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扒开产业真相:四款热销30W USB PD充电器拆解大比拼

一、前言

就在一年前,QC3.0快充和USB PD快充还势同水火,这一年来究竟发生了什么?此前,USB-IF组织发布了USB PD 3.0的重要更新,USB PD3.0下的PPS成功完成对QC4、SCP、VOOC等主流快充协议的收编。

这些主流快充协议为何要向USB PD3.0靠拢?

首先,USB PD统一使用Type-C物理接口,相比MicroUSB接口能传输的功率更大,可达到100W;比起USB-A接口体积更小,符合电子设备向更小、更薄方向发展的趋势;支持正反插也是Type-C接口的优点。

其次,USB PD支持的电压范围从5V~20V,功率从5W~100W不等,对于手机、掌机、平板、笔记本、显示器等,使用USB PD充电器均可为以上设备供电,带来无可比拟的便捷性。目前,iPhone8/8Plus/X、华为Mate10/Mate9、小米6、SWITCH游戏机、iPad Pro、Macbook、Dell笔记本、Acer显示器等均以支持USB PD供电。

考虑到当前市面上的USB PD充电器以给笔记本使用的居多,功率多在45W、60W以上,而给new Macbook、手机、平板等使用的PD充电器以30W为最佳,体积小巧,功率足,方便携带。恰恰这类充电器市面上又较为少见,充电头网特搜集了4款30W功率的USB PD充电器,分别是苹果29W、Dell 30W、SIMPTUNE 30W、闪电狼 30W。

苹果29W充电器是苹果为MacBook标配的充电器,也是Apple Store能买到的最便宜的USB PD充电器。自从iPhone8被曝出支持USB PD快充后,这款充电器便备受关注。

Dell 30W充电器DELL的四款USB PD充电器中最小的一款,专供XPS12、XPS13等小功率笔记本使用。


SIMPTUNE推出的USB PD适配器,外观上看起来和普通的手机快充充电器一样,功率却能达到30W,让人惊讶。


闪电狼30W 是一款面向国外用户的USB PD充电器,采用欧规插脚,花了不少力气才弄到手。

二、拆解看内在美

1、苹果29W


白纸盒包装上印刷了产品式样,右上角可以看到USB-C 29W字样。

 

素色包装盒背面用多国语言写着这款USB-C型电源适配器支持29W功率输出,右下角是港币388元定价标签。

 

苹果美国加州设计,中国制造。产品型号A1540,SN串号C4H716402KXG2VCBH。

 

拉开透明易撕封条就可以抽出产品了。

 

开箱一览,说明书、使用指南、电源适配器本体、定位纸盒。

 


插头采用可拆卸设计,方便收纳携带,电源适配器+插头一共重132g。

 

产品外表与以前苹果电源适配器产品类似,都是使用圆弧边四方设计,宽度*长度为56mm*56mm。

 

厚度28毫米。

 

插头拆卸后,可以替换成其他不同插脚的插头,也方便旅行收纳。去掉插头后可以看到里面是我们常见的单边齿两脚8字线插座,外面是充当地线的T型固定座,用8字线插入也可以使用,但没接地功能不建议这样使用。

 

8字插座底部印刷着SN码:C4H71640KXG2VCBH,与外包装盒上的SN码一致。

 

测试篇我们使用带有PD诱骗功能的Power-Z KM001 USB PD测试仪对这款电源适配器做PD探测,在Power-Z 屏幕上可以看到,这款电源适配器一共支持两档输出,分别是5V2.4A与14.8V2.0A,与产品侧边的铭牌信息5V2.4A与14.8V2.0A一致。

 

然后我们使用Power-Z FL001 USB PD 测试仪对这款电源适配器做最大负载测试,实测5V档最大输出4.91V2.8A,功率13.8W,这时候输入功率为16.3W。

 

14.8V电压档最大输出14.76V2.3A,功率34W,这时候输入功率为36W。

 

苹果29W USB-C PD电源适配器壳体十分牢固,胶质带有良好的韧性没办法无损开壳,撬起T型固定座可以看到背后是接地焊线。
去除壳体后,产品拆解结构一览A。

 

产品拆解结构一览B。

 

在变压器上面贴了一块导热铜片,铜片上有一小块黑色的是弹性导热垫,整块铜片用耐高温绝缘胶纸包裹处理。

 

里面的部件可以看成是3个部分,地线引脚面板、8字线插座、主PCB。

 

8字线插座整个用耐高温绝缘厚胶带包裹起来,正负极线缠绕后滴胶定型不会松散。

 

