100W PD快充充电器如何设计？看完这10款拆解秒懂
100W PD快充充电器如何设计？这个问题应该困扰了很多电源工程师。安规认证、芯片选型、电路布局、产品体积、散热等等，每一个环节都至关重要。
为了给广大工程师提供参考，充电头网将往期拆解的100W PD快充充电器进行了整理汇总，其中包括苹果87W PD快充、苹果96W PD快充、ANKER 100W PD快充、戴尔90W PD快充、HYPER JUICE 100W PD快充、鸿达顺100W PD快充、小米90W PD快充、Nekteck 90W PD快充、斯泰克100W PD快充、美富达100W PD快充，共计10款产品。
一、100W PD快充充电器三种常见架构
从输出架构来看，充电头网了解到目前市面上常见的100W PD快充充电器一般可分为以下三种：
第一种为开关电源+协议芯片直接输出，常见于大功率单口快充充电器，比如苹果96W快充、苹果87W快充、小米90W快充等。
第二种是内置了两套开关电源以及两颗协议芯片，每一路最大输出50W，相当于将两个50W充电器合二为一，并配备两个输出接口。然后通过两颗协议芯片的控制，实现两路开关电源的智能输出。在单口工作时，两路开关电源合并成一路输出；在两个接口同时工作时，两路开关电源分开，实现双口独立输出。
第三种为开关电源+多路DC-DC+多路协议输出，这种架构常见于大功率多口快充充电器中。首先通过开关电源输出固定电压值；然后分为多路DC-DC降压，搭配各路协议芯片，最终实现多路独立输出。
同时，考虑到安规认证以及电力的有效利用，100W快充充电器中通常有带PFC电路和不带PFC电路两种版本。面向国内市场的产品通常都强制要求增加PFC电路，部分面向海外市场的产品则不带PFC电路。
二、100W快充充电器市场分析
2019年11月，苹果发布了最新的MacBook Pro 16寸笔记本电脑，并且为这款产品配备了一枚强悍的96W USB-C大功率电源适配器。
苹果MacBook Pro巨大的销量以及最新MacBook Pro 16寸支持高达96W的USB PD快充技术，给第三方配件厂商带来了无限的发展空间，成为百瓦行业推动者。国内很多充电器厂商都看到了这一市场需求，纷纷开辟全新快充产品线，力推大功率USB PD快充在笔记本电脑市场的发展、普及。
在今年1月份举办的CES2020上，充电头网从现场了解到，有23款100W快充新品亮相，较上一年增增幅高达500%。行业分析师预测，2020年将成为100W PD快充产品数量迅速增长的一年，随着笔记本电脑充电功率的提升，市售的100W快充充电器、100W快充移动电源等配件产品成倍增加。
同时，2020年氮化镓技术趋于成熟，并在大功率快充充电器市场中的崭露头角。氮化镓技术与100W快充的结合，完美的实现了大功率与小体积的兼顾，给用户带来了前所未有的便携体验，得到了用户的一致好评。100W PD快充充电器市场由此也进入了发展的黄金时期。
三、100W PD快充充电器案例拆解
开关电源+协议芯片架构
主控芯片：NXP恩智浦TEA18351
次级芯片：ON Semi安森美NCP4304A
协议芯片：CYPRESS赛普拉斯CYPD2134
编辑点评：苹果87W USB PD快充充电器是苹果早期推出的一款大功率快充配件，其标称参数为5V/2.4A、9V/3A、20V/4.3A，实测最大输出参数为4.84/V3.5A、8.78V/3.6A、20.13V/5.2A，最大输出功率可达106W，对iPhone、iPad、MacBook等设备均可实现快充输出。
充电头网通过拆解了解到，苹果87W PD快充充电器内置了PFC升压电路，同时采用了高价的Kemet钽聚合物电容来压制输出纹波，使得输出更加稳定。开关电源部分，采用NXP恩智浦定制TEA18531作为PFC控制器和PWM主控芯片，安森美NCP4304A作为同步整流控制器。协议芯片则选用老牌厂商赛普拉斯CYPD2134，保证兼容性。
此外，为了保证良好的散热性能，这款充电器内部使用了大量的散热铜片和散热硅胶，并在整块PCBA模块外围还包裹了一层铜箔用于均热。整个充电器的用料和做工都称得上是业界标杆。
主控芯片：丝印APSLCAOL，定制型号
