殼牌20W快充拆解：“石油大亨”跨界做充電器，用料如何？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）繼小米、蘋果爆出造車計(jì)劃以來(lái)，似乎我們對(duì)跨界經(jīng)營(yíng)這一現(xiàn)象已經(jīng)見怪不怪了。一邊是互聯(lián)網(wǎng)、科技巨頭忙著造車，而另一邊蔚來(lái)、特斯拉又忙著涉足手機(jī)市場(chǎng)，各行各業(yè)都掀起了一股跨界經(jīng)營(yíng)的浪潮。

這種跨界經(jīng)營(yíng)現(xiàn)象正在不斷發(fā)展，也有越來(lái)越多傳統(tǒng)行業(yè)開始涉足其他領(lǐng)域，就例如殼牌，很多人都知道它是一家能源企業(yè)，主要經(jīng)營(yíng)石油、天然氣、煤炭等業(yè)務(wù)，但讓人意想不到的是，這位石油“大佬”近幾年竟然跨界造起了手機(jī)快充，并向市場(chǎng)推出了一款20W A+C雙口充電器。

對(duì)于殼牌20W快充的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我相信大家一定充滿了好奇。在本文中，筆者將為大家拆解殼牌20W手機(jī)快充，揭秘其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，看看殼牌充電器隱藏了哪些黑科技。

外觀設(shè)計(jì)及基本參數(shù)

充電器外觀采用與殼牌logo類似的黃白配色，底部為可減小設(shè)備收納體積的可折疊插腳。相較于注重充電速度的大功率充電器而言，殼牌的這款充電器更注重產(chǎn)品的便攜性。



充電器型號(hào)為殼牌的TC-D045，是一款A(yù)+C雙口快充，支持100V～240V寬壓輸入，以及5V/3A、9V/2A、9V/2.2A、12V/1.5A、12V/1.67A等多功率輸出，其中C口最大輸出功率可達(dá)20W、A口18W，由東莞鋸?？萍即どa(chǎn)。



在充電協(xié)議方面，A口主要兼容QC 2.0、3.0和蘋果2.4A、三星AFC、華為FCP/SCP等主流手機(jī)廠商的專用協(xié)議。相較于A口，C口的充電協(xié)議與其基本相同，唯獨(dú)增加了PD 3.0。并且每種充電協(xié)議均支持多電壓輸出，可滿足不同設(shè)備的充電需求。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

充電器內(nèi)部由連接電源的插頭和充電器主機(jī)兩部分組成，它們二者之間通過(guò)兩顆經(jīng)過(guò)鍍錫處理的PCB引腳進(jìn)行連接。



電源插頭與主板連接處采用了類似插座的設(shè)計(jì)，電源插頭內(nèi)部含有兩個(gè)金屬夾子，當(dāng)插入PCB引腳時(shí)，夾子會(huì)緊固引腳，確保電源插頭與主板的電氣連通，使外部電源能夠順利地流入主板。這樣的連接設(shè)計(jì)不僅簡(jiǎn)化了產(chǎn)品的生產(chǎn)工序，降低裝配成本，還有利于提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。



為了實(shí)現(xiàn)充電器內(nèi)部空間利用率最大化和增強(qiáng)充電器的功率密度，該款充電器采用了T字形拼接式設(shè)計(jì)，將電源輸出小板與主板垂直拼接。

在手機(jī)充電器領(lǐng)域，除了T字形拼接之外，還有一種應(yīng)用得更為廣泛的U字形拼接設(shè)計(jì)。與T字形拼接相比，U字形拼接可以更充分利用有限的空間，實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。然而，這種設(shè)計(jì)可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備溫度升高，對(duì)電路性能產(chǎn)生負(fù)面影響。具體該如何選擇，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用、設(shè)計(jì)需求進(jìn)行判斷。

似手工焊接的PCB？

產(chǎn)品做工方面，殼牌的這款充電器為了能夠在有限空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最大限度的空間利用率，將立式插件和電源輸出小板都放置在了主板的正面，背面則用于貼片器件的放置。但僅僅只是一板之隔，主板正反兩面的做工卻出現(xiàn)了極大的反差。



主板正面器件排列錯(cuò)落有序，原、副邊電路間的器件還是用了塑料片、白膠進(jìn)行隔離加固，這種高標(biāo)準(zhǔn)的做法可以有效地保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性與電路安全。

然而，背面電路卻存在一些問題：器件擺放較為松散、不水平，芯片引腳連錫不夠精細(xì)。雖然這些問題并沒有影響充電器的最終效果，但是卻在美觀方面有所欠缺。相比主板正面器件密集、排列有序的形式，背面電路的處理顯得比較隨意，甚至?xí)o人一種，將手工焊接調(diào)試的開發(fā)測(cè)試板，直接量產(chǎn)的既視感。