去掉外层耐高温绝缘胶纸。

 

背面。

 

所有引脚都使用热缩管包裹避免管脚互相触碰短路,丝印S10 K300K1是一颗压敏电阻,保护输入过压。

 

8字线插座来自solteam崧騰,最大支持250V2.5A。

 

250V2A保险丝,使用白胶固定起来。

 

丝印19387-R 13A1713E的是共模电感。

 

连接线全部过孔焊接处理更加牢固。

 

PCB细节,意法半导体的STM32单片机、丝印644BV 7B003 BRD、丝印 BQY、丝印VE、丝印258 4670 1646、丝印T1IS。

 

安森美ON Semi NCP4304A+英飞凌Infineon  BSC077N12NS同步整流。

 

两颗光耦,反馈及保护。

 

英飞凌的初级ic FLUT12A2010。

 

USB-C采用了裸舌片母座。

 

上下两块PCB通过排针连通,MOS管包上铜箔再拧在散热片上,nichicon 33uF 35V电解电容。

 

分离出上下PCB,在他们之间是一块对应形状的白色隔离壳体。

 

USB-C输出口20V插件、小插片PCB、两个20V390uf固态电容,地线座类似wifi天线那样采用插座设计。

 

继续分离出隔离壳体。

 

日本化工 KXJ 400V56uf高压侧电解电容。

 

硕大的电容占据了PCB的一半位置。

 

两个Y电容使用特殊壳体巧妙地竖立焊接到上下PCB之间。

 


来自Sumida的变压器。

 

丝印LT 7B06A KBP208GL的整流桥。

 

丝印19447-R A17120。

 

撕掉表面的铜箔,英飞凌 spa11N80C3。

 

USB-C插脚件,激光打码L073N0JD。

 

USB输出口旁的小插片整体被耐高温绝缘胶纸包裹着。

 

去掉绝缘胶带,丝印Y704 715 33。

 

另一面, ON semi安森美FDS6681Z,PMOS。是C口的输出开关,PCB面积受限,采用了竖立PCB的方案。

2、DELL 30W


话说上次在假货宝上被坑,撸了个山寨货回来,这回又整了一个看看俺滴RP咋样。孰真孰假,你猜呢?真假对比准备另起一文,本文只进行真货拆解。

 


充电器本体重135克。

 


加上1米梅花线220克。

POWER-Z KM001测试仪成功诱骗出PD输出,显示3档输出,分别是:5V/3A,12V/2A,20V/1.5A。其中5V档POWER-Z KM001显示比标称值大了1A。
砸的挺费劲,还得加撬棒沿缝隙切几下才能打开,假货砸几下就开了。

 


AC地线没有空置,大电容和变压器上都有3M胶带。初级输入部分看到了共模电感和方块电容,基本就可以断定是真货了。

 


翻过来背面,一块金属屏蔽罩焊接在PCB上,有绝缘层间隔。

 


铁质屏蔽罩非常见的铝质,有2个弯脚直接焊接在PCB透孔中,如果是铝的话是无法直接焊接的,需要铆接可焊接材质的焊脚。

 


拆下屏蔽罩,内衬有一层3M绝缘胶带和一层黑色塑料片隔层。

隔层是注塑而成,边缘部位还有一个T形插脚嵌入PCB的镂空凹槽中加强绝缘。

 


初级大电容和变压器上都一层3M绝缘胶带覆盖。

 

揭开变压器上的胶带,下面是一块非常柔软的导热胶。图中丝印编号为22DRFU的IC为DELL定制电源主控芯片。

 


揭开导热胶,变压器胶带层上激光喷码印着较为详实的变压器数据。变压器体积并不大,比山寨货小多了,但输出功率却是非常强劲,超过标称值许多,不得不令人刮目相看。

 


交流输入端L、N相线、零线分别用黑色、白色焊接至PCB,PCB上有相应标识,焊脚有热缩套管,地线导线更是异常粗壮,貌似单芯铜线,很硬。

 


插座堵头有一块透明塑料护板做绝缘,防止与PCB意外碰触。插针与焊脚的铆接工艺十分精湛,看得出插针是纯铜镀铬的。

 


一体TYPE-C线输出引脚与底盖的结合处,底盖是PC材质。

 


这个小方块塑料板用于夹紧线尾,这是DELL此类电源的通用设计。

 

主要原件说明:

由于体积所限,相较65W版本,只使用了一只共模电感,但也比完全省略EMI电路的山寨货好得多了。

 


AC输入端,黑色小方块,台湾功德T3.15A 250V CQ MST方形慢熔/延时保险丝,这与其他型号的电源用料是一样的。

 


