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简易摩托车充电器的制作(贝尔金氮化镓充电器拆解)

前言

贝尔金推出了一款65W双口氮化镓充电器,白色柱状外壳,对应输入端折叠插脚一面和输出USB-C口一面为收口处理,外观非常有特点。充电器为双USB-C接口,单口输出支持65W输出功率,双口同时输出支持45+20W功率自动分配,可以同时满足手机和笔记本电脑的充电使用。

充电头网已经拿到了贝尔金这款65W双口USB-C氮化镓充电器,下面就进行拆解,看看这款充电器内部的设计和用料。

贝尔金65W氮化镓充电器外观

包装盒是一贯的白绿配色,并且正背面产品名称、卖点、概述等做了中英双版,正面可以对产品外观有基本了解。

产品配备双USB-C接口,既可以单独给笔记本进行65W充电,也可同时为笔记本/平板和手机进行45W+20W快充,是产品一大核心卖点。

包装内含充电器、使用说明书以及质保凭证等。

贝尔金这款65W氮化镓充电器采用时下主流柱状造型,整体短小风格简约。机身外壳磨砂亮面撞色处理,两端收缩设计,很有特点。

腰身一面印有belkin品牌。

还有一面印有充电器参数

型号:WCH013yz

输入:100-240V 50/60Hz 1.5A

USB-C1/C2输出:5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3.25A

PPS:3.3-21V3A

USB-C1+C2:20W+45W

产品已经通过了CCC认证。

输入端采用可折叠国标插脚,携带方便且不会刮伤其它电子产品,此外充电器通过了VI级能效认证。

顶面配有两个USB-C接口,白色胶芯不露铜。

实测充电器机身高度为52.38mm。

宽度为38.88mm。

厚度为40.48mm。

和苹果61W充电器对比,体积优势非常大。

拿在手上的大小直观感受。

另外测得充电器净重约为106g。

使用ChargerLAB POWER-Z KM002C测得USB-C1口支持PD3.0、PPS、QC5快充协议。

并且还具备5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3.25A五组固定电压档位,以及3.3-21V3.25A一组PPS电压档位。

测得USB-C2口兼容协议和USB-C1口的完全一样。

PDO报文也相同,两个C口支持功率盲插,日常使用方便。

贝尔金65W氮化镓充电器拆解

看完贝尔金65W氮化镓充电器的开箱和测试,下面就进行拆解,一起看看这款氮化镓充电器的设计和用料。

沿外壳接缝拆开充电器外壳,折叠插脚通过导线连接到PCBA模块供电。

切开外壳取出内部PCBA模块,PCBA模块通过多块小板焊接组成。

外壳内部粘贴石墨导热贴纸,并通过高温胶带绝缘。

导线焊点通过胶水加固绝缘。

使用游标卡尺测得PCBA模块长度约为41.53mm。

PCBA模块宽度约为33.65mm。

PCBA模块厚度约为35.25mm。

PCBA模块由四块PCB焊接组成,充分利用内部空间。

PCBA模块输入端一览,焊接供电导线,镂空焊接电解电容,焊接贴片Y电容。

另外一面焊接反馈光耦,同步整流控制器和同步整流管。

输出侧小板焊接降压电感,滤波电容和USB-C母座。

将充电器PCBA模块焊接拆分,共由四块PCB焊接组成。

通过对PCBA模块的观察发现,贝尔金这款氮化镓充电器采用高频反激架构,电源方案来自南芯科技,使用氮化镓开关管,同步整流,固定电压输出,输出电压通过两路独立的降压电路实现双口快充输出。下面我们就从输入端开始了解各个器件的信息。

首先来看第一块小板,这块小板焊接保险丝,EMI滤波电路和整流桥,用于将交流电整流滤波成直流电。

在安规X2电容下面是输入端保险丝,来自贝特电子,贴片焊接,规格为3.15A。

安规X2电容来自威庆电子,规格为0.33μF。

两级共模电感采用漆包线和绝缘线绕制。

NTC热敏电阻采用热缩管包裹绝缘。

整流桥丝印DBF806,规格为8A 600V。

高压滤波电容来自凯泽鑫,规格为39μF400V。

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TMY1101K。

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。

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。

在垂直小板上焊接差模电感和另外两颗滤波电容。

差模电感采用工字磁芯,外套热缩管绝缘。

小板上焊接的两颗电解电容均来自凯泽鑫,规格均为33μF400V。

焊接电容的小板连接到变压器所在的小板上,为初级主控芯片,氮化镓功率芯片供电。

开关电源主控芯片采用南芯科技SC3023,是一颗高频准谐振反激控制器,内置了氮化镓驱动,可用于直接驱动氮化镓开关管。SC3023内置X电容放电和高压启动,具备自适应开关频率折返功能,能在整个负载范围内获得更高的效率。QR和DCM模式下通过谷底开通来获得高效率。空载时在低功耗模式下运行,从而降低系统的待机功耗。内置完善全面的保护功能,支持芯片内和外置的过热保护功能。

南芯科技SC3023资料信息。

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。

纳微NV6136A资料信息。

充电头网通过拆解了解到,纳微GaNFast功率芯片此前已被摩托罗拉68W氮化镓充电器、戴尔60W氮化镓快充、OPPO 50W饼干氮化镓快充、小米65W 1A1C氮化镓快充充电器、努比亚65W氘锋三口氮化镓快充、联想YOGA 130W双USB-C口快充、安克65W氮化镓充电器(英雄联盟版)等知名品牌的数十款产品采用。

