PFC+雙路開關電源架構，效率與穩(wěn)定兼?zhèn)洌悹柦?12W GaN快充拆解

前言

本期為大家?guī)淼氖秦悹柦鹨豢?12W氮化鎵快充充電器的拆解，這款產(chǎn)品采用3C1A四口配置，支持最高112W的總輸出功率，能夠同時為多臺設備快速充電，滿足現(xiàn)代用戶日益增長的多設備充電需求。

三個USB-C接口均支持100W快充輸出，并兼容PPS協(xié)議，適配主流筆記本電腦、平板和手機的快充需求。USB-A接口則提供12W輸出，適合為耳機、手表等小電流設備充電。充電器支持多種功率分配策略，用戶可根據(jù)實際需求靈活搭配，真正做到“一頭多用，出行無憂”。

充電頭網(wǎng)將對這款貝爾金112W氮化鎵充電器進行詳細拆解，帶大家一探其內(nèi)部結構、用料與設計思路。

貝爾金112W氮化鎵充電器開箱

包裝盒正面印有Belkin品牌、產(chǎn)品名稱、外觀以及賣點。

背面印有產(chǎn)品特點描述。

包裝內(nèi)含充電器、使用說明書等。

貝爾金112W氮化鎵充電器采用再生塑料材質(zhì)白色外殼，機身表面磨砂工藝處理抗指紋，整體設計風格簡約。

機身兩端做了獨特收縮設計，正面印有Belkin品牌。

輸入端外殼上印有產(chǎn)品參數(shù)信息。

產(chǎn)品參數(shù)特寫

型號：WCH017yz

輸入：100-240V~50/60Hz 2A

單口輸出：

USB-C1/C2/C3：(PD 3.1) 5V3A、9VЗA、15V3A、20V5A

(PPS)5-21V4.75A 100W Max

USB-A：5V2.4A

雙口輸出：

C1+C2/C3：70W+30W

C2+C3：70W+30W

C1/C2/C3+USB-A：100W+12W

三口輸出：

C1+C2+C3：60W+20W+20W

C1+C2/C3+USB-A：70W+30W+12W

C2+C3+USB-A：70W+30W+12W

總輸出：

C1+C2+C3+A=60W+20W+20W+12W(112W Max)

充電器通過了CCC認證以及VI級能效認證。

充電器配備可折疊國標插腳。

輸出端配備3C1A四個USB接口，可滿足蘋果全家桶同時充電需求。

四個接口旁均印有單口和多口組合輸出下的功率參數(shù)，直觀明了。

實測貝爾金112W氮化鎵充電器機身長度為66.42mm。

寬度為65.76mm。

厚度為33.27mm。

和蘋果96W充電器放在一起對比，體積優(yōu)勢明顯。

產(chǎn)品拿在手上的大小直觀感受。

另外測得充電器重量約為228g。

使用ChargerLAB POWER-Z KM003C測得USB-C1口支持PD3.0、PPS、QC5、DCP充電協(xié)議。

PDO報文顯示USB-C1口具備5V3A、9V3A、15V3A、20V5A四組固定電壓檔位，以及5-21V5A一組PPS電壓檔位。

測得USB-C2口兼容協(xié)議和USB-C1口的相同。

此外PDO報文也一樣。

測得USB-C3口兼容協(xié)議也與USB-C1口的相同。

此外PDO報文也相同，即三個USB-C口支持單口功率盲插使用。

最后測得USB-A口支持Apple 2.4A充電協(xié)議。

貝爾金112W氮化鎵充電器拆解

將充電器輸入端外殼拆開，內(nèi)部大量填充藍、白膠用于輔助加固和散熱。

將PCBA模塊取出，殼體內(nèi)側貼有絕緣散熱貼幫助散熱。

測得PCBA模塊長度為63.08mm。

寬度為57.56mm。

厚度為27.91mm。

PCBA模塊上還覆蓋麥拉片和一體銅片，并纏繞膠帶固定。

拆掉散熱片，可以看到PCBA模塊上大量填充藍色導熱凝膠，同時輸出端小板背面還設有導熱墊。

將藍、白膠清理掉，模塊中軸線處以及輸出端均焊接有小板，兩顆變壓器均使用耐高溫絕緣膠帶包裹，同時與小板間均設有麥拉片進行隔離。

主板背面設有PFC升壓電路以及兩路開關電源電路的核心控制器以及功率器件，此外還有光耦、貼片Y電容等。

PCBA模塊前端一覽，右側區(qū)域設有保險絲、共模電感、安規(guī)X2電容等器件，中心區(qū)域焊接整流濾波小板，左側設有PFC升壓電感，薄膜濾波電容和PFC升壓電感間還做了隔離絕緣處理。

