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拆解報告:L Lab愛蘭博140W 2C1A氮化鎵充電器

2023-11-06

自從蘋果推出了支持USB PD3.1快充的筆記本以來,將100W的充電功率上限提升到140W,縮短了充電時間,為PD快充的大功率應用鋪開了道路。目前已經有支持USB PD3.1的移動電源和充電器面世,為消費者帶來更多選擇。


 
L Lab愛蘭博推出了一款內置氮化鎵器件的USB PD3.1充電器,支持140W輸出功率。充電器具備2C1A三個接口,兩個C口支持盲插,輸出功率為140W,雙口同時輸出時可作為兩個65W充電器使用,更大功率更多從容。下面充電頭網就帶來這款電源的拆解,看看內部是如何設計的。

此前充電頭網還拆解過愛蘭博30W Super GaN快充充電器、愛蘭博10000mAh二合一60W氮化鎵快充等產品,歡迎查閱。
 


愛蘭博140W氮化鎵快充外觀


 

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充電器采用PC防火材質白色外殼,各面全部磨砂處理,可以有效抗指紋,機身通體白色顯得十分簡潔。
 

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機身正面印有140W PD3.0以及GaN USB-C PD Charger。
 

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機身一側印有充電器參數
型號:PST-140UC2-LB
輸入:AC110-240V~50/60Hz
單口輸出:
USB-C1/C2:5-11V4.05A、5/9/12/15V3A、20V5A、28V5A(140W Max)
雙口輸出:
USB-C1/C2:5/9/12/15V3A、20V3.25A
三口輸出:
USB-C1:5/9/12/15V3A、20V3.25A
USB-C2:5/9/12/15V3A、20V2.25A
USB-A:5V3A、9V2A、12V1.5A
總輸出:140W Max
充電器已經通過了CCC、CE、FCC、ETL認證,以及VI級能效認證。
 

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充電器配備可折疊美規插腳,攜帶方便。
 

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輸出端配備2C1A三個USB接口,均為黑色膠芯。
 

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測得充電器機身高度為63.91mm。
 

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寬度為79.48mm。
 

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厚度為31.8mm。
 

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和蘋果140W充電器對比,整體體積小很多。
 

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拿在手上的大小直觀感受。
 

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充電器凈重約為263g。
 

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使用ChargerLAB POWER-Z KM002C測得USB-C1口支持FCP、SCP、AFC、QC3.0、PD3.1、PPS、QC4+、Apple 2.4A、Samsung 5V2A充電協議。
 

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并且具備5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V5A、28V5A六組固定電壓檔位,以及3.3-11V4.05A一組PPS電壓檔位。
 

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測得USB-C2口兼容協議和USB-C1口的一樣。
 

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PDO報文也相同,兩個C口單口輸出性能相同,支持功率盲插使用方便。
 

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測得USB-A口支持FCP、AFC、QC3+、Apple2.4A充電協議。
 




愛蘭博140W氮化鎵快充拆解


 
看完了愛蘭博140W氮化鎵充電器的外觀,體積以及輸出協議后,下面就對充電器進行拆解。據悉,此產品具有多項獨特的發明及實用新型專利電路,我們將通過拆解來一探究竟。
 

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沿折疊插腳側拆開外殼,內部PCBA模塊粘貼導熱墊,并涂膠散熱。
 

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抽出PCBA模塊,模塊被散熱片包裹,均勻散熱。
 

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散熱片對應輸入側高壓元件的位置粘貼膠帶絕緣。
 

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模塊背面固定散熱片,散熱片與PCB之間填充有導熱墊,側面粘貼的導熱墊來自漢宇熱能。
 

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使用游標卡尺測得PCBA模塊長度約為58.74mm。
 

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寬度約為73.69mm。
 

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厚度約為26.55mm。
 

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拆下PCBA模塊包裹的散熱片,電路板與散熱片之間的空隙全部采用淺綠色導熱墊填充。
 

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另外一面粘貼灰色導熱墊。其中初次級PCB之間采用麥拉片隔離絕緣,并打膠填充加固。
 

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充電器中PCBA模塊采用多張PCB組合焊接,充分利用空間。其中上面一塊PCB用于LLC電源轉換,焊接控制器和LLC開關管。
 

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下面的PCB則焊接整流橋,PFC升壓電路以及同步整流電路,并焊接降壓小板用于USB-C接口輸出。
 

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側面小板焊接降壓電感和輸出濾波電容,由多塊小板焊接組合而成,提高強度并契合外殼設計。
 

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充電器內部采用多塊PCB焊接連接組成,在PCB圍成的空間內部放置變壓器,電容等元件,充分利用內部空間。
 
 

