广告

支持PD3.1快充需要何特殊设计?苹果140W和96W拆解对比

2022-04-21 充电头网 阅读:
苹果140W充电器是PD3.1充电器的开山之作,与2021年的MacBook Pro 16一起发售,通过28V5A的输出,能够在半小时为笔记本充入50%的电量。而96W则是2019年推出的产品,同样用于MacBook Pro笔记本的充电。

 d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

其中苹果140W充电器内部使用了氮化镓器件,使得输出功率增加的同时,体积增加并不明显。同时内部使用了高效率LLC开关电源配合降压电路调节输出电压,由ST单片机控制,并在内部使用了主动整流电路来提升效率。d00ednc

 d00ednc

充电头网已经分别对140W和96W两款充电器进行了拆解和测试,下面通过一篇对比文章,分别进行充电器内部设计及电气参数进行对比,帮助大家了解两款充电器的不同。d00ednc

 d00ednc

产品外观d00ednc

 d00ednc

包装d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W充电器和96W充电器包装盒都延续简洁风格设计,印有苹果logo、产品名称、输出功率以及外观图。d00ednc

 d00ednc

尺寸/功率密度d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

测得苹果140W充电器三维为96.13*75.17*28.68mm,进而算得其功率密度约为0.68W/cm³;测得苹果96W充电器三维为79.92*79.95*29.22mm,功率密度约为0.51W/cm³。d00ednc

 d00ednc

接口d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W充电器和96W充电器都配有单USB-C接口,都是采用独立模块设计。d00ednc

 d00ednc

铭牌d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W充电器和96W充电器都采用相同的可拆卸独立插脚模块设计,插脚折叠提升便携性,两侧加入双翼设计使用更稳定。同一面外壳上印有充电器名称、型号、警示语等信息,苹果140W充电器型号为A2452,苹果96W充电器型号为A2166。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

另一侧还印有充电器输入输出参数以及认证信息等。d00ednc

 d00ednc

苹果140W充电器参数:d00ednc

输入:100-240V~50/60HZ 2Ad00ednc

输出:5.2V3A、9V3A、15V5A、20.5V5A、28V5Ad00ednc

充电器已经通过了CE、PSE、EAC、UL、NOM、NYCE认证,以及VI级能效认证。d00ednc

 d00ednc

苹果96W充电器参数:d00ednc

输入:100V-240V~50/60Hz 1.5A Maxd00ednc

输出:20.5V4.7A、15V3A、9V3A、5.2V3Ad00ednc

制造商:伟创力电源(东莞)有限公司d00ednc

产品已经通过CCC、KC认证以及VI级能效认证。d00ednc

 d00ednc

重量d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W充电器净重约为277g,苹果96W充电器净重约为300g,苹果140W充电器功率、体积都有提升,重量反倒更轻了。d00ednc

 d00ednc

内部结构d00ednc

 d00ednc

正面布局d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W充电器采用PFC+降压+LLC的电路布局,相比96W PFC+ACF的设计多了一颗降压电感,将PFC输出电压降压调压,用于支持宽电压输出。d00ednc

 d00ednc

背面布局d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W由于增添了一级降压电路,正面增添了一个降压电感,背面增加了两颗开关管用于同步降压为LLC级供电,调节输出电压。d00ednc

 d00ednc

做工用料d00ednc

 d00ednc

PFC升压控制器d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W充电器使用NXP恩智浦 TEA19162T进行PFC升压,96W使用ST意法半导体 L6563S 增强型过渡模式PFC控制器升压。d00ednc

 d00ednc

初级控制器d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W氮化镓充电器内部使用一颗ST STM32G071KB M0内核MCU,内置128K Flash,36K RAM,主频64MHz,采用UFQFPN32封装,用于电源初级驱动控制,搭配对应的驱动器器,分别进行主动整流、降压驱动和LLC驱动控制。d00ednc

 d00ednc

苹果96W充电器内部使用一颗苹果定制芯片,丝印APSLCA01,用于ACF架构两个开关管控制。d00ednc

 d00ednc

同步整流控制器d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

两款充电器的同步整流控制器均来自安森美,为定制型号,苹果140W充电器同步整流控制器丝印TF9,96W充电器同步整流控制器丝印TET。d00ednc

 d00ednc

协议芯片d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

两款充电器的协议芯片均为英飞凌CYPD3135,属于CCG3系列。负责USB PD的通讯,这是一颗专为苹果定制的型号,也是业界首款支持USB PD3.1快充的协议芯片,内部还烧录了苹果充电器SN编码。d00ednc

 d00ednc

PFC升压开关管d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W使用的PFC升压开关管来自ST,型号36N60PF8N,使用两颗并联。96W充电器内部同样使用ST的升压开关管,型号2460PF8N。d00ednc

 d00ednc

初级开关管d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W氮化镓充电器为LLC架构,内部使用两颗纳微半导体的NV6015氮化镓功率芯片组成半桥,搭配安森美氮化镓驱动器使用。苹果96W则使用2460PF8N,与PFC升压开关管同型号。d00ednc

 d00ednc

同步整流管d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W氮化镓充电器采用两颗安森美NTMFS6H801NL用于LLC同步整流,耐压80V,导阻2.7mΩ。苹果96W充电器使用两颗英飞凌BSC093N15NS5并联同步整流。d00ednc

 d00ednc

电容d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果140W氮化镓充电器初级滤波电解电容采用红宝石CXW系列电解电容,450V 82μF。96W充电器使用尼吉康电解电容,82μF 450V。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

