當(dāng)我還在煩惱著的時(shí)候,同事的桌面已經(jīng)變成這樣了:
一臺(tái)電源,一條線,簡(jiǎn)單,整潔,既能連電腦,又能充手機(jī),捷足先登的他已經(jīng)用上了這臺(tái)華為電源:
這是一臺(tái)使用 USB Type-C 接口、PD 協(xié)議的開(kāi)關(guān)電源,華為制造,型號(hào):HW-200325CP0;輸入:100-240VAC;輸出:5V2A/9V2A/12V2A/15V3A/20V3.25A,下圖是用 POWER-Z 測(cè)出的 PD3.0 支持清單:
用它為同事的電腦充電,測(cè)得的電壓為 19.619V,電流為 1.6665A,長(zhǎng)線傳輸帶來(lái)的影響清晰可見(jiàn):
我真希望自己的手機(jī)已經(jīng)用上了 Type-C 接口,可惜這還沒(méi)有變成現(xiàn)實(shí)。因?yàn)槲椰F(xiàn)在用的是iPhone 6S,要用這臺(tái)電源給它充電就要費(fèi)一點(diǎn)周折,但是利用 POWER-Z 的轉(zhuǎn)換也能實(shí)現(xiàn):
它支持什么快充協(xié)議呢?使用 POWER-Z 也能看出來(lái):
把我的電腦配用的電源和這臺(tái)電源放在一起比較,心里會(huì)有一點(diǎn)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(méi)有考慮那些線纜的部分,相比我的電源就太省心了。
防水設(shè)計(jì)也是這臺(tái)電源很貼心的地方,它的蓋板在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)與主殼體完全融合在一起,想分開(kāi)它們會(huì)很不容易,好在這事不用我來(lái)做,同事那里有拆開(kāi)了的樣機(jī):
完全連接的外圈經(jīng)過(guò)破拆便全是傷痕,而它原來(lái)的清純樣子卻可在下圖中看到:
機(jī)殼里的整個(gè)模組是用散熱銅皮包裹著的,銅皮會(huì)與外殼緊緊地貼合,好讓熱量順利外散。
生產(chǎn)中的模組都會(huì)被灌膠,但在灌膠之前是這個(gè)樣:
灌膠以后就模樣大變:
拆下散熱銅皮,它便***了:
這個(gè)過(guò)程讓膠體有了一些破損,但又有什么關(guān)系呢?現(xiàn)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(yīng)該是避免膠體從端口溢出去破壞機(jī)體的外觀。
完全包覆住主體的膠體對(duì)于發(fā)熱元件的散熱作用應(yīng)該是很好的,它能讓各處溫度趨于一致,并能快速通過(guò)外殼均勻地散發(fā)出去,對(duì)提高元件可靠性、延長(zhǎng)整機(jī)壽命作用巨大,還為提高整體抗摔能力加分不少。如果機(jī)體遇水,從 USB 口進(jìn)入的水分也根本沒(méi)有可以滲透的路徑,離開(kāi)水體以后只需稍加甩動(dòng),口部留存的水分即可徹底排出,此時(shí)如果立即加電使用,你也用不著擔(dān)心漏電、燒毀等問(wèn)題的發(fā)生。
如果沒(méi)有銅皮也沒(méi)有灌膠,原生態(tài)的主板便是這樣的:
左半部是高壓前端電路,保險(xiǎn)絲、防雷抗沖擊的壓敏電阻、小容量(470pF)的串聯(lián)雙Y電容(可規(guī)避單點(diǎn)失效帶來(lái)的危險(xiǎn);漏電流很低)、徹底阻斷開(kāi)關(guān)噪聲外泄路徑的兩級(jí)共模濾波,用料十分充足。
左側(cè)有條碼的金屬片是散熱用的,底部靠邊的開(kāi)關(guān)管用螺釘和螺母與之固定在一起,它的下部有兩個(gè)插腳經(jīng) PCB 導(dǎo)通孔插到了另一面并和主板焊接在一起,非常結(jié)實(shí)。
散熱片遮蓋著的是變壓器的主體部分,上方露出來(lái)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(lán)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(gè)定制品的模樣。
頂部有紅色標(biāo)識(shí)的兩只 680μF25V 輸出電容給我特別漂亮的感覺(jué),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(yuǎn)也沒(méi)有機(jī)會(huì)欣賞到。
