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首款100W氮化镓快充深度拆解!

充电头网编辑部 充电头网 2020-08-23
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充电头网氮化镓快充拆解专栏

---- 充电头网拆解报告 第1220篇 -----

此前HYPER JUICE在众筹平台Kickstarter上推出了全球首款100W氮化镓快充充电器,其配备折叠插脚,并具备2A2C四个接口,一个充电器就能将手机、平板、笔记本电脑等数码设备全部搞定,首次实现真正意义上了大功率小体积,性能强悍。


据了解,HYPER JUICE这款100W氮化镓快充还获得超过了220万美元的众筹金额(约合人民币1500万元),也是目前获得用户支持度最高的氮化镓充电器产品之一,对氮化镓以及100W PD快充的普及有着积极的推动作用。此前充电头网已经对这款产品进行了详细的评测,下面就继续对这款充电器进行拆解,看看其用料做工如何。


一、HYPER JUICE 100W氮化镓充电器外观


产品包装盒顶部带有挂钩,正面印有充电器外观图,以方便产品的展卖,此外包装盒正面还印有HYPER+JUICE品牌、2A2C标识和GaN充电器名称。


包装盒背面印有产品使用实际展示图以及产品功能描述。


包装盒这一面印有充电器的相关参数信息,充电器已通过了FCC认证和CE认证,最大输出100W,两个USB-C接口均可输出100W,USB-A接口最大输出18W。


打开包装盒,内部使用塑料盒支撑固定充电器进行保护,塑料盒两端开槽设计,方便用户用手将充电器取出,贴心设计。


包装内含充电器、三个可组装/拆卸插脚以及两个收纳袋,两个收纳袋分别用来装充电器和插脚。


三个插脚分别为欧规、澳规和英规。


插脚背面是凸出的固定组装插槽。


充电器本身还自带有一个可折叠美规插脚,配上前面的3种规格插脚,可以说携带这样一个充电器走遍海外无压力。


这款氮化镓充电器长而扁平,直观看上去更像一款移动电源。机身采用PC阻燃材质外壳,表面亮面烤漆处理,侧身弧面过渡,整体洁白光滑,机身上印有“HYPER JUICE”。


输入端外壳上标注产品的参数信息

型号:HJ-GAN100

输入:100-240V~50/60HZ 2.4A

输出:100W Max

USB-C1:100W PD3.0,5V/3A、9V/3A、12V/3A、20V/5A

USB-C2:100W PD3.0,5V/3A、9V/3A、12V/3A、20V/5A

USB-A1:18W QC3.0,5V/3A、9V/2A、12V/1.5A

USB-A2:18W QC3.0,5V/3A、9V/2A、12V/1.5A

虽为中国制造,但从FCC认证、CE认证和ETL认证以及充电器配备插脚来看,产品主要还是面向海外用户群体。


输出顶面配有2A2C四个输出接口,接口旁边都标有最大输出功率标识。


此外还有一个LED指示灯,通电时亮白光。


产品尺寸为85.3 x 60.8 x 28.9mm,和苹果96W充电器进行比较,不仅接口更多功率更大,这款充电器的体积优势也很明显。


充电器净重约为201g。


小编使用ChargerLAB POWER-Z KT001检测发现,两个USB-A接口的输出协议一样,显示都支持Apple 2.4A、Samsung 5V/2A和USB-DCP协议,以及QC2.0/3.0、AFC和FCP多个快充协议。


另外两个USB-C接口的输出协议也一样,均支持Apple 2.4A、Samsung 5V/2A和USB-DCP协议,以及QC2.0/3.0、AFC、FCP和SCP多个快充协议。四个输出接口的兼容性都很好。


除此之外,PDO报文显示两个USB-C接口都支持USB PD3.0快充标准,也都具备5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/5A五组固定电压档位。


实际充电测试,使用HYPER JUICE这款100W氮化镓充电器给100W移动电源充电,显示充电电压20V,电流5A,充电功率约为104W,测试表明该充电器支持100W充电。