有意思的是这只台达代工的30W电源,保险的PCB背面位置还开有一个小槽,用于加强隔离避免跳火。

 


灰色方块,台湾HJC华容 MKP-X2安规电容。

揭开初级棕色大电容包裹的胶带,黑金刚KMQ的标志映入眼帘,绝对高大上!规格是400V、47μF。

 


旁边的另一只小电容同为黑金刚品牌的KY系列低阻长寿电容,规格是100V、15μF。

 


初级小体积扁整流桥,U3K8 GULF,金色印字彰显着它不凡的品质,规格是3A、800V,功率余量足够,无需额外的散热片,加贴有绝缘胶带。

 


Y电容,331K。

对应引脚PCB位置有开槽并加装隔离片,可见台达之严谨。

 


Y电容与变压器之间位置的是输出电容,Rubycon红宝石,这也是顶呱呱的大品牌。25V、220μF。

 


旁边还有一只棕色黑金刚KZM系列低阻长寿25V、330μF电容与之并联。

 


黑金刚电容下面的红色印记,应该是质检标志吧,正规大厂的原件都有经过老化测试的步骤。704硅橡胶下面是一只8脚芯片。

 


除掉硅胶,发现这是一只MOS,AP6679GM,是控制输出开关用的,PD是需要与受电方握手通讯成功后才会有输出的。

 


TO-262封装的STMicroelectronics意法半导体的肖特基整流二极管STPS30L120CR,Io=30A, Vrev=120V。
A1、A2两个正极管脚套有磁环,用于抑制高速开关寄生振荡产生的高频干扰,跟我们在USB线上经常看到的磁环是一个道理,有利于通过EMC,这是正规大厂必须要考虑的,山寨货可就完全不去管这些了,能用就行,能省就省。

清理掉PCB上覆盖的部分硅胶,露出芯片真容。

 


SMD/MOS,IPD65R600E6,SOT-252,N场,650V,7.3A,0.6Ω。

 


4个棕色塑料脚是变压器的骨架安装脚,透孔嵌入PCB并加胶固定。
光耦,EL1013:

DELL自家出品的PD芯片:DPD001,这枚芯片也同样使用在45W、65W的电源中。

 


输出引线,黑、白、蓝、红四色直接焊接在PCB上,套有绝缘热缩管。

 


PCB上的印字。

 

PWB
NB ME:WY.CHEN
NB EE:PETER.KAO
貌似是两个NB的工程师名字。
台达电源绝对是居于领导地位的电源行业老大,台达电子在东莞设有七个工厂,员工约30000人(好多的妹子啊,想想都醉了),主要向IBM,DELL,NEC,GE,HP,PHILIPS等世界知名公司供应各类电子产品。
本次拆解的戴尔DA30NM150电源大量使用一线大厂原件,用料扎实,设计严谨,貌不惊人但性能却远超预期,体现了台达应有的品质风范,是个好电源!

3、 SIMPTUNE 30W

下面拆解的这款USB PD充电器不但体积小巧,还能同时给USB PD和QC3.0/QC2.0设备快充。它是如何实现的呢,一起来研究看看。


SIMPTUNE  SPT100AS-30C采用单USB Type-C输出,从侧面也能看出电源的造型也异于常规的长方体。


国标双脚市电插头,采用标准的中规设计,并且兼容美规。


产品铭牌上标注了详细的规格参数,输入支持100-240V宽幅电压,带到国外旅行也可以适配当地电网;输出支持5V 3A、9V 3A、12V 2A、15V 2A四个档位,电源在15V电压时可输出最大功率30W。值得一提的是,SIMPTUNE  SPT100AS-30C采用了多协议架构,内置了两套快充协议,分别是USB PD和高通QC3.0/2.0,具体兼容性见充电头网的评测报告。


拆开电源,初步印象就是元件布局紧凑,细节处理到位。

PCB电路板正面。

PCB电路板反面。

市电输入端保险丝。

市电输入端共模电感。

主电容由两枚规格为400V 22微法并联滤波。

蓝色抗高频干扰电容。

独立的 Tyep-C插座。

Tyep-C插座与磁铁无缘。

输出滤波部分,固态电容来自肇庆绿宝石电子科技股份有限公司(简称“绿宝石”),单颗规格:25V 680微法。

Tyep-C插座上其实还有一个滤波电容的空位,应该是预留位。

高低压区域有一片塑料绝缘片做隔离。

四枚肖特基二极管组成初级整流电路。

Tyep-C控制、输出电路部分。


初级PWM,昂宝OB2362。


主开关管型号U7N65H。


杰华特微电子提供的同步整流MOS,型号JW7707D。

光耦。

优微科技提供的 USB PD/Tyep-C的单芯片控制器芯片UPD300D0-24QAIG,从电路来看,单芯片实现两套快充协议。


来自威兆型号VS3508AE,两颗MOS组成关断输出以保护设备。

使用ChargerLAB POWER-Z KT001对SIMPTUNE进行USB PD触发报文测试,从显示屏上可见这款充电器在USB PD模式下各电压所支持最大电流列表。


