硬核拆解 | 拓尔微65W 2C1A氮化镓多口快充
拓尔微电子
2023-06-25 08:10
随着身边智能设备的增多，一个充电头对应一个设备，出门需要携带多个充电器已经成为日常，有时还会忘带匹配的充电头，无法充电造成困扰......
多口快充的出现解决了这一难题，出门仅需携带一个充电头，减轻背包的负担，还可以满足多个设备同时快速充电的需求。
一款令人放心的多口快充必须具备安全性能好、可靠性高、兼容性强的特点，这对选择的芯片解决方案具有高要求。拓尔微电子自有品牌65W 2C1A氮化镓快充，内置协议芯片和降压转换器均为自家解决方案——IM2403、IM2406、TMI2286D，支持多种快速充电协议，兼容性强，可满足各类设备的充电需求，且具备多种保护功能。
拓尔微 65W 2C1A氮化镓快充充电器
这款拓尔微 65W 2C1A氮化镓快充充电器输入端外壳两侧加入双翼设计，提升稳定性；输出端配有2C1A三个USB接口，可满足多个设备同时充电的需求，配备可折叠国标插脚，放入包中不会刮花其它设备。
协议测试
使用POWER-Z KM002C测试仪测得USB-C1口支持FCP、SCP、AFC、QC3.0、PD3.0、PPS、Apple2.4A充电协议（如左图）；PDO报文USB-C1具备5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3.25A五组固定电压档位，及3.3-21V3A一组PPS电压档位（如右图）。
如左图，USB-C2口支持QC3.0、PD3.0、PPS、Apple2.4A充电协议，且C2口PDO报文与C1口相同。右图测出USB-A口支持FCP、SCP、AFC、QC3.0、Apple2.4A充电协议。
拆解拓尔微 65W氮化镓快充
下图为充电器PCBA模块正面，左上方是共模电感，安规X2电容；下方和变压器的左侧都是高压滤波电解电容；底部变压器采用胶带严密包裹绝缘；右侧是充电器的输出降压电路，其中两路降压电感外套热缩管绝缘，元器件之间打胶固定。
PCBA模块背面左上方焊接整流桥，右侧焊接反馈光耦、初级主控芯片和氮化镓开关管。左下方焊接两颗协议芯片和对应的VBUS开关管，右侧焊接同步整流管。
左图为安规X2电容规格为0.22μF。右图是整流桥丝印DBF410，规格为4A 1000V。
PCBA侧面可以看到高压滤波电容，两颗规格为400V 22μF（如左图）。另两颗高压滤波电容规格为400V 33μF，总容量为110μF（如右图）。
左图为初级主控芯片采用一颗SOT23-6极小封装的控制器。右图是用于为主控芯片供电的滤波电容规格为50V 4.7μF。
1019光耦用于输出电压反馈（如左图）。同步整流控制器为丝印91808（如右图）。
左图为同步整流管是一颗耐压100V的NMOS，导阻7.3mΩ，采用PDFN5*6封装。右图是充电器输出，分别焊接输出滤波电容规格为680μF 25V、USB-A母座、蓝色Y电容、USB-C母座和降压电感。
如下图，拓尔微 65W氮化镓快充内置的协议芯片采用拓尔微电子，型号IM2403。
IM2403是一颗支持A+C双口的快充协议芯片，A口C口无需ESD器件，且集成多种快充协议，兼容性强，已获得USB-IF PD3.0认证，TID：6809。
IM2403支持两路独立反馈，内部集成MCU和Flash，支持使用NMOS作为VBUS开关。同时内部采用智能功率分配，无需外置单片机，集成放电MOS管，支持可编程的线损补偿。
拓尔微IM2403支持使用外置电阻选择PDO，外置NTC热敏电阻进行过热保护，具备过压，欠压，过流和过热保护功能，适用于USB-C适配器，采用QFN4*4-32封装。
此外，内置的另一颗协议芯片同样来自拓尔微，IM2406是一颗单USB-C口的协议芯片，且集成多种快充协议，兼容性强，已获得USB-IF PD3.0认证，TID：6174。
拓尔微IM2406内部集成MCU和Flash，集成VCONN供电和E-Marker线缆检测，支持I2C接口，可与其他芯片通信。支持CC和数据引脚过电压保护，采用QFN4*4-16封装。
如下图，内置的降压转换器来自拓尔微型号TMI2286D，由协议芯片控制调节输出电压。TMI2286D是一颗耐压30V的同步降压转换器，内部集成软启动，支持100%占空比，具备过压，欠压，过流和过热保护功能。
拓尔微TMI2286D内置开关管，支持内部环路补偿和输出线损补偿。适用于车充、适配器、便携设备等应用，采用SOP8封装。
背面焊接一颗PMOS管，耐压30V，导阻16mΩ，用于输出扩流，另外一路也采用一颗PMOS管用于扩流，电路布局相同（如左图）。两路降压输出滤波电容，规格为220μF 25V（如右图）。
左图为输出VBUS开关管是一颗耐压30V的NMOS，导阻为6mΩ，采用PDFN3.3*3.3封装，另外两路VBUS开关管与之相同。右图是USB-C母座和USB-A母座都采用垂直焊接，过孔焊接固定。
拆解总结
拓尔微这款充电器具备2C1A三接口，满足多个设备同时充电的需求，内置的协议芯片和同步降压转换器均为自家的解决方案，实现了多口降压快充方案的设计。
这款充电器采用经典高频QR开关电源架构设计，输出采用拓尔微TMI2286D DC-DC二次降压转换器搭配IM2403和IM2406 PD快充协议芯片组成，实现智能功率分配。
目前，拓尔微电子已有多款电源管理芯片、单C和A+C等多款快充协议芯片已应用到大品牌产品中，性能和质量收获市场一致认可。未来拓尔微将持续提供全套解决方案及专业的技术支持服务，给客户更多优质选择。
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