支持PD3.1快充需要何特殊设计？苹果140W和96W拆解对比

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前言

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。

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。

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。

产品外观

包装

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。

尺寸/功率密度

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。

接口

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。

铭牌

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。

另一侧还印有充电器输入输出参数以及认证信息等。

苹果140W充电器参数：

输入：100-240V~50/60HZ 2A

输出：5.2V3A、9V3A、15V5A、20.5V5A、28V5A

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

苹果96W充电器参数：

输入：100V-240V~50/60Hz 1.5A Max

输出：20.5V4.7A、15V3A、9V3A、5.2V3A

制造商：伟创力电源（东莞）有限公司

产品已经通过CCC、KC认证以及VI级能效认证。

重量

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。

内部结构

正面布局

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。

背面布局

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。

做工用料

PFC升压控制器

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。

初级控制器

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。

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。

同步整流控制器

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。

协议芯片

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。

PFC升压开关管

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。

初级开关管

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。

同步整流管

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。

电容

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。

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。

产品性能

协议

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。

PDO

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。

兼容性

苹果140W充电器兼容性测试数据汇总，方便大家查看。

苹果96W PD充电器兼容性测试数据汇总，方便大家查看。

待机功耗

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。

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。

转换效率

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。

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。

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。

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。

温度

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℃。

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。

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℃。

另外两侧的最高温度为58.5℃。

再看看 110V 60Hz 的市电环境下，充电器的温度表现。

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℃。

另外两侧的最高温度为55.3℃。

纹波

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。

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。

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。

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。

全程充电测试

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。

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。

充电头网总结

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。

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。

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。

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。