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將充電器PCBA模塊全部拆分,通過對PCBA模塊的觀察發現,L Lab愛蘭博這款氮化鎵充電器采用PFC+LLC架構,固定輸出電壓,輸出電壓由協議芯片控制同步降壓轉換器調節輸出。充電器內置MPS二合一控制器,PFC開關管與LLC開關管均來自英諾賽科,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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跟此前拆解的L Lab愛蘭博的其他產品,這款140W也是具備了愛蘭博設計團隊的特色。上圖的輸出板,完全通過模擬電路來搭建,實現了PFC+LLC聯動調節, 20-28V任意電壓線性直通。得益于這個獨特的電路設計,在多口輸出的同類型產品中,具有相當可觀的系統效率優勢。在100V輸入,雙口輸出,老化條件下,此產品滿載效率有2%的優勢,達到93%。在單口滿載老化條件下,表面溫度比同類型產品低6-15°C。
 
據了解,這一電路已申請發明專利。
 

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充電器輸入端一覽,焊接保險絲,壓敏電阻,安規X2電容,共模電感,整流橋和薄膜電容等器件。
 

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輸入端保險絲來自貝特電子,出料號936,規格為5A 250V,用于輸入過流保護。
 

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輸入端壓敏電阻特寫,引腳外套熱縮管絕緣。
 

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安規X2電容來自DGCX東莞成希,規格為0.33μF。
 

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共模電感采用磁環繞制,外套熱縮管絕緣。
 

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充電器PCBA背面焊接兩顆整流橋,整流橋為半橋連接,均攤發熱。整流橋絲印R8M,為貼片焊接。
 

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兩顆薄膜濾波電容規格為0.82μF 450V。
 

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濾波電感采用磁環繞制,外套熱縮管絕緣。
 

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另一顆薄膜濾波電容規格為0.33μF 450V。
 

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這款電源的主控芯片采用MPS HR1211,是一顆多模式PFC和電流模式LLC二合一控制器,將傳統芯片方案需要2-3顆芯片才能實現的功能集成在一顆芯片內部,PFC控制器支持CCM和DCM工作模式。
 
HR1211采用數字控制內核,支持高壓啟動和智能X電容放電,PFC級支持最高250KHz工作頻率,LLC級內置600V半橋驅動器,內部集成自舉二極管,工作頻率高達500KHz,支持豐富的保護功能。
 

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PFC升壓開關管來自英諾賽科,型號為INN650D150A,是一顆耐壓650V的氮化鎵高壓單管,瞬態耐壓750V,導阻150mΩ,采用DFN8*8封裝。INN650D150A支持超高開關頻率,無反向恢復電荷,具有極低的柵極電荷和輸出電荷,符合JEDEC標準的工業應用要求,內置ESD保護,符合RoHS、無鉛、歐盟REACH法規。
 

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INN650D150A支持AC-DC,DC-DC轉換器應用,支持圖騰柱PFC應用,支持電池快充,高功率密度和高能效轉換應用。
 

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用于檢測PFC開關管電流的取樣電阻,絲印R050,為50mΩ。
 

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PFC升壓電感采用膠帶嚴密纏繞絕緣。
 

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PFC升壓開關管來自億源半導體,型號為CDM0D04065N6,是一顆耐壓650V的碳化硅二極管,采用DFN5*6封裝。
 

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高壓濾波電解電容來自永銘,規格為15μF550V,四顆并聯容量共60μF。
 

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LLC半橋的兩顆氮化鎵開關管采用英諾賽科INN650DA260A,這是一顆高性價比、耐壓650V的氮化鎵高壓單管,瞬態耐壓750V,得益于工藝改進,相比英諾賽科之前的氮化鎵器件,性能有明顯的提升,適用于65-120W的反激架構,120-200W的LLC架構。
 
INN650DA260A支持超高開關頻率,無反向恢復電荷,具有極低的柵極電荷和輸出電荷,符合JEDEC標準的工業應用要求,內置ESD保護,符合RoHS、無鉛、歐盟REACH法規。
 

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充電頭網拆解了解到,英諾賽科氮化鎵功率開關管還有INN650DA02、INN650DA04等型號,并被SPRUCE 140W 3C1A無線充二合一充電座、安述240W氮化鎵+碳化硅適配器、QCY 65W 2C1A氮化鎵快充、聯想小新100W雙C口氮化鎵快充、努比亞120W 2C1A三口氮化鎵快充、紅魔手機6 Pro標配120W PD氮化鎵快充、REMAX 100W氮化鎵充電器、摩米士100W 2A2C氮化鎵快充、魅族65W氮化鎵充電器等多款產品采用,芯片質量獲得市場認可。
 

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LLC諧振電感特寫。
 

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LLC諧振電容規格為0.015μF 630V,為CBB21金屬化聚丙烯電容。
 

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LLC變壓器特寫,次級繞組采用多層絕緣線繞制。
 

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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TMY1102M。
 
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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另一顆特銳祥貼片Y電容料號為TMY1471K。
 

