拆解报告:L Lab爱兰博140W 2C1A氮化镓充电器

2024-06-03

自从苹果推出了支持USB PD3.1快充的笔记本以来,将100W的充电功率上限提升到140W,缩短了充电时间,为PD快充的大功率应用铺开了道路。目前已经有支持USB PD3.1的移动电源和充电器面世,为消费者带来更多选择。


 
L Lab爱兰博推出了一款内置氮化镓器件的USB PD3.1充电器,支持140W输出功率。充电器具备2C1A三个接口,两个C口支持盲插,输出功率为140W,双口同时输出时可作为两个65W充电器使用,更大功率更多从容。下面充电头网就带来这款电源的拆解,看看内部是如何设计的。

此前充电头网还拆解过爱兰博30W Super GaN快充充电器爱兰博10000mAh二合一60W氮化镓快充等产品,欢迎查阅。
 


爱兰博140W氮化镓快充外观


 

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充电器采用PC防火材质白色外壳,各面全部磨砂处理,可以有效抗指纹,机身通体白色显得十分简洁。
 

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

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机身一侧印有充电器参数
型号:PST-140UC2-LB
输入:AC110-240V~50/60Hz
单口输出:
USB-C1/C2:5-11V4.05A、5/9/12/15V3A、20V5A、28V5A(140W Max)
双口输出:
USB-C1/C2:5/9/12/15V3A、20V3.25A
三口输出:
USB-C1:5/9/12/15V3A、20V3.25A
USB-C2:5/9/12/15V3A、20V2.25A
USB-A:5V3A、9V2A、12V1.5A
总输出:140W Max
充电器已经通过了CCC、CE、FCC、ETL认证,以及VI级能效认证。
 

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充电器配备可折叠美规插脚,携带方便。
 

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输出端配备2C1A三个USB接口,均为黑色胶芯。
 

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测得充电器机身高度为63.91mm。
 

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宽度为79.48mm。
 

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厚度为31.8mm。
 

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和苹果140W充电器对比,整体体积小很多。
 

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拿在手上的大小直观感受。
 

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充电器净重约为263g。
 

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使用ChargerLAB POWER-Z KM002C测得USB-C1口支持FCP、SCP、AFC、QC3.0、PD3.1、PPS、QC4+、Apple 2.4A、Samsung 5V2A充电协议。
 

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并且具备5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V5A、28V5A六组固定电压档位,以及3.3-11V4.05A一组PPS电压档位。
 

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测得USB-C2口兼容协议和USB-C1口的一样。
 

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PDO报文也相同,两个C口单口输出性能相同,支持功率盲插使用方便。
 

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测得USB-A口支持FCP、AFC、QC3+、Apple2.4A充电协议。
 




爱兰博140W氮化镓快充拆解


 
看完了爱兰博140W氮化镓充电器的外观,体积以及输出协议后,下面就对充电器进行拆解。据悉,此产品具有多项独特的发明及实用新型专利电路,我们将通过拆解来一探究竟。
 

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沿折叠插脚侧拆开外壳,内部PCBA模块粘贴导热垫,并涂胶散热。
 

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抽出PCBA模块,模块被散热片包裹,均匀散热。
 

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散热片对应输入侧高压元件的位置粘贴胶带绝缘。
 

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模块背面固定散热片,散热片与PCB之间填充有导热垫,侧面粘贴的导热垫来自汉宇热能。
 

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使用游标卡尺测得PCBA模块长度约为58.74mm。
 

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宽度约为73.69mm。
 

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厚度约为26.55mm。
 

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拆下PCBA模块包裹的散热片,电路板与散热片之间的空隙全部采用浅绿色导热垫填充。
 

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另外一面粘贴灰色导热垫。其中初次级PCB之间采用麦拉片隔离绝缘,并打胶填充加固。
 

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充电器中PCBA模块采用多张PCB组合焊接,充分利用空间。其中上面一块PCB用于LLC电源转换,焊接控制器和LLC开关管。
 

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下面的PCB则焊接整流桥,PFC升压电路以及同步整流电路,并焊接降压小板用于USB-C接口输出。
 

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侧面小板焊接降压电感和输出滤波电容,由多块小板焊接组合而成,提高强度并契合外壳设计。
 

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充电器内部采用多块PCB焊接连接组成,在PCB围成的空间内部放置变压器,电容等元件,充分利用内部空间。
 
 

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将充电器PCBA模块全部拆分,通过对PCBA模块的观察发现,L Lab爱兰博这款氮化镓充电器采用PFC+LLC架构,固定输出电压,输出电压由协议芯片控制同步降压转换器调节输出。充电器内置MPS二合一控制器,PFC开关管与LLC开关管均来自英诺赛科,下面就从输入端开始了解整个充电器的设计与用料。
 

