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關于電源適配器你了解多少?
- 2021-09-08-

      隨著科技的發展,手機生產工藝的持續成熟,手機制造價格的持續走低。根據工業和信息化部無線電管理局 (國家無線電辦公室)2019 年 3 月 26 日正式發布《中國無線電管理年度報告 (2018 年)》顯示,2018 年我國凈增移動電話用戶達到 1.49 億戶,總數達到 15.7 億戶。移動電話用戶普及率達到 112.2 部/百人,比上年末提高 10.2 部/百人。其中,全國已有 24 個省市的移動電話普及率超過 100 部/百人。這說明,手機已經是我們生活中不可或缺的一部分。


隨著手機的普及大大地改變了我們的生活方式和生活節奏。有了手機,我們能隨時隨地玩游戲、刷視頻、逛淘寶、點外賣,處理工作事務。可以說,手機大大方便了我們的生活。因此,我們也越來越離不開手機,使用手機的時間也越來越長。但是,手機自帶鋰電池并不能一直持續放電。因此,我們需要充電。手機的充電方式隨著手機的發展而發展,現在手機的充電模組基本是電源適配器+充電線的結構。其中,電源適配器俗稱充電插頭。本文主要介紹電源適配器。


電源適配器


電源適配器,英文名稱 Power adapter。是手機、平板電腦等小型便攜式電子設備及電子電器的供電電源變換設備。一般由外殼、變壓器、電感、電容、控制 IC、PCB 板、包含協議的 PWM 電源管理芯片等元器件組成,它的工作原理是將輸入的交流電轉換為直流電并輸出;按連接方式可分為插墻式和桌面式。

電源適配器隨著不同手機廠商的不同需求而衍生出了不同的物理接口和充電功率。經過市場的篩選,目前的電源適配器主要有以下幾種類型:從手機電源適配器的物理接口類型可以分為 Type A 和 Type C 兩種類型;從電源適配器的充電功率可分為 5W、10W、15W、18W、22.5W、40W、48W、60W、120W 等多種類型;從充電協議類型又可分為 PD 電源適配器、QC 電源適配器、華為電源適配器、AFC 電源適配器、PE 電源適配器等。雖然現在的電源適配器種類繁多,不同的適配器存在不能兼容的問題。但是,值得慶幸的是,現在的電源適配器功能越來越齊全,出現了一種電源適配器擁有不同物理插孔,可兼容多種不同協議兼容多種功率、電壓、電流。 相信在不久的將來,會出現能統一相關物理接口及協議的電源適配器。


我們日常接觸手機電源適配器的時候,一般只知道電源適配器是由兩個插腳一個外殼構成的。對內部的結構并不了解,只知道里面是一個電路板(PBC 板)。本文將著重介紹電源適配器的內結構。


電源適配器的結構


手機電源適配器也叫交流電源適配器,即將輸入的交流電源轉換成輸出的直流電源裝置。常見的手機電源適配器都是直插式電源適配器,適配器的插頭(插腳)與外殼構成整體。直插式電源適配器的插腳一般采用鐵制或者銅制,從導體的導電性(電阻率)來說,鐵制插腳的導電性遠差于銅制插腳,所以好的電源適配器一定要選擇銅制插腳。銅制插腳的導電性能佳,但是銅材長期置于大氣中會發生氧化而降低電阻率,這樣對充電性能會降低很多,所以需要在插腳的表面鍍鎳進行防氧化處理。


電源適配器的外殼材質是塑料的,且應具備良好的耐熱、耐久、力學性能和尺寸穩定性的環保復合材料。根據 GB/T 22727.1 的要求,環保復合材料應滿足安全環保、資源循環利用等功能,其中材料的多環芳烴(PAHs)的含量宜小于 200mg/kg,苯并芘宜小于 20mg/kg。滿足以上要求外殼的材料有主要有聚碳酸酯(PC),丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、PC/ABS 合金、熱塑性聚酯(PET/PBT)、改性聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)、熱塑性聚氨酯(TPU)。當前電源適配器外殼的材質常見的有環保阻燃 PC 膠料,其阻燃等級為 UL 94-V0,阻燃等級遠高于國家標準要求的 UL 94-V1。


最后就是比較抽象化的 PCB 板,俗稱電路板。PCB 板決定了整個電路的電氣性能。手機電源適配器的額定輸入電壓是 AC:100V~240V,容差為±10%。頻率為 50/60Hz 或 50Hz~60Hz. 在正常負載條件下,其穩態輸入電流不應超過額定電流的 1.1 倍。


電源 PCB 板


介紹完電源適配器的主要構件,接下來重點介紹電源 PCB 板。


每一個手機電源適配器的核心部位都在于 PCB 板。芯片、電容、電感、PCB 板等元器件都焊接在 PCB 上。PCB 板各個元器件承擔著不同的作用,保證整個電路的電氣性能可實時進行監控,確保電路不會出現過壓、過溫等損壞電氣性能的問題。對此,不同的廠家針對自主設計的電源適配器都有不同的設計方案。主要體現在元器件的使用、電路的設計、芯片的設計等。功率不一樣的電源適配器,電路的設計、元器件的使用及芯片的設計也是各不相同的。


電源適配器將輸入的交流電源轉換成輸出的直流電源,這一功能就是由芯片、電容、電感、PCB 板等元器件的組合搭配實現的。不同元器件的不同功能,我們一一介紹。


第一個是固態電容濾波。固態電容濾波具有寬溫度范圍的穩定阻抗, 適于電源濾波;并且其具有高穩定性,這在超頻中尤為重要。固態電容濾波主要用于有效地提供穩定充沛的電源。Y 電容一般用于避免輸出干擾。