二、HYPER JUICE 100W氮化镓充电器拆解


在对充电器的外观和性能进行简单介绍之后,接下就为大家分享产品详细拆解,看看这款产品的内部用料及电源架构是怎样的。


机身壳采用超声波焊接工艺进行封装,拆开后可以看到插脚和PCB板之间通过红黑导线焊接进行供电,插脚使用塑料板和螺丝进行封装固定。


插脚端一览,导线和金属弹片过孔焊接。


PCB板正面覆盖有金属散热片,并贴有导热垫和绝缘板,导热垫和绝缘板使用胶带粘贴在一起。


将散热片拆下,底下还有一块隔离板,用于绝缘。


PCB板背面同样配有金属散热片,散热片上贴有黑色石墨导热贴,加速热量散发。


散热片和PCB板之间有一块绝缘导热贴,导热贴上还有芯片挤压出来的痕迹。


PCB板背面一览。


充电头网通过观察发现,这款充电器HYPER JUICE这款100W 2A2C氮化镓快充采用时下主流的二次降压架构,首先由开关电源输出一个高于最高输出电压的固定的电压,然后由DC-DC电路进行二次降压,完成四个接口的输出。开关电源部分元器件基本被注胶覆盖,加强散热性能;二次降压电路设有两块小PCB板,其中一块主要用于焊接固定四个接口,另一块则是用于实现DC-DC降压功能。


PCB板输入端一览,得先清理掉硅胶才能观察输入端的元器件。


延时保险丝特写,规格为5A 250V。


共模电感特写,用于滤除EMI干扰。


另一颗共模电感外套有热缩管。


安规X电容特写,品牌为KNSCHA,来自东莞市科尼盛电子有限公司,0.33μF。


输入端整流桥特写,丝印Z4GP 40M 949。


PCB板侧面一览,整齐排列焊接三颗电解电容和一颗Y电容。往里还有一颗横置电解电容,上面贴有黑色保护垫。


三颗初级滤波电解电容来自上海永铭电子,规格均为400V 27μF,尺寸10*15mm,具有小体积的特点。永铭KCX系列铝电解电容是2019年推出快充电源专用产品,其工作温度范围在-55℃~105℃,3000小时寿命,并具备抗雷击、低漏电流(低待机功耗)、高纹波电流、高频低阻抗等性能优势。


充电头网了解到,凭借小体积的特点,永铭KCX系列电解电容还被京造65W 1A1C氮化镓快充充电器努比亚65W 2C1A氘锋氮化镓快充毕亚兹2C1A 65W氮化镓快充SlimQ 65W氮化镓USB PD快充爱否开物1A2C 65W PD氮化镓快充等产品采用,获得客户一致认可。


黑色电解电容和另外三颗电解电容之间置有隔离板,板子上粘贴绝缘胶带。


黑色电解电容的规格为400V 120μF,滤波电容共计201μF。


PWM主控芯片供电电容规格为50V 22μF。


主控芯片为ON安森美NCP1342,这是一颗高频初级PWM控制器,内置多重完善的保护功能。


安森美NCP1342 详细资料。


充电头网了解到,采用安森美NCP1342控制器的电源产品还有ROCK洛克65W 2C1A氮化镓快充充电器SlimQ 65W氮化镓USB PD快充充电器爱否开物1A2C 65W PD氮化镓充电器;同时,安森美的其他系列控制器还被苹果87W充电器苹果61W充电器苹果29W充电器iPhone 11 原装5W充电器小米65W USB-C电源适配器三星15W原装快充充电器数十款产品广泛采用


初级侧这颗氮化镓功率芯片来自纳微半导体,型号NV6117,这是整个产品的核心元器件。据了解,NV6117内置驱动器以及复杂的逻辑控制电路,耐压650V,120mΩ导阻,支持2MHz开关频率,采用5*6mm QFN封装,节省面积。


纳微半导体NV6117详细资料。采用这款芯片的还有小米GaN充电器Type-C 65WROxANNE 66W氮化镓USB PD双口快充充电器Anker PowerCore Fusion PD超极充等。


PCB板另一侧焊接有变压器和固态电容。


变压器特写,被绝缘胶带包裹的很严实,次级多层绝缘线。


亿光 EL1018光耦,横跨在初级和次级之间,用于初级次级通信,调节反馈输出电压。


输出抗干扰蓝色Y电容特写。


次级同步整流控制器采用安森美NCP4306,用于次级同步整流驱动。其可用于多种拓扑结构,如 DCM 或 CCM 反激、准谐振反激、正向和半桥谐振 LLC。


安森美NCP4306详细资料。充电头网了解到,采用安森美NCP4306的产品还有ROCK 65W 2C1A氮化镓快充充电器


万国半导体AOS的次级同步整流MOS管,型号AONS62922,NMOS,耐压120V,两颗并联。


AOS AON62922详细规格资料。


在二次降压电路前端,设有两颗25V 1000μF的固态电容,主要是对开关电源同步整流后的电路进行滤波。


USB-C1口采用智融的SW3516H作为降压控制器和协议识别。这是一款高集成度的多快充协议双口充电芯片,支持A+C口任意口快充输出,支持双口独立限流。其集成了 5A 高效率同步降压变换器,支持 PPS、PD、QC、AFC、FCP、SCP、PE、SFCP、低压直充等多种快充协议,CC/CV 模式,以及双口管理逻辑。外围只需少量的器件,即可组成完整的高性能多快充协议双口充电解决方案。可广泛应用于USB PD双口快充车充、USB PD双口快充充电器以及USB插排等产品。


