當我還在煩惱著的時候,同事的桌面已經變成這樣了:
一臺電源,一條線,簡單,整潔,既能連電腦,又能充手機,捷足先登的他已經用上了這臺華為電源:
這是一臺使用 USB Type-C 接口、PD 協議的開關電源,華為制造,型號:HW-200325CP0;輸入:100-240VAC;輸出:5V2A/9V2A/12V2A/15V3A/20V3.25A,下圖是用 POWER-Z 測出的 PD3.0 支持清單:
用它為同事的電腦充電,測得的電壓為 19.619V,電流為 1.6665A,長線傳輸帶來的影響清晰可見:
我真希望自己的手機已經用上了 Type-C 接口,可惜這還沒有變成現實。因為我現在用的是iPhone 6S,要用這臺電源給它充電就要費一點周折,但是利用 POWER-Z 的轉換也能實現:
它支持什么快充協議呢?使用 POWER-Z 也能看出來:
把我的電腦配用的電源和這臺電源放在一起比較,心里會有一點別扭,兩者差別太大了:
它們的體積之比為 2:3,最大輸出功率則同為 65W,這還沒有考慮那些線纜的部分,相比我的電源就太省心了。
防水設計也是這臺電源很貼心的地方,它的蓋板在生產過程中會與主殼體完全融合在一起,想分開它們會很不容易,好在這事不用我來做,同事那里有拆開了的樣機:
完全連接的外圈經過破拆便全是傷痕,而它原來的清純樣子卻可在下圖中看到:
機殼里的整個模組是用散熱銅皮包裹著的,銅皮會與外殼緊緊地貼合,好讓熱量順利外散。
生產中的模組都會被灌膠,但在灌膠之前是這個樣:
灌膠以后就模樣大變:
拆下散熱銅皮,它便***了:
這個過程讓膠體有了一些破損,但又有什么關系呢?現在 USB Type-C 端口外包覆著的一塊海綿狀膠墊可以被清晰地看到,其作用應該是避免膠體從端口溢出去破壞機體的外觀。
完全包覆住主體的膠體對于發熱元件的散熱作用應該是很好的,它能讓各處溫度趨于一致,并能快速通過外殼均勻地散發出去,對提高元件可靠性、延長整機壽命作用巨大,還為提高整體抗摔能力加分不少。如果機體遇水,從 USB 口進入的水分也根本沒有可以滲透的路徑,離開水體以后只需稍加甩動,口部留存的水分即可徹底排出,此時如果立即加電使用,你也用不著擔心漏電、燒毀等問題的發生。
如果沒有銅皮也沒有灌膠,原生態的主板便是這樣的:
左半部是高壓前端電路,保險絲、防雷抗沖擊的壓敏電阻、小容量(470pF)的串聯雙Y電容(可規避單點失效帶來的危險;漏電流很低)、徹底阻斷開關噪聲外泄路徑的兩級共模濾波,用料十分充足。
左側有條碼的金屬片是散熱用的,底部靠邊的開關管用螺釘和螺母與之固定在一起,它的下部有兩個插腳經 PCB 導通孔插到了另一面并和主板焊接在一起,非常結實。
散熱片遮蓋著的是變壓器的主體部分,上方露出來的 PCB 板提示這是一塊平板變壓器,它旁邊的骨架延伸到了藍色的 Y 電容和壓敏電阻之間,安裝 USB 接口的女兒板也受著它的支撐,完全是一個定制品的模樣。
頂部有紅色標識的兩只 680μF25V 輸出電容給我特別漂亮的感覺,可惜所有的美麗在灌膠以后就被秘藏了,最終的用戶恐怕永遠也沒有機會欣賞到。
從這個視角可以看到變壓器的底部是懸空的,塑膠骨架將磁心和平板線圈高高舉起,底部空出來的空間可以布置其他元器件,而 RT7207 就在那里,不把變壓器拆下來是不可能直接看到的。
這是主板的背面,左上角是兩片分立的整流橋,這樣做對散熱有利,當然成本也會比較高。底部中間的兩顆大元件,左側的是二次側同步整流開關管,它的旁邊是與之并聯的續流二極管,分別來自英飛凌和 Diodes。本來同步整流的效率就很高了,并聯二極管則可在同步開關不導通時起到續流作用,雖然成本提高了,但效率也相應得到提高。下表所示的效率數據來源于同事的測試記錄,供有興趣的讀者參考:
要在一個極小的空間里提供最大的輸出功率,高性能的元件、灌膠、銅皮散熱等措施都用上了,可見華為在設計、用料上是一點都不含糊的,一切都以性能最佳化為準。拆解的最后還發現一個讓我意外的事情,這塊電源用的是四層板,我過去的經歷中看到的用戶們都在努力減少 PCB 的層數,華為卻在這里反其道而行之,這讓我很驚訝。
依我的性格,到了這里便不想往下拆了,因為不想破壞系統的完美,但為了看得更清楚,最后還是狠心下手開始了更大的動作。
主板上的重要部件都被拆下來了,放在左邊的是 MOSFET開 關管及其散熱片,管子是大廠 ST 的杰作。
放在右側的是女兒板,USB 插座安裝在上面,另有幾個元件可實現輸出的控制和過壓保護功能。
平板變壓器放在下側,它左上角的缺口是最初提示我它完全屬于定制品的原因。因為缺口的存在,82μF400V 電容的安裝就很順利了,而該電容的右側引腳上還可以看到外套的膠套,顯然是為了避免可能的觸碰而設的,但是這個細節真的不容易被注意到,要這么做必然也是來源于豐富的風險預防經驗。
在主板上取下變壓器的地方露出了核心器件 RT7207 的尊容,由于極高的集成度,它的外圍元件并不是很多。
安裝好的變壓器上有一膠紙條,大概是要在平板線圈和開關管之間形成一定的隔離作用,它在照相的時候已經被我揭開了,這樣只是為了能看得更清楚些。
變壓器的骨架考慮到了女兒板的安裝問題,有專用的插槽供其插入,插入以后便極其牢靠,再加上與主板的連接,用戶在插拔 USB 電纜時要想動搖其連接是非常困難的,這就讓用戶的使用安全和產品壽命都得到了保障。
從電氣的角度而言,平板變壓器是以全自動的方式制造出來的,不同器件相互之間的一致性非常好,在解決電磁兼容性問題方面有優勢,還不用擔心普通變壓器可能存在的絕緣破損等問題,安全性上就有了保障。
從生產效率的角度來看,平板電壓器的做作過程非常簡單,可以高速復制,不像普通變壓器那樣可能成為供應鏈上的一個瓶頸,在滿足市場需求上就不會有壓力。從另一個角度看,特殊器件的定制在人力和成本的投入上通常都是很高的,華為人這么做,花費一定不會少。
這臺電源的的控制部分是由 RT7786 和 RT7207 共同構成的,可到現在也還沒有看到 RT7786 的身影,其實它就藏身在 82μF400V 高壓電容下面,我們可以從下圖的視角看到它所處的位置,但要看清還是不容易,因為它被定型膠完全覆蓋了。
看不到 RT7786 的真容其實也沒有什么關系,工程師看原理圖會更有意義,下面便是它和 RT7207 一起構成的原理圖,僅供參考,真實的實現總是需要加入更多的細節的,讀者有需要時請與我們的工程師聯絡。
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