熱敏電阻用于減小上電浪涌;壓敏電阻,用于過壓保護;這兩者共同構成防浪涌保護模組,可以有效減少浪涌對供電設備的損壞,也具有一定的防雷作用。


慢熔保險絲:慢熔斷保險絲也叫延時保險絲,它的延時特性表現在電路出現非故障脈沖電流時保持完好而能對長時間的過載提供保護;


變壓器:主要是將交流電壓變為直流電壓,將交流電變為直流電。一般電壓器起到電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩壓(磁飽和變壓器)等;電容:隔直流,旁路(去耦);肖特基二極管:用來提高同步整流效率。


除了以上這些之外還有各類芯片,半導體,整流管,控制器等元器件。


目前電源適配器最前沿的技術當屬 “超級快充”。從各大電商平臺數據我們可以看到,5A 超級快充電源適配器的檢索頻率是最高的。但是對于什么是 “超級快充”,大部分用戶都不是非常清楚


電源適配器的輸出電壓及電流


想了解超級快充電源適配器,必須先了解電源適配器的輸出電壓及電流。很多用戶都知道華為的 40W SuperCharge 電源適配器(充電頭),也大概知道它可以支持哪些電壓、電流規格。比如,其運用于筆記本電腦端主要有 20V/2A,運用于手機端有 10V/4A、4.5V/5A、5V/4.5A、5V/2A。華為官網有界定華為手機標配的 40W 充電器可以為本產品進行 40W(10V4A)超級快充,意思就是超過(包括)4A 的電流就可以定義為超級快充


只從適配器的輸出電流及電壓去界定電源適配器是不是超級快充是不正確的。要想界定電源適配器是否為超級快充,需要從電源適配器所能兼容的快充協議入手。快充協議是指寫入在電源適配器、數據線、手機充電模組芯片的編碼,有了這份編碼,手機就能完成快速充電。目前的快充協議主要有 QC 快充、PD 快充、華為 FCP、SCP 快充、PE 快充等,下面我們一一介紹 “。


高通快充 英文:Quick Charge,簡稱 QC 或者 QC 快充,以下稱 QC 快充。QC 快充是高通驍龍芯片系統中的快速充電技術,其性能由高通驍龍系列芯片實現,是目前運用最廣泛的快充協議。


USB Power Delivery,簡稱 USB PD,是 USB 開發者論壇在 2012 年 7 月 5 日發布的 USB 充電標準與技術。PD 協議作為目前最受歡迎的快充協議之一,作為主流充電協議,其發展速度也是緊跟時代的步伐,不斷的在跟新充電標準技術。截至目前為止,USB PD 協議已從 USB PD1.0 更新至 USB PD3.0,不同版本之間的充電規則也有所升級改進。


華為 FCP、SCP 充電協議,英文:SuperCharge。是自主研發的快充協議。華為的 SCP 協議首次亮相是在華為 22.5W 的充電頭上,其充電電壓電流是 4.5V/5A,同時可向下兼容 5V/2A。聯發科(MediaTek Inc.)PE 充電協議,英文:Pump Express 簡稱 PE。PE 快速充電技術從 PE1.0 更新至當前最新的 PE3.0,實現充電 5 分鐘,通話 4 小時。它從 PE2.0 的 “大電壓,小電流” 到 PE3.0 的 “小電壓,大電流”。PE3.0 最大功率達到了 34.8W,且以 Type-C 作為 PE3.0 充電接口。PE 充電協議常見應用于魅族手機。VOOC 閃充協議是 OPPO 自主研發的閃充技術,充電速度提升了 4 倍以上,智能五級防護。廣告上常說的一句話:充電 5 分鐘,通話 2 小時;指的就是 OPPO 的閃充技術。VOOC 閃充協議 5V5A 三十分鐘就可以充滿 75%,這樣的充電速度相對于舊版本的快充協議來說,有了非常大的改進。三星 AFC 快充協議,英文:Adaptive Fast Charging。三星作為曾經最大的手機制造商,在半導體領域同樣創造了神奇。但是在快速充電技術行業,似乎三星電子并沒有那么出色。當 AFC 推出 25W 功率的快充技術時,雖然相對于 15W 的功率來說,有了很大的改進,這僅是對于 AFC 的快充協議來說的。三星大部分的機型都僅支持 25W 的充電速率,哪怕是使用最新 65W 的功率進行充電,也就只能是達到 25W 的充電速率,所以三星 AFC 快協議的更新對于當下市場來說是比較慢的。以上就是電源適配器常見的快充協議種類。對于電源適配器,在寫入協議,封裝完成后,最重要的就是性能測試。


電源適配器的性能測試


關于電源適配器的測試,主要從兩個方面進行測試:1.物理結構,2.電氣性能。


1.物理結構上的測試:主要是接口的插拔測試,根據 YD/T 1591-2009 技術要求規定,連接插頭與連接插座之間進行插拔,插拔 3000 個周期,6000 次之后,機械結構應無損壞。再者就是外殼材質的性能,需具備良好的耐熱,耐久,力學性能和尺寸穩定。目前的電源適配器的插拔周期一般在 5000 個周期以上。


2.電氣性能上的測試:電氣性能方面的測試,主要根據 YD/T 1591-2009 技術要求,通過充電器測試儀,檢測充電器的各項性能指標,如輸入、輸出電壓/電流,以及充電器植入的各個快充協議。


 


 


 


 


 


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