將小板拆下，板子正面設有NCT熱敏電阻、整流橋、薄膜濾波電容、濾波電感以及高壓濾波電解電容。

小板背面設有另一顆整流橋。

保險絲外套熱縮管絕緣保護。

共模電感特寫，用于濾除EMI干擾。

另一顆共模電感特寫。

安規(guī)X2電容來自WQC威慶電子，容量0.68uF。

濾波電感外套熱縮管絕緣保護。

NTC熱敏電阻用于抑制上電浪涌電流，外套熱縮管絕緣保護。

R8M428整流橋特寫。

另一顆整流橋特寫。

兩顆CBB21薄膜濾波電容也是來自威慶電子。

薄膜電容規(guī)格為0.68μF450V。

濾波電感特寫。

PFC控制器來自安森美，絲印UPD，實際型號為NCP1623，其基于創(chuàng)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(xù)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(xù)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(shù)。

PFC開關管來自納微，型號NV6136C，這是一顆高集成的氮化鎵功率芯片，內(nèi)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。NV6136C內(nèi)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(jié)省面積。

PFC升壓電感特寫。

PFC整流管來自森國科，型號KS06065D，為碳化硅肖特基二極管，規(guī)格為650V 6A，采用PDFN5*6封裝。

高壓濾波電解電容來自Sancon三鑫，規(guī)格均為420V47μF。

另一顆料號相同。

模塊一側設有三個USB-C口開關電源的變壓器、同步整流控制器、同步整流管以及輸出濾波固態(tài)電容。

開關電源主控芯片采用納微GaNSense Control合封氮化鎵芯片NV9580，其內(nèi)置170mΩ氮化鎵開關管和高頻QR控制器，具備無損電流檢測，高集成度，高轉化效率，可實現(xiàn)小體積化的快充設計。支持CCM/QR/DCM控制模式，集成了逐周期限流，AOCP，OTP和LPS等保護功能，超低待機功耗僅為20mW。

NV9580采用QFN5x6封裝，最高開關頻率為225kHz，助力工程師靈活設計、優(yōu)化變壓器尺寸及 EMI 性能。NV9580無需額外的鉗位電路即可實現(xiàn)寬 VDD范圍供電，有助于節(jié)省BOM成本，縮小PCB尺寸。

變壓器特寫。

CT 1019光耦特寫，用于輸出電壓反饋。

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和服務器電源這類高密度電源產(chǎn)品中。料號為TMY1102M。

充電頭網(wǎng)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氮化鎵充電器、OPPO 65W超級閃充氮化鎵充電器、聯(lián)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(shù)十款大功率充電器使用外，也可應用于海陸通、第一衛(wèi)、貝爾金等品牌20W迷你快充上，性能獲得客戶一致認可。

另一顆貼片Y電容料號為TMY1101K。

同步整流控制器絲印02819。

同步整流管來自瑤芯微，型號AKG10N038GL，NMOS，耐壓100V，導阻3.8mΩ，采用PDFN5*6封裝。

兩顆輸出濾波固態(tài)電容規(guī)格為25V680μF。

另一側設有USB-A口開關電源的變壓器、初級開關管、光耦、輸出濾波固態(tài)電容等器件。

另一路開關電源的初級控制器絲印9JEW。

初級開關管來自華潤微，型號CS7N65A3R，NMOS，耐壓650V，導阻1.2Ω，采用TO251封裝。

變壓器特寫。

CT 1019光耦特寫，用于輸出電壓反饋。

藍色Y電容來自東莞成希電子。

用于USB-A接口5V輸出的同步整流芯片來自硅動力，型號SP6574AF，這是一顆高性能的開關電源次級側同步整流芯片。在低壓大電流開關電源應用中，輕松滿足6級能效，是理想的超低導通壓降整流器件的解決方案。

芯片內(nèi)置耐壓45V的NMOSFET同步整流開關，且具有極低的內(nèi)阻，可提供系統(tǒng)低壓大電流的應用輸出;還內(nèi)置了高壓直接檢測技術，耐壓高達120V。可支持高達300KHz的開關頻率應用，并且支持 CCM/QR/DCM等開關電源工作模式應用，其極低導通壓降產(chǎn)生的損耗遠小于肖特基二極管的導通損耗，極大提高了系統(tǒng)的轉換效率，大幅降低了整流器件的溫度。