由于140W氮化镓充电器支持28V输出,输出固态电容使用35V耐压,使用一颗立隆680μF 35V电容进行输出滤波。96W使用两颗松下SEPF固态电容进行输出滤波,规格为330μF 25V。d00ednc

 d00ednc

产品性能d00ednc

协议d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

使用ChargerLAB POWER-Z KM002C测得苹果140W充电器支持PD3.1;使用KT002测得苹果96W充电器支持PD2.0快充协议。d00ednc

 d00ednc

PDOd00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

另外测得苹果140W充电器具备5V3A、9V3A、15V3A、20V5A、28V5A五组固定电压档位,以及15-28V 140W AVS档位;苹果140W充电器具备5V3A、9V3A、15V3A、20V4.7A四组固定电压档位。d00ednc

 d00ednc

兼容性d00ednc

 d00ednc

d00ednc

苹果140W充电器兼容性测试数据汇总,方便大家查看。d00ednc

d00ednc

 d00ednc

苹果96W PD充电器兼容性测试数据汇总,方便大家查看。d00ednc

 d00ednc

待机功耗d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

经过功率计测试,苹果140W充电器在220V 50Hz的空载功耗为0.162W,在110V 60Hz时的空载功耗为0.113W。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

测得苹果96W充电器在220V 50Hz的空载功耗为0.114W,在110V 60Hz时的空载功耗为0.092W。d00ednc

 d00ednc

转换效率d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

220V 50Hz下,将苹果140W充电器在各个电压档位的输出功率拉满进行测试:四个档位测得插线板AC端输入功率和USB端输出功率,通过计算,可得充电器的转换效率从87.41%到93.34%不等。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

110V 50Hz输入环境下,苹果140W充电器的转换效率从88.95%到93.48%不等。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

另外测得苹果96W充电器在220V 50Hz输入环境下,转换效率从88.28%到92.67%不等。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

110V 60Hz输入环境下,苹果96W充电器的转换效率从88.49%到91.09%不等。d00ednc

 d00ednc

温度d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

将苹果140W氮化镓充电器以20V4.7A 94W功率持续输出一小时,采集充电器表面温度,实验全程将充电器置于25°C恒温箱当中。94W输出一小时后,苹果140W氮化镓充电器正面最高温度为55.7℃。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

背面最高温度为56℃,看来按照140W输出的功率设计冗余,94W输出产生的热量根本不够看。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

220V50Hz的市电环境下,满载1小时后使用热成像仪拍摄苹果96W充电器两个侧面表面的最高温度为57.7℃。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

另外两侧的最高温度为58.5℃。d00ednc

 d00ednc

再看看 110V 60Hz 的市电环境下,充电器的温度表现。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

1小时后使用热成像仪拍摄充电器两侧表面的最高温度为59.6℃。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

另外两侧的最高温度为55.3℃。d00ednc

 d00ednc

纹波d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

对苹果140W充电器在220V 50Hz交流输入下的纹波测试,纹波测试分为空载(柱状图中Y轴电流为0A)和重载(柱状图中Y轴电流为非0A)两种,最高为184mVp-p充电器处于9V0A空载状态;最低为20mVp-p充电器处于5V2A输出。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

110V 60Hz下最高为中184mVp-p,充电器处于9V0A空载状态;最低为20mVp-p充电器处于5V2A输出。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

对苹果96W充电器在220V 50Hz交流输入下的纹波进行测试,充电器处于5V0A空载状态时纹波最高,为66mVp-p;充电器处于15V2A输出状态时纹波最低,为12mVp-p。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

这是使用充电器在110V 60Hz交流输入下的纹波测试,充电器处于5V0A空载状态时纹波最高,为52mVp-p;充电器处于15V2A输出状态时纹波最低,为14mVp-p。d00ednc

 d00ednc

全程充电测试d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

使用苹果140W充电器充MacBook Pro 16 2021全程的数据变化,整个过程大致分为5个阶段,于1小时49分充电结束,最高功率为28V 4.6A 129W。d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

这是使用苹果96W充电器充MacBook Pro 16 2021全程的数据变化,整个过程大致分为4个阶段,于2小时5分充电结束,最高功率为20.2V 4.56A 92.25W。d00ednc

 d00ednc

充电头网总结d00ednc

 d00ednc

d00ednc

 d00ednc

最后附上苹果这两款充电器表格,方便大家对比各款产品之间的区别。d00ednc

 d00ednc

通过苹果140W和96W两款充电器的对比,内置氮化镓开关管的140W充电器在体积上略有提升,但功率密度同步提升,并且重量也有所下降,相比96W充电器来说更加易于携带。d00ednc

 d00ednc

在充电器内部,苹果140W采用了主动整流+PFC+同步降压+LLC的电源架构,主动整流可以降低传统整流桥的损耗,降低发热。LLC固定变比的特性,苹果在PFC输出后加了一级同步降压,调节为LLC供电的电压,从而起到调节输出电压的作用。苹果140W充电器内部使用一颗ST的单片机,进行主动整流、降压以及LLC控制。d00ednc

 d00ednc

苹果96W充电器使用一颗定制的控制器用于ACF开关电源的控制,ACF架构能够将传统反激架构中消耗的能量储存起来并释放给副边,从而提高转换效率。在实际测试中,20V4.7A输出,140W充电器的转换效率,相比96W高了大约3%,这离不开氮化镓的加持。d00ednc

责编:Lefeng
文章来源及版权属于充电头网,EDN电子技术设计仅作转载分享,对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。如有疑问,请联系Demi.xia@aspencore.com
充电头网
数码设备充电技术及其周边配件(充电头、充电器、充电线材、移动电源及电芯、USB插排)评测、拆解。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
广告
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了