電路及器件解析

通過(guò)觀察電路得知，此款充電器采用了經(jīng)典的QR開關(guān)電源架構(gòu)設(shè)計(jì)。主控芯片是來(lái)自晶豐明源的BP8706B PWM控制芯片。電路中，該芯片主要通過(guò)調(diào)整PWM信號(hào)的占空比控制開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)變壓器原邊輸入電壓的控制。



之所以在原邊電路中，沒有發(fā)現(xiàn)用于控制占空比的MOS管，是因?yàn)锽P8706B是一顆MOS管合封芯片，內(nèi)部自帶MOS管，可以承受650V高壓。該元件在滿載狀態(tài)下，開關(guān)頻率可達(dá)到65kHz。雖然這顆合封芯片可以使得整個(gè)系統(tǒng)更加緊湊，但65kHz的開關(guān)頻率不利于變壓的小型化。



次級(jí)側(cè)同步整流由杰華特的同步整流芯片JW77186B提供支持。這顆芯片能夠?qū)⒆儔浩鞔渭?jí)側(cè)輸出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，為后續(xù)的VBUS輸出提供了必要的直流電源。同時(shí)，該芯片也內(nèi)置了一顆MOS管，與晶豐明源的BP8706B PWM控制芯片類似。這種集成化的設(shè)計(jì)方案不僅有助于提高整個(gè)系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，還能有效地降低電路復(fù)雜度和成本。



協(xié)議控制芯片為云矽半導(dǎo)體的XPD738，從數(shù)據(jù)手冊(cè)了解到，該芯片支持USB Type-A和Type-C雙口工作模式，并兼容PD 3.0、QC 3.0、AFC、FCP、CHARGE TURBO等快充協(xié)議。

但需要注意的是，在雙口同時(shí)輸出的工作模式下，無(wú)論該芯片是應(yīng)用在20W還是50W的充電器上，只要使用了該協(xié)議芯片的快充充電器，都無(wú)法為受電設(shè)備提供快充效果，輸出電壓只有5V。換而言之，使用了該協(xié)議芯片的快充充電器，只有在單口獨(dú)立工作的狀態(tài)下才能實(shí)現(xiàn)快充。



在實(shí)際應(yīng)用中，協(xié)議控制芯片還會(huì)與位于初次級(jí)電路之間的光耦進(jìn)行通信反饋。其工作原理是：當(dāng)受電設(shè)備與充電器連接后，協(xié)議芯片就會(huì)與受電設(shè)備完成協(xié)議互認(rèn)，并所需的電壓信息進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后傳遞至光耦，再由光耦反饋給初級(jí)側(cè)的主控芯片，由主控芯片通過(guò)控制開關(guān)管的占空比來(lái)控制次級(jí)端輸出與充電協(xié)議相匹配的電壓。這也是為什么同一款充電器能夠根據(jù)不同設(shè)備，輸出不同功率的原因。



除了以上提到的三顆控制芯片之外，這款充電器還在交流電的輸入端，串聯(lián)了一顆耐壓值為250V的保險(xiǎn)電阻，用于保護(hù)電路，防止外部輸入電壓過(guò)高，對(duì)后級(jí)電路造成不可逆的損壞。同時(shí)，在初級(jí)側(cè)使用了兩顆容量為15μF的電解電容，對(duì)整流后的電壓進(jìn)行濾波處理，為后級(jí)電路提供穩(wěn)定平滑的電源。

此外，次級(jí)輸出端還使用了一顆自永銘電子的鋁制電解電容，對(duì)輸出電壓進(jìn)行進(jìn)一步的濾波處理，確保輸出電壓的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，這款充電器在初、次級(jí)側(cè)都采用了集成度較高的MOS管合封芯片，使得整體電路非常簡(jiǎn)潔，同時(shí)也為主板空出了很多可利用的空間。

但需要特別指出的是，初、次級(jí)電路兩側(cè)合封芯片內(nèi)置的MOS管都不是氮化鎵，因此它的開關(guān)頻率會(huì)比氮化鎵MOS管低，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器、充電器整體體積偏大，與相同功率的氮化鎵充電器相比失去了功率密度的優(yōu)勢(shì)。但盡管如此，與普通的硅充電器相比，殼牌的這款20W快充體積還算緊湊。除此之外，殼牌充電器想要獲得更多消費(fèi)者的認(rèn)可，電路板的做工還有待提升。