次级芯片：定制型号
协议芯片：CYPRESS赛普拉斯CYPD3135
编辑点评：这款苹果原装96W USB PD快充充电器A2166充电器延续了苹果充电器的典型外观设计，USB-C接口改为塑料外壳可以减少数据线插头的磨损，此外插脚同样可折叠并且规格可以随意更换，非常灵活。虽然说是为新款MacBook Pro标配的电源适配器，在MacBook Pro上可发挥其最佳的充电效果，但是USB-C接口具备良好的兼容性以及5.2V/3A、9V/3A、15V/3A和20.5V/4.7A四组固定电压档位，也可以给其他电子产品进行快充充电。
充电头网通过拆解发现，这款原装充电器延续了产品线的高品质，内部用料讲究，做工精湛。产品内部采用了红宝石、尼吉康和松下等世界一流名厂的高质量电容，可靠性高、寿命长；电容、变压器等元件错落放置，空间利用率很高，内部主要芯片元件也都采用国际一线产品；同时在输入端设有两级共模电感，有效避免干扰。
此外内部大量注胶以及使用金属散热片，不仅使元器件变得非常牢固而且散热性能也非常好，不用担心充电器在给MacBook Pro进行96W快速充电时的发热问题。总的来说效率及可靠性都非常高。
主控芯片：安森美NCP1937
次级芯片：定制型号
协议芯片：信息不详
编辑点评：作为一款笔记本电脑标配电源，戴尔90W USB PD快充充电器与传统接口的笔记本电脑电源相似，体积优势并不大。整体机身呈扁平长条状，输入端为三角梅花插脚，可拆式设计，输出端自带一条USB-C线缆，支持5V/3A、9V/3A、15V/3A、20V/4.5A四组电压输出，不仅可用于笔记本电脑充电，还可用于Type-C手机、移动电源、游戏机等小功率产品充电。
充电头网通过拆解了解到，戴尔这款充电器内部采用了安森美的控制芯片NCP1937，该芯片集成了功率因数校正（PFC）和准谐振反激功能，让充电器电路的设计更加紧凑和高效。同时，这款充电器的内部元器件之间采用了大量的注胶处理，主要功率器件使用了金属散热片，并在PCBA外围增加金属均热板，避免长时间大功率输出，导致局部过热。
主控芯片：NXP恩智浦19363LT
次级芯片：NXP恩智浦TEA1993TS
协议芯片：Weltrend伟诠WT6615F
编辑点评：小米90W PD充电器在外观方面保持家族ID设计，白色的亮面外壳，方正中透露出一丝圆润的体型，重量方面保持了以往的水准，与同量级的苹果87W充电器相比，更加轻便。作为市面上为数不多的超大功率PD充电器，在实际测试中这款小米充电器表现的也很不错，支持5V、9V、12V、15V、20V五个PD档位输出，最大功率90W，通吃手机、平板、笔记本电脑，在功率上几乎没有它不能满足的PD设备。
通过充电头网的拆解发现，这款充电器在输入端增加了PFC功率因数校正电路，电源部分均采用全套NXP恩智浦的控制器，协议部分则选用伟诠WT6615F作为USB-C PD控制器，兼容QC3.0、QC2.0快充协议，内部采用一线大厂开关管和电容器。
这款产品除了用料很扎实之外，在做工方面也非常用心，元器件布局有序，并使用大量硅胶固定及导热；PCB模块两面使用大面积铜片均匀散热，避免长时间大功率工作时，局部过热，提升用户的使用体验。
主控芯片：NXP恩智浦的TEA1755T
次级芯片：NXP恩智浦TEA1993TS
协议芯片：丝印HK2012PD，定制芯片
编辑点评：Nekteck 90W USB PD充电器支持5V、9V、12V、15V、20V五个电压输出，并且充电器整机通过协会认证，兼容性有保证，基本上可以适用于市面上99%的基于USB PD协议的充电的笔记本电脑快充，应用广泛。
充电头网通过拆解了解到，Nekteck 90W USB PD充电器内部工整，保护抗干扰措施到位，内部采用NXP全套电源方案，支持主动式功率因数校正，可提高功率因数和提高转换效率；次级同步整流进一步提高效率，输出侧采用专用协议IC，负责协议和多种保护功能。产品除了用料讲究之外，还采用了大量了注胶和导热片辅助散热，非常良心的做工。
双路开关电源+双路协议芯片架构
主控芯片：PI INN3379C
次级芯片：PI INN3379C内置
协议芯片：INJOINIC英集芯IP2712