通过充电头网拆解发现,SW3516还被努比亚65W 2C1A氮化镓充电器京东京造65W 1A1C氮化镓快充充电器洛克65W氮化镓快充充电器RAVPOWER 65W 1A1C氮化镓快充充电器毕亚兹65W 2C1A氮化镓充电器等多款产品采用,此外智融的快充芯片还可用于USB PD快充移动电源、快充充等领域


二次降压单路小板正面焊接有两颗磁环电感、一颗合金电感和两颗电解电容,左侧的磁环电感在拆解过程中已拆掉。其中两颗磁环电感分别用于USB-C1和USB-C2接口降压输出,合金电感用于USB-A接口降压输出,三路独立。


两颗输出滤波电解电容特写,规格一样均为25V 100μF,且都是科尼盛KNSCHA电容。


拆下这块板子,背面设有六颗MOS管,其中一个MOS在拆解时脱落。两两一组,一总是三组,配合三颗智融SW3516实现同步整流降压功能。


两颗尼克森的NMOS管,用于USB-C1接口的同步整流降压。


USB-C1接口的VBUS开关管,尼克森的NMOS。


USB-C1端口固态滤波电容来自南通江海,规格35V 100μF。


USB-C2口的降压控制和协议识别同样由一颗智融SW3516H芯片完成。


USB-C2接口的同步整流降压MOS管,同样采用尼克森的NMOS管。


USB-C2降压电感特写,双线并绕,外套热缩管保护绝缘。


USB-C2接口VBUS开关管同样采用尼克森的NMOS。


USB-C2接口输出滤波电容,规格35V 100μF,用于USB-C2端口输出滤波。


第三颗智融SW3516H芯片用于两个USB-A口的降压控制器和协议识别。


两个USB-A口同步整流降压MOS管同样来自尼克森。


15μH合金电感特写,用于两个USB-A接口降压。


尼克森的双NMOS管,用于两个USB-A接口的切换。


旁边还有一颗芯片,无丝印,信息不详。通过充电头网实测发现,USB-C1、USB-C2支持功率盲插功能,并性能完全一致,任意单一插入都能获得100W满载输出。可见这一功能,由图中这颗MCU对两个USB-C口进行了智能协调。


指示灯特写,外套热缩管进行支撑保护。


USB-A接口外壳和PCB板之间锡焊连接进行加固。


另一个A口母座特写。


母座所在小板背面一览,各焊脚过孔焊接。


全部拆解完毕,来张全家福。


充电头网拆解总结


作为100W氮化镓快充的开创者,我们一起来看看这款产品有哪些特别之处:


HYPER JUICE这款氮化镓充电器两个C口都支持最大100W输出,支持USB PD3.0快充协议,并兼容QC2.0/3.0、AFC、FCP等快充协议,两个USB-A接口同样支持QC2.0/3.0、AFC、FCP等主流快充,整体实用性强。通过合理的设计,将充电器的体积控制得当,提升产品的便携性;充电器自带美规插脚,可兼容国内市电标准,同时还附带有欧/澳/英三种可拆卸插脚,无论去到何地给何种设备充电,都可轻松应对。


充电头网通过拆解了解到,这款充电器主题采用开关电源+三路DC-DC二次降压的架构,开关电源部分的高压侧由安森美PWM控制器控制纳微的氮化镓功率芯片,低压侧选用安森美同步整流控制器搭配两颗万代的同步整流MOS管,然后经过固态电容滤波之后输出一个固定的电压值,经过咨询芯片原厂得知,该固定电压值在21.5V-22V之间,略高于最高输出电压,降低压差,提高输出降压转换效率。


三个DC-DC二次降压电路分别由一颗智融SW3516控制,集成同步降压控制器和协议识别,两个USB-C口各自独立的一路降压,两个USB-A口共用一路降压。每一路外置两颗同步降压MOS,最终实现三路独立、四口输出。


此外PCB板上元器件布局紧凑并大量注胶,稳定性高;板子正背面均配有导热垫、金属散热片和绝缘板来进行散热和保护,保证高功率密度下的散热性能。


目前充电头网拆解的这款HYPER JUICE 100W氮化镓快充主要面向北美市场销售,因此没有内置PFC电路;据官方工程师向充电头网透露,这款充电器将在近期通过CCC认证,在国内上市销售的版本将会标配PFC电路,敬请期待。


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