变压器采用胶带严密缠绕绝缘。

小板背面焊接反馈光耦,贴片Y电容,同步整流控制器和同步整流管。

光耦用于输出电压反馈。

同步整流控制器采用南芯科技SC3503,这是一颗自适应开通检测和快速关断同步整流控制器,无需辅助线圈供电,输出电压最低可低至0V,专利的自适应开通检测电路避免同步整流管误开通,兼容多种MOS,具有超低的静态电流,支持多种工作模式,支持高侧和低侧同步整流,外围元件非常精简。采用SOT23封装,适用于宽输出范围反激适配器应用。

南芯科技 SC3503资料信息。

充电头网拆解了解到,该芯片已经被TEGIC迷你30W氮化镓快充、绿联迷你30W氮化镓快充、征拓65W 2C1A氮化镓充电器、威源新能30W 1A1C氮化镓快充、意象65W氮化镓充电器、努比亚30W氮化镓快充等产品采用,此外南芯快充芯片还可应于充电器、车充、移动电源、储能电源等产品,并被安克、三星、紫米、羽博等数十款产品采用,品质获得客户高度认可。

同步整流管来自泰德,型号TDM21016,是一颗DFN5*6封装的同步整流管。

输出端降压小板特写,正面焊接两颗降压电感和两颗滤波电容,以及两个USB-C母座。

小板背面焊接一颗协议芯片和三颗MOS管,USB-C母座过孔焊接固定。

其中C1口快充协议芯片采用南芯科技SC2151A,该芯片已经获得USB-IF PD3.0认证,TID:4869。其采用16-pin QFN 4*4mm封装,是一颗支持PD和DP/DM快充协议的控制器,内部集成反馈环路,支持最新的Type-C和PD3.0标准,同时还支持使用DP/DM接口的专有快充协议,适用于各类适配器应用。

南芯科技SC2151A内部集成了32位高性能MCU内核,集成24kB单次编程存储器和2kB RAM。该控制器针对各类快充协议集成了USB PD物理层、Type-C检测、DP/DM快充协议物理层,VCONN供电。

此外,针对快充适配器方案内置了输出放电路径、内置可编程反馈补偿、电压电流检测、10bit高性能ADC、两个10bit DAC、NMOS通路管驱动、I2C通信接口以及丰富的保护电路,为适配器等应用提供了简单高效的协议控制器解决方案。

充电头网了解到,南芯SC2151A协议芯片还被绿联30W PD快充氮化镓充电器、古石科技30W PD快充氮化镓充电器、安克30W迷你氮化镓快充、努比亚30W氮化镓快充充电器等知名品牌的数十款产品采用,产品质量获客户一致认可。

另外采用南芯科技SC2021A协议芯片控制C2和C1口输出。SC2021A是一款高度集成的Type-C/PD和DPDM快充控制器。 符合最新的Type-C和PD 3.0标准,通过了USB PD3.1符合性测试。芯片支持专有的高压快充协议,包含一组USB-C接口和两组DPDM接口,满足1A+1C双口快充应用。

南芯科技SC2021A内部集成32位高性能MCU内核,2.5Kb内存和32Kb的MTP存储器,支持私有快充协议。SC2021A 通过集成 USB PD 基带 PHY、Type-C 检测、双 DPDM PHY、内置VBUS 放电路径、VCONN 电源、可编程反馈补偿、电压和电流检测、10-bit ADC、双10-bit DACs,、NMOS 栅极驱动器、I2C 接口和保护电路,来最大限度地减少外部组件。

SC2021A支持多种保护机制,包括过压保护(OVP)、欠压保护(UVP)、过流保护(OCP)、短路保护(SCP)、过温保护(OTP)、DPDM过压保护、 CC过压保护、VCONN 过压保护、VCONN 过流保护和 VCONN 短路保护,有效保证系统稳定可靠运行。SC2021A采用QFN 4*4-32封装。具备良好的协议兼容性和丰富的控制接口,可用于车充以及快充应用。

两路降压电路的用料完全相同,选取一路进行介绍,节省篇幅。降压控制器来自泰德,型号TD1741,是一颗同步降压控制器,支持40V输入耐压。

同步降压开关管来自泰德,型号TDM3478,是一颗耐压为30V的NMOS,导阻为5mΩ。

在背面焊接另一颗同步整流管,两颗开关管组成半桥。

降压电感外套热缩管绝缘。

输出滤波电容来自钰邦,规格为220μF 25V。

输出VBUS开关管来自芯控源,型号为AGM306,NMOS,耐压30V,导阻5.8mΩ,采用DFN3*3封装。

两个USB-C母座采用白色胶芯,过孔焊接固定。

全部拆解完毕,来张全家福。

充电头网拆解总结

贝尔金推出的这款氮化镓充电器采用独特的外观设计,相比传统柱状设计,更加具有辨识度,把玩手感也更好。充电器采用折叠插脚设计,便于收纳与携带。输出为双USB-C接口设计,单口支持65W输出功率,支持功率盲插。双口同时输出时支持45+20W功率分配,满足笔记本和手机同时充电使用。

充电头网通过拆解了解到,贝尔金65W氮化镓充电器采用南芯科技的快充解决方案,采用SC3023主控芯片搭配SC3503同步整流控制器,搭配纳微NV6136A氮化镓功率芯片,组成固定电压输出的开关电源。协议芯片采用SC2021A和SC2151A,实现两个USB-C口的快充协议功能。

充电器内部电解电容来自凯泽鑫,输出滤波固态电容来自钰邦,内部采用四块PCB组合焊接,内部空隙打胶填充增加强度。外壳内部粘贴石墨导热贴加强散热,降低温升。内部做工紧凑,用料扎实。

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