编辑点评：外观方面，斯泰克100W双USB-C口氮化镓快充充电器体积小巧，虽然具备100W的输出能力，但体积仅与苹果61W相当，并且配备折叠插脚，携带方便。性能方面，这款充电器支持USB PD3.0、QC3.0、QC2.0、Apple2.4A等协议，并且在PD协议下支持任意单口100W输出，双口同时输出为45W，即能满足苹果最新的16英寸MacBook Pro全速充电，也可同时给两台笔记本电脑充电，非常智能、便捷。
充电头网拆解发现，这款充电器采用了一种全新的架构来实现100W快充。不同于常见的一组主电路加上DC-DC线路，此设计内置了两套完全一样的快充电路，开关电源部分由两颗PI高集成PowiGaN控制器INN3379C实现并联两路转换，输出则采用了两颗英集芯IP2726协议芯片实现两路电源并联单口输出100W，双口独立输出各45W的智能调节控制。这种全新的架构实现了无需DC-DC二级转换，而达到双口盲插100W的大功率设计。
得益于两颗PI PowiGaN氮化镓芯片的采用，无论是单口输出还是双口输出，每颗芯片只需分担最大50W的功率，所以无需额外增加功率因数校正电路；加之氮化镓芯片带来的高效率和低发热，以及单级转换无需DC-DC， 为充电器实现小体积和高功率密度提供了可能。
即使采用了两颗氮化镓主控芯片，这款充电器内部还是采用了铜片全包裹的设计，让发热元器件的热量能够均匀扩散，避免长时间大功率工作时内部过热。
开关电源+多路DC-DC+多路协议架构
1、Anker PowerPort Atom PD 4 100W充电器
主控芯片：NXP恩智浦TEA19161T
次级芯片：NXP恩智浦TEA1995
协议芯片：CYPRESS赛普拉斯CYPD4225
编辑点评：Anker PowerPort Atom PD 4 100W充电器设计简洁，外观圆润，手感上乘。作为桌面充电器，其重量、体积与输出功率性能比较均衡。配备的4个USB接口涵盖了USB-A与USB-C这两种市面上使用率最广的接口，可以满足大部分设备的充电需求。
充电头网通过拆解了解到，其内部采用了恩智浦的GreenChip电源解决方案TEA19161+TEA1995平台，具有低静态损耗，低电压波纹、高瞬态响应、高效率等优点。全系采用了英飞凌功率MOS，中元电容等高品质元件，全方位的输出限流保护措施扎实到位，散热周到，做工严谨。
充电器内部采用二次降压方案，两个USB-A接口共用一个降压模块，两个USB-C接口各配备一个降压模块，三个DC-DC降压模块均采用了南芯SC8001同步降压控制器。协议方面，两个USB-C口分别采用赛普拉斯双端口USB Type-C供电(PD)控制器EZ-PD CCG4；两个USB-A口则分别由赛微CW3002G实现5V/2.4A协议。
由此一来，这款充电既可满足笔记本电脑、移动电源等大功率设备的正常充电，又解决了iPhone、iPad等中小功率设备以及多设备充电需求，并可获得理想的充电效率。
2、HYPER JUICE 100W 2A2C氮化镓快充充电器
主控芯片：ON Semi安森美NCP1342
次级芯片：ON Semi安森美NCP4306
协议芯片：iSmartware智融SW3516
编辑点评：HYPER JUICE这款氮化镓充电器两个C口都支持最大100W输出，支持USB PD3.0快充协议，并兼容QC2.0/3.0、AFC、FCP等快充协议，两个USB-A接口同样支持QC2.0/3.0、AFC、FCP等主流快充，整体实用性强。通过合理的设计，将充电器的体积控制得当，提升产品的便携性；充电器自带美规插脚，可兼容国内市电标准，同时还附带有欧/澳/英三种可拆卸插脚，无论去到何地给何种设备充电，都可轻松应对。
充电头网通过拆解了解到，这款充电器主题采用开关电源+三路DC-DC二次降压的架构，开关电源部分的高压侧由安森美PWM控制器控制纳微的氮化镓功率芯片，低压侧选用安森美同步整流控制器搭配两颗万代的同步整流MOS管，然后经过固态电容滤波之后输出一个固定的电压值，经过咨询芯片原厂得知，该固定电压值在21.5V-22V之间，略高于最高输出电压，降低压差，提高输出降压转换效率。