拆解全家福。

4、闪电狼 30W

大大的电源型号占据了包装盒醒目的位置,给人一种这不是市售版的包装吧的感觉!


包装盒背面贴有英文标识的电源规格介绍贴纸。


电源外壳通体乳白色并做高光处理,手感与颜值都不差,唯一不足就是这个市电输入插头体积实在太大了。


电源外壳侧面蚀刻了输出规格与认证标志。5V=3A、9V=2A、12V=2A、15V=2A、20V=1.5A。电源在20V时输出最大功率为30W。


欧标市电插头。


单USB TYPE-C输出接口。


超声波焊接外壳,可以无损打开,市电输入插头使用导线连接PCB。


电路正面,元件布局非常紧凑,易松动插件元件均有绝缘胶固定加强,在主开关管四周涂有大量的深灰色导热硅脂。


电路背面,贴片元件有手工补焊的痕迹,整体工整度有提升空间。一次侧与二次侧之间有绝缘塑料片做隔离。


市电输入端的保护电路与EMI电路非常完善。


一次侧主电容使用一颗Acon 22微法400V、两颗万裕电子(SAMXON) 15微法400V并联滤波。


蓝色电容主要用来滤除高频干扰。


USB TYPE-C插座与磁铁无缘。


二次侧输出滤波采用两颗25V680微法固态电容并联滤波。


整流桥型号DB207S。



昂宝 OB2362 PWM IC。


一次侧主开关管,深圳深爱半导体型号SIF10N60C。



光电耦合器,EVERLIGHT 型号EL357N。


次级同步整流控制器,力生美半导体 型号LN5S03。


PD输出保护MOS,型号WSP4407。


同步整流MOS,丝印S0040。

PD控制器,伟诠型号WT6632F。


使用POWER-Z触发PD模式显示在PD模式下各电压所支持最大电流列表,9V与12V输出的功率略高于外壳标称功率。

使用POWER-Z触发快充模式,完整支持QC2.0&QC3.0。

全家福。

三、四款30W USB PD充电器硬件大比拼

1、电源芯片
苹果29W采用英飞凌初级PWM芯片,定制芯片;DELL,也是定制芯片;SIMPTUNE采用昂宝OB2362初级PWM芯片,闪电狼采用OB2362初级PWM芯片。
2、协议芯片
我们拆解的四款充电器,闪电狼采用了伟诠的Type-C接口解决方案WT6630/6632,SIMPTUNE采用威海优微UPD300识别芯片,苹果采用STM单片机方案,DELL采用自家定制识别芯片方案。
3、成本分析
由于30W的PD充电器输出电流不大,对成本敏感的厂家没有采用同步整流方案,采用了低成本的肖特基整流方案。同步整流的需求,在这个功率级别的充电器上不是必须。输出电容基本都是固态。成熟的AC-DC方案加上USB PD识别调压通过光耦反馈输出。

四、USB PD充电器背后的技术演进史

由于技术普及是由于市场推进,USB PD 充电器也一样,这种小功率的USB PD 充电器实际上和我们熟知的成熟的QC充电器是一样的,从QC识别换成了支持USB PD和QC的识别IC,然后接口从USB-A换成了Type-C接口,提高了输出功率,元件耐压相应提高,支持20V输出,以及输出开关,传统的QC充电器成为了现在的USB PD充电器。

五、从四款30W USB PD充电器看去

1、30W功率档的USB PD充电器,随着元件集成度和效率的越来越高,体积也将越来越小,支持的电压档位也趋向于齐全,做到小而精。

2、USB PD充电器将向两个方向发展,一种是面向手机、游戏机的小功率充电器,更看重于体积和便携性。一种是面向于笔记本的大功率充电器,提供足够大的功率满足这类耗电大户的需求。

3、进口芯片方案和国产方案各有所长。对于苹果这类追求高性能的品牌更倾向与使用国外方案,而面向普通消费者的更倾向于使用国产方案。国产方案在易用性和兼容性方面做的很是给力,相信国产方案能占据绝对多数市场。

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