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跟此前拆解的L Lab爱兰博的其他产品,这款140W也是具备了爱兰博设计团队的特色。上图的输出板,完全通过模拟电路来搭建,实现了PFC+LLC联动调节, 20-28V任意电压线性直通。得益于这个独特的电路设计,在多口输出的同类型产品中,具有相当可观的系统效率优势。在100V输入,双口输出,老化条件下,此产品满载效率有2%的优势,达到93%。在单口满载老化条件下,表面温度比同类型产品低6-15°C。
 
据了解,这一电路已申请发明专利。
 

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充电器输入端一览,焊接保险丝,压敏电阻,安规X2电容,共模电感,整流桥和薄膜电容等器件。
 

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输入端保险丝来自贝特电子,出料号936,规格为5A 250V,用于输入过流保护。
 

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输入端压敏电阻特写,引脚外套热缩管绝缘。
 

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安规X2电容来自DGCX东莞成希,规格为0.33μF。
 

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共模电感采用磁环绕制,外套热缩管绝缘。
 

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充电器PCBA背面焊接两颗整流桥,整流桥为半桥连接,均摊发热。整流桥丝印R8M,为贴片焊接。
 

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两颗薄膜滤波电容规格为0.82μF 450V。
 

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滤波电感采用磁环绕制,外套热缩管绝缘。
 

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另一颗薄膜滤波电容规格为0.33μF 450V。
 

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这款电源的主控芯片采用MPS HR1211,是一颗多模式PFC和电流模式LLC二合一控制器,将传统芯片方案需要2-3颗芯片才能实现的功能集成在一颗芯片内部,PFC控制器支持CCM和DCM工作模式。
 
HR1211采用数字控制内核,支持高压启动和智能X电容放电,PFC级支持最高250KHz工作频率,LLC级内置600V半桥驱动器,内部集成自举二极管,工作频率高达500KHz,支持丰富的保护功能。
 

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PFC升压开关管来自英诺赛科,型号为INN650D150A,是一颗耐压650V的氮化镓高压单管,瞬态耐压750V,导阻150mΩ,采用DFN8*8封装。INN650D150A支持超高开关频率,无反向恢复电荷,具有极低的栅极电荷和输出电荷,符合JEDEC标准的工业应用要求,内置ESD保护,符合RoHS、无铅、欧盟REACH法规。
 

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INN650D150A支持AC-DC,DC-DC转换器应用,支持图腾柱PFC应用,支持电池快充,高功率密度和高能效转换应用。
 

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用于检测PFC开关管电流的取样电阻,丝印R050,为50mΩ。
 

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PFC升压电感采用胶带严密缠绕绝缘。
 

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PFC升压开关管来自亿源半导体,型号为CDM0D04065N6,是一颗耐压650V的碳化硅二极管,采用DFN5*6封装。
 

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高压滤波电解电容来自永铭,规格为15μF550V,四颗并联容量共60μF。
 

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LLC半桥的两颗氮化镓开关管采用英诺赛科INN650DA260A,这是一颗高性价比、耐压650V的氮化镓高压单管,瞬态耐压750V,得益于工艺改进,相比英诺赛科之前的氮化镓器件,性能有明显的提升,适用于65-120W的反激架构,120-200W的LLC架构。
 
INN650DA260A支持超高开关频率,无反向恢复电荷,具有极低的栅极电荷和输出电荷,符合JEDEC标准的工业应用要求,内置ESD保护,符合RoHS、无铅、欧盟REACH法规。
 

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充电头网拆解了解到,英诺赛科氮化镓功率开关管还有INN650DA02、INN650DA04等型号,并被SPRUCE 140W 3C1A无线充二合一充电座安述240W氮化镓+碳化硅适配器QCY 65W 2C1A氮化镓快充联想小新100W双C口氮化镓快充努比亚120W 2C1A三口氮化镓快充红魔手机6 Pro标配120W PD氮化镓快充REMAX 100W氮化镓充电器摩米士100W 2A2C氮化镓快充魅族65W氮化镓充电器等多款产品采用,芯片质量获得市场认可。
 

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LLC谐振电感特写。
 

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LLC谐振电容规格为0.015μF 630V,为CBB21金属化聚丙烯电容。
 

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LLC变压器特写,次级绕组采用多层绝缘线绕制。
 

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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TMY1102M。
 
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。
 

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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
 