三个DC-DC二次降压电路分别由一颗智融SW3516控制，集成同步降压控制器和协议识别，两个USB-C口各自独立的一路降压，两个USB-A口共用一路降压。每一路外置两颗同步降压MOS，最终实现三路独立、四口输出。
此外PCB板上元器件布局紧凑并大量注胶，稳定性高；板子正背面均配有导热垫、金属散热片和绝缘板来进行散热和保护，保证高功率密度下的散热性能。
主控芯片：NXP恩智浦TEA1755T
次级芯片：MPS MP6907
协议芯片：iSmartware智融SW3516
编辑点评：鸿达顺100W USB PD快充充电器采用扁平的外观设计，机身较为圆润。作为一款主打居家桌面使用场景的产品，其配备两个100W输出的USB-C接口以及三个支持18W快充输出的USB-A接口，以便满足多台设备同时充电器的需求。
充电头网通过拆解了解到，鸿达顺100W 2C3A五口快充充电器内置PFC电路，整体电路采用开关电源和四路DC-DC架构，其中开关电源部分，初级侧采用恩智浦TEA1755T控制AFPC升压及初级开关，次级侧由MPS同步整流芯片控制华羿MOS同步整流，开关电源固定电压输出。
四路DC-DC二次降压输出，其中双USB-C电路设计完全一样，均由SW3516搭配两颗华羿MOS实现二次降压输出；另外三个USB-A接口分两路输出，其中两个接口由SW3515控制输出，另一个接口由SW3517控制输出。通过智融多颗芯片的使用最终实现多口输出功率智能分配。此外使用两级固态电容进行滤波，输出纯净。产品整体用料做工扎实。
其次是设计方面，充电器从输入到输出布局合理层次分明，元器件焊接整齐紧凑。不仅配备了多块散热片，还通过注胶增强散热效果。此外变压器和电感电容等器件打胶加固，增强了稳定性。
主控芯片：NXP恩智浦TEA19162
次级芯片：NXP恩智浦TEA1995
协议芯片：Leadtrend通嘉LD6610
编辑点评：美富达100W USB PD快充充电器采用线缆与机身分离式设计，主体机身酷似一款移动电源。输入采用8字线，方便客户根据不同的是地区更换相应的插脚规格，输出接口采用2A2C设计，双USB-C接口可以同时为两台笔记本电脑分别提供60W的充电功率。同时也可以满足四台设备的充电需求，比较适合居家办公等场景。
充电头网拆解发现，这款充电器内置了PFC功率因数校正电路，整体采用了开关电源+四个DC-DC二次降压输出，开关电源部分为LLC架构，采用全套恩智浦方案，固定电压输出。DC-DC二次降压部分的四个接口均为独立同步整流降压输出，其中两个USB-C接口分别采用南芯同步整流降压芯片SC8102搭配通嘉科技的认证协议芯片LD6610实现100W快充输出；两个USB-A接口则分别选用一颗英集芯的高集成协议芯片IP6527控制；芯片均选择业界知名品牌，性能有保证。
同时，充电器输入端采用两级共模电感，输出采用六颗万京源固态电容滤波；除了三颗功率MOS均增加金属散热片外，PCB模块外围还使用了大面积的金属散热片，保证大功率输出时散热性能，做工扎实。
充电头网总结
2020年将成为USB PD快充技术普及的重要时间点，市面在售的手机、平板、笔记本电脑上，支持USB PD快充的终端品牌和型号将超越数百款。笔记本电脑充电接口和快充协议的统一，让笔记本周边配件再次繁荣，也将100W大功率充电器的发展带入了黄金发展时期。
充电头网通过对以上10款100W级别PD快充充电器拆解了解到，这些大功率快充产品中，5款产品单口快充采用了开关电源+协议芯片架构；4款多口充电器采用了开关电源+多路DC-DC+多路协议的输出架构，1款产品采用了双路开关电源+双路协议芯片架构的架构。
其中大部分100W PD快充充电器，尤其是面向国内的产品，均增加了PFC功率因数校正电路；不过PFC电路的加入也使得充电器的体积和成本均有所增加。
大功率多口快充电器凭借“一个顶多个”的定位优势，越来越获得消费者青睐，成为目前电商市场的主流。此外，随着氮化镓快充技术的加入，大大改善了100W PD快充充电器的体积，让产品更加便携，高功率密度也成为了100W PD快充的主要发展趋势。
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