兩顆輸出濾波固態(tài)電容來自鈺邦，規(guī)格均為6.3V470μF。

輸出端四個USB接口母座均焊接在小板上。

將小板拆下，板子正面設有三個USB-C接口對應的二次降壓電路的降壓電感、濾波固態(tài)電容以及VBUS開關管。

背面設有三路二次降壓電路的降壓協(xié)議芯片以及同步降壓開關管，此外還有一顆熱敏電阻。

熱敏電阻特寫。

USB-C1口的降壓協(xié)議芯片采用智融科技SW3561H，這是一顆支持雙USB-C口輸出的降壓SoC芯片，芯片內(nèi)部集成高效率同步降壓控制器，支持20V5A功率輸出，并支持USB PD3.1 SPR。芯片內(nèi)部集成ARM Cortex-M0內(nèi)核，集成Type-C邏輯，支持PD3.1/QC/SCP/UFCS融合快充等快充協(xié)議，支持快充協(xié)議定制。

智融SW3561H支持雙USB-C口通路控制，支持線損補償，搭配兩顆同步降壓開關管和對應接口的VBUS開關管即可實現(xiàn)雙口降壓輸出。芯片內(nèi)置的降壓轉換器默認工作頻率為180KHz，支持定制工作頻率，支持100W功率輸出，滿足小體積設計。芯片集成過熱保護，輸入輸出過壓/欠壓保護，輸出過流保護以及數(shù)據(jù)引腳過壓保護等完善的保護機制，采用QFN-32封裝。

智融科技SW3561H資料信息。

外掛兩顆同步降壓開關管采用智融科技SWT40N45，采用PDFN3030封裝。

USB-C2口降壓輸出采用智融科技SW3556，這款芯片支持雙USB-C接口降壓控制，內(nèi)部集成多種快充協(xié)議，支持7A大電流輸出，并支持雙口功率盲插和獨立限流。SW3556支持驅動低壓氮化鎵開關管，可進一步提升降壓電路效率，減小充電器的體積與散熱要求。

智融SW3556為同步整流降壓拓撲，支持40V輸入，內(nèi)置同步整流降壓控制器，搭配使用硅MOS或氮化鎵開關管、電感電容等簡單的外圍器件，即可實現(xiàn)140W大功率輸出。內(nèi)置的降壓控制器開關頻率為125KHz，支持PFM/PWM模式運行以優(yōu)化轉換效率。

此外，智融SW3556支持引腳外接電阻來配置輸出功率以及動態(tài)功率分配，在開發(fā)多口快充電源產(chǎn)品時無需外置單片機，以此實現(xiàn)更精簡的外圍并降低成本。適用于車載充電器、多口充電器、插排等產(chǎn)品領域。

外掛的兩顆同步降壓開關管也是采用智融科技SWT40N45。

USB-C3口的降壓協(xié)議芯片也是采用智融科技SW3556。

外掛的兩顆同步降壓開關管也是采用智融科技SWT40N45。

兩顆降壓電感特寫。

第三顆降壓電感特寫。

三路二次降壓電路的輸出濾波固態(tài)電容規(guī)格均為25V220μF，料號完全一樣。

USB-C1口的VBUS開關管來自泰德，型號TDM3478，NMOS，耐壓30V，導阻5mΩ，采用PPAK-3*3-8封裝。

USB-C2口輸出VBUS開關管也是采用泰德TDM3478。

USB-C3口輸出VBUS開關管也是采用泰德TDM3478。

全部拆解一覽，來張全家福。

充電頭網(wǎng)拆解總結

最后附上貝爾金112W氮化鎵充電器的核心器件清單，方便大家查閱。

貝爾金112W氮化鎵充電器在外觀上延續(xù)了品牌一貫的簡約設計風格，采用再生塑料外殼，磨砂工藝處理，手感細膩且抗指紋。機身配備可折疊插腳，便于收納攜帶。輸出端配備3C1A四個接口，接口旁清晰標注功率分配信息，用戶體驗友好。

性能方面，三個USB-C口均支持100W快充，兼容PD3.0、PPS、QC5等主流協(xié)議，支持多口動態(tài)功率分配，最高總輸出112W，能夠同時為筆記本電腦、平板、手機等多種設備高效充電，滿足差旅及日常使用場景下的多樣化需求。

充電頭網(wǎng)通過拆解了解到，充電器內(nèi)部結構緊湊，PCBA模塊采用多塊小板焊接設計，提升空間利用率。散熱方面，內(nèi)部大量填充導熱膠、導熱墊，并覆蓋銅片與麥拉片進行散熱與絕緣處理，整體散熱設計扎實可靠。

核心方案上，充電器采用安森美NCP1623 PFC控制器搭配納微NV6136C氮化鎵功率芯片以及森國科碳化硅二極管，實現(xiàn)高效穩(wěn)定的PFC升壓。三個USB-C口的開關電源采用納微NV9580合封氮化鎵芯片，輸出采用智融SW3561H與SW3556降壓協(xié)議芯片，支持多種快充協(xié)議，并實現(xiàn)智能功率分配。