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另一颗特锐祥贴片Y电容料号为TMY1471K。
 

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1007光耦用于输出电压反馈。
 

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输出同步整流芯片来自MPS,型号MP6924A,是一颗LLC同步整流控制器,MP6924A内部集成了两个同步整流控制器,分别用于LLC两个次级线圈输出的整流应用,适用于LLC转换器同步整流应用。可以节省一颗控制器,精简次级电路设计,并具有更强的抗干扰度和快速关断功能,可兼容CCM/DCM模式。同时支持4.2-35V宽范围工作电压,可以适用于USB PD3.1快充140W电源设计。
 

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同步整流管来自恒泰柯,型号HGN046NE6AL,是一颗耐压65V的NMOS,导阻为3.8mΩ,采用DFN5*6封装。使用两颗用于LLC同步整流。
 

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两颗输出滤波固态电容来自云星,规格为680μF 35V,两颗并联。
 

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USB-C降压小板正面焊接两颗磁环降压电感和三颗滤波电容。
 

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USB-C降压小板背面焊接协议芯片,同步降压转换器,VBUS开关管和电容等元件。
 

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协议芯片采用英集芯IP2738,三个接口输出均由其控制。IP2738是一颗双路协议芯片,支持双口18-140W快充应用,具备独立的反馈控制,具备独立的USB PD控制,相当于两颗IP2736整合到一颗芯片内部,快充规格与IP2736相同。支持USB PD3.1 28V EPR档位,并支持PD3.0/PPS等丰富全面的快充协议,兼容性非常好。
 

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英集芯IP2738内置四路独立的NMOS驱动,可用于多个接口输出控制,控制多个VBUS开关管进行输出端口切换以及两路电源并联控制,并且支持双路独立的过流、过压以及短路保护,确保使用安全。
 
充电头网了解到,英集芯的其它系列快充芯片已被小米、华为、三星等大品牌的产品使用,性能质量获得客户的高度认可
 
两个USB-C口降压电路完全相同,节省篇幅选取一路进行介绍。
 

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用于USB输出的降压芯片采用芯潭微NDP1460QB,是一颗38V输入电压,6A连续输出电流的同步降压转换器,内置14mΩ同步降压管,支持双路恒压恒流控制,内置补偿元件,采用散热增强的QFN5*5封装。
 

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降压电感采用磁环绕制,外套热缩管绝缘。
 

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输出滤波固态电容来自云星,规格为100μF 35V。
 

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输出VBUS开关管来自威兆半导体,型号VS4620GEMC,是一颗耐压40V的NMOS,导阻6.4mΩ,采用PDFN3333封装。
 

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威兆半导体 VS4620GEMC 详细资料。
 

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输出USB-C母座焊接在垂直小板上,母座为过孔焊接。
 

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USB-A口降压芯片采用英集芯IP6525S,是一颗集成同步开关的降压转换器,支持多种快充协议,支持车载充电器,快充适配器和排插应用。芯片内置功率管,支持32V电压输入,支持22.5W快充输出。
 

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英集芯 IP6525S 详细资料。
 

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输入滤波固态电容来自云星,规格为100μF 35V。
 

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降压电感外套热缩管绝缘。
 

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全部拆解一览,来张全家福。
 


充电头网拆解总结


 
L Lab爱兰博推出的这款USB PD3.1充电器独具特点,其标志性的模拟电路搭建设计,专利双电压双口直通电路在PD3.0, PD3.1高功率条件下,皆能实现高效率以及温度优势,且仅使用了通用器件,使其在市面上具备相当的竞争优势。充电器具备2C1A三个输出接口,其中两个USB-C口支持盲插,均可输出140W功率,并支持功率自动分配(65W+65W同时输出),满足两台笔记本同时充电使用。USB-A口支持快充,对传统老式手机的快充支持也不错。
 
充电头网通过拆解了解到,L Lab爱兰博这款充电器采用多块PCB组合焊接设计,一方面将发热元件分散布置,避免局部积热,另外一方面充分利用内部空间,减小大功率充电器的体积。充电器内部PCBA模块采用散热片包裹散热,内部使用导热垫填充,充分散热。
 
电源内部采用MPS HR1211二合一控制器进行PFC+LLC控制。其中PFC运行在CCM模式下,升压开关管采用英诺赛科INN650D150A,碳化硅二极管采用亿源CDM0D04065N6。LLC开关管采用英诺赛科INN650DA260A。同步整流使用MPS MP6924A搭配恒泰柯HGN046NE6AL。
 
输出降压部分采用英集芯IP2738搭配两颗芯潭微NDP1460QB组成,用于两路USB-C接口输出,USB-A接口采用英集芯IP6525S进行降压。电源初级滤波电容来自永铭,输出滤波电容来自云星。内部设计紧凑,做工扎实。