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1007光耦用于輸出電壓反饋。
 

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輸出同步整流芯片來自MPS,型號MP6924A,是一顆LLC同步整流控制器,MP6924A內部集成了兩個同步整流控制器,分別用于LLC兩個次級線圈輸出的整流應用,適用于LLC轉換器同步整流應用??梢怨澥∫活w控制器,精簡次級電路設計,并具有更強的抗干擾度和快速關斷功能,可兼容CCM/DCM模式。同時支持4.2-35V寬范圍工作電壓,可以適用于USB PD3.1快充140W電源設計。
 

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同步整流管來自恒泰柯,型號HGN046NE6AL,是一顆耐壓65V的NMOS,導阻為3.8mΩ,采用DFN5*6封裝。使用兩顆用于LLC同步整流。
 

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兩顆輸出濾波固態電容來自云星,規格為680μF 35V,兩顆并聯。
 

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USB-C降壓小板正面焊接兩顆磁環降壓電感和三顆濾波電容。
 

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USB-C降壓小板背面焊接協議芯片,同步降壓轉換器,VBUS開關管和電容等元件。
 

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協議芯片采用英集芯IP2738,三個接口輸出均由其控制。IP2738是一顆雙路協議芯片,支持雙口18-140W快充應用,具備獨立的反饋控制,具備獨立的USB PD控制,相當于兩顆IP2736整合到一顆芯片內部,快充規格與IP2736相同。支持USB PD3.1 28V EPR檔位,并支持PD3.0/PPS等豐富全面的快充協議,兼容性非常好。
 

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英集芯IP2738內置四路獨立的NMOS驅動,可用于多個接口輸出控制,控制多個VBUS開關管進行輸出端口切換以及兩路電源并聯控制,并且支持雙路獨立的過流、過壓以及短路保護,確保使用安全。
 
充電頭網了解到,英集芯的其它系列快充芯片已被小米、華為、三星等大品牌的產品使用,性能質量獲得客戶的高度認可。
 
兩個USB-C口降壓電路完全相同,節省篇幅選取一路進行介紹。
 

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用于USB輸出的降壓芯片采用芯潭微NDP1460QB,是一顆38V輸入電壓,6A連續輸出電流的同步降壓轉換器,內置14mΩ同步降壓管,支持雙路恒壓恒流控制,內置補償元件,采用散熱增強的QFN5*5封裝。
 

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降壓電感采用磁環繞制,外套熱縮管絕緣。
 

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輸出濾波固態電容來自云星,規格為100μF 35V。
 

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輸出VBUS開關管來自威兆半導體,型號VS4620GEMC,是一顆耐壓40V的NMOS,導阻6.4mΩ,采用PDFN3333封裝。
 

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威兆半導體 VS4620GEMC 詳細資料。
 

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輸出USB-C母座焊接在垂直小板上,母座為過孔焊接。
 

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USB-A口降壓芯片采用英集芯IP6525S,是一顆集成同步開關的降壓轉換器,支持多種快充協議,支持車載充電器,快充適配器和排插應用。芯片內置功率管,支持32V電壓輸入,支持22.5W快充輸出。
 

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英集芯 IP6525S 詳細資料。
 

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輸入濾波固態電容來自云星,規格為100μF 35V。
 

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降壓電感外套熱縮管絕緣。
 

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全部拆解一覽,來張全家福。
 


充電頭網拆解總結


 
L Lab愛蘭博推出的這款USB PD3.1充電器獨具特點,其標志性的模擬電路搭建設計,專利雙電壓雙口直通電路在PD3.0, PD3.1高功率條件下,皆能實現高效率以及溫度優勢,且僅使用了通用器件,使其在市面上具備相當的競爭優勢。充電器具備2C1A三個輸出接口,其中兩個USB-C口支持盲插,均可輸出140W功率,并支持功率自動分配(65W+65W同時輸出),滿足兩臺筆記本同時充電使用。USB-A口支持快充,對傳統老式手機的快充支持也不錯。
 
充電頭網通過拆解了解到,L Lab愛蘭博這款充電器采用多塊PCB組合焊接設計,一方面將發熱元件分散布置,避免局部積熱,另外一方面充分利用內部空間,減小大功率充電器的體積。充電器內部PCBA模塊采用散熱片包裹散熱,內部使用導熱墊填充,充分散熱。
 
電源內部采用MPS HR1211二合一控制器進行PFC+LLC控制。其中PFC運行在CCM模式下,升壓開關管采用英諾賽科INN650D150A,碳化硅二極管采用億源CDM0D04065N6。LLC開關管采用英諾賽科INN650DA260A。同步整流使用MPS MP6924A搭配恒泰柯HGN046NE6AL。
 
輸出降壓部分采用英集芯IP2738搭配兩顆芯潭微NDP1460QB組成,用于兩路USB-C接口輸出,USB-A接口采用英集芯IP6525S進行降壓。電源初級濾波電容來自永銘,輸出濾波電容來自云星。內部設計緊湊,做工扎實。



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