從這個(gè)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(lái)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(lái)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(duì)散熱有利,當(dāng)然成本也會(huì)比較高。底部中間的兩顆大元件,左側(cè)的是二次側(cè)同步整流開(kāi)關(guān)管,它的旁邊是與之并聯(lián)的續(xù)流二極管,分別來(lái)自英飛凌和 Diodes。本來(lái)同步整流的效率就很高了,并聯(lián)二極管則可在同步開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通時(shí)起到續(xù)流作用,雖然成本提高了,但效率也相應(yīng)得到提高。下表所示的效率數(shù)據(jù)來(lái)源于同事的測(cè)試記錄,供有興趣的讀者參考:

要在一個(gè)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(jiàn)華為在設(shè)計(jì)、用料上是一點(diǎn)都不含糊的,一切都以性能最佳化為準(zhǔn)。拆解的最后還發(fā)現(xiàn)一個(gè)讓我意外的事情,這塊電源用的是四層板,我過(guò)去的經(jīng)歷中看到的用戶們都在努力減少 PCB 的層數(shù),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?yàn)椴幌肫茐南到y(tǒng)的完美,但為了看得更清楚,最后還是狠心下手開(kāi)始了更大的動(dòng)作。
主板上的重要部件都被拆下來(lái)了,放在左邊的是 MOSFET開(kāi) 關(guān)管及其散熱片,管子是大廠 ST 的杰作。
放在右側(cè)的是女兒板,USB 插座安裝在上面,另有幾個(gè)元件可實(shí)現(xiàn)輸出的控制和過(guò)壓保護(hù)功能。
平板變壓器放在下側(cè),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?yàn)槿笨诘拇嬖冢?2μF400V 電容的安裝就很順利了,而該電容的右側(cè)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(shè)的,但是這個(gè)細(xì)節(jié)真的不容易被注意到,要這么做必然也是來(lái)源于豐富的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防經(jīng)驗(yàn)。
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(kāi)關(guān)管之間形成一定的隔離作用,它在照相的時(shí)候已經(jīng)被我揭開(kāi)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(wèn)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(shí)要想動(dòng)搖其連接是非常困難的,這就讓用戶的使用安全和產(chǎn)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(dòng)的方式制造出來(lái)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(wèn)題方面有優(yōu)勢(shì),還不用擔(dān)心普通變壓器可能存在的絕緣破損等問(wèn)題,安全性上就有了保障。
從生產(chǎn)效率的角度來(lái)看,平板電壓器的做作過(guò)程非常簡(jiǎn)單,可以高速?gòu)?fù)制,不像普通變壓器那樣可能成為供應(yīng)鏈上的一個(gè)瓶頸,在滿足市場(chǎng)需求上就不會(huì)有壓力。從另一個(gè)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(fèi)一定不會(huì)少。
這臺(tái)電源的的控制部分是由 RT7786 和 RT7207 共同構(gòu)成的,可到現(xiàn)在也還沒(méi)有看到 RT7786 的身影,其實(shí)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?yàn)樗欢ㄐ湍z完全覆蓋了。
看不到 RT7786 的真容其實(shí)也沒(méi)有什么關(guān)系,工程師看原理圖會(huì)更有意義,下面便是它和 RT7207 一起構(gòu)成的原理圖,僅供參考,真實(shí)的實(shí)現(xiàn)總是需要加入更多的細(xì)節(jié)的,讀者有需要時(shí)請(qǐng)與我們的工程師聯(lián)絡(luò)。

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