進行特性優化。
     
    英飛凌XPDS2201混合反激控制器搭配IGI60F1414A1L半橋氮化鎵芯片,集成度更高,并且降額使用,溫升更低,打造了更高效的氮化鎵快充解決方案。
     

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    為初級主控芯片供電的濾波電容來自永銘,規格為18μF100V。
     

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    另外一顆規格為47μF35V。
     

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    拆下電路板正面的直插元器件,在高壓濾波電容下方還焊接初級電流檢測電阻。
     

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    與變壓器初級繞組串聯的諧振電容,規格為0.47μF 250V。
     

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    變壓器特寫,磁芯使用膠帶嚴密纏繞絕緣,次級繞組采用多層絕緣線。
     

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    兩顆貼片Y電容來自四川特銳祥科技股份有限公司,具有體積小、重量輕等特色,非常適合應用于氮化鎵快充這類高密度電源產品中。料號為TMY1471K。
     
    特銳祥專注于被動元器件的研發、生產及銷售,注冊資本1億元。旗下有自主電容品牌兩類:SMD TRX及DIP TY電容器,TRX將致力于陶瓷材料的研究,以拓展更多品類的應用,為客戶提供更多的解決方案。
     

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    充電頭網了解到,特銳祥貼片Y電容除了被倍思高通QC5認證100W氮化鎵快充、麥多多100W氮化鎵、OPPO 65W超級閃充氮化鎵充電器、聯想90W氮化鎵快充、努比亞65W氮化鎵充電器、倍思120W氮化鎵+碳化硅PD快充充電器等數十款大功率充電器使用外,也可應用于海陸通、第一衛、貝爾金等品牌20W迷你快充上,性能獲得客戶一致認可。
     

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    另一顆貼片Y電容同樣來自四川特銳祥科技股份有限公司,料號為TMY1101K。
     

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    兩顆光耦分別用于輸出電壓反饋調節和PFC升壓控制,光耦型號均為CT1018。
     

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    另一顆CT1018光耦特寫。
     

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    變壓器次級繞組焊接到垂直焊接的同步整流小板上。
     

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    小板正面焊接變壓器次級繞組,同步整流控制器和同步整流管。
     

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    小板背面沒有焊接元件。
     

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    同步整流控制器來自MPS,絲印IBUJN,實際型號為MP6951,為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,還支持ACF主動鉗位反激和HFB混合反激,工作頻率可達1MHz,支持驅動氮化鎵同步整流管,支持高側和低側應用,采用TSOT23-6封裝。
     

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    同步整流管來自英飛凌,型號BSC0802LS,是一顆耐壓100V的NMOS管,導阻3.4mΩ。
     

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    輸出側焊接兩顆濾波電容,濾波電感和USB-C小板,USB-C接口焊接在小板上。
     

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    兩顆輸出濾波電容來自永銘,均為NPX系列固態電容,其中一顆規格為680μF 35V。
     

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    另一顆濾波電容規格為560μF 35V,纏繞膠帶絕緣。
     

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    濾波電感采用漆包線并繞,內部使用塑料絕緣板并打膠固定。
     

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    輸出USB-C母座焊接在垂直焊接的小板上,節省空間。小板正面還焊接一顆VBUS開關管。
     

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    小板背面焊接一顆協議芯片,電流取樣電阻和用于靜電保護的ESD二極管。
     

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    USB PD協議芯片來自偉詮,型號WT6676F,是一顆支持USB PD3.1的協議芯片,支持36V輸出電壓,支持可編程的恒壓恒流控制,內部集成低側電流采樣放大器,支持線損補償。WT6676F支持可編程的保護功能,支持過壓、欠壓、過流和過熱保護。
     
    芯片內置10位ADC用于電壓和電流檢測,芯片內置NMOS負載開關驅動器,內置輸出放電管,內置供電穩壓,支持PFC控制,支持節能模式,輸入電壓可達45V,采用QFN-16封裝。在芯片右側焊接一顆熱敏電阻,用于檢測充電器內部溫度,進行過熱保護。
     

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    輸出VBUS開關管來自AOS萬代,型號AONR66406,是一顆耐壓40V的NMOS,導阻5mΩ,采用DFN3*3封裝。
     

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    USB-C母座特寫,采用過孔焊接固定,藍色膠芯不露銅。
     

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    全部拆解一覽,來張全家福。
     

    充電頭網拆解總結

     
    Anker最新推出的全氮化鎵140W充電器具備強悍的輸出性能,兼容QC、PD、PPS主流快充協議,能夠滿足MacBook Pro 2021筆記本使用,可獲得與原裝充電器相同的快充體驗。內部采用PFC+HFB電路架構,具有高性能小體積優勢。
     
    其中PFC升壓控制器采用安森美NCP1623,搭配納微氮化鎵功率芯片NV6136A,HFB半橋采用英飛凌XDPS2201混合反激控制器搭配IGI60F1414A1L半橋氮化鎵芯片組成,為氮化鎵快充提供集成度更高,體積更小,能效更高的解決方案。
     
    輸出協議芯片采用偉詮WT6676F,支持3.3V~45V寬工作電壓范圍,支持USB PD 3.1 SPR 和EPR36V 規范,接口豐富,支持過熱保護和PFC控制。充電器內部采用多塊PCB焊接組合,并采用導熱膠灌封工藝,增強散熱性能,提升機械強度和耐候性,充分利用空間,縮小充電器體積。


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