拆解&维修倍思（Baseus）65W氮化镓充电器

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前不久淘垃圾的时候看有二手的氮化镓充电器出售，只需要新品1/7的价格。

卖家明确表示：不包好坏！！！
看看评论，有好有坏全凭运气，想想现在氮化镓充电器非常火爆，到处都在广告，
我从来没有接触过这种充电器，只知道这种充电器体积小，电压宽泛，输出万能，几乎啥都能充。
但是何为氮化镓充电器？对此还是一无所知。
想想伟大领袖毛公教导我们说：情况是在不断的变化，要使自己的思想适应新的情况，就得学习！
于是决定买一个玩玩，如果好的，那就用起来，如果坏的，就拆解研究，权当交学费了。

过几天随着垃圾收到了一个白色的充电头，
品牌倍思（Baseus），型号CCGAN65UC，功率65W，
相对于传统电源适配器来说，氮化镓充电器真是瘦身很多，65W的功率，但是非常小巧
带一个USB A口和一个Type-C口，其中USB-A最大功率输出45W，Type-C口最大功率65W，
反正是万能的氮化镓充电器，似乎支持XXXXXYYYYZZZZ一堆协议，总之，就是手机、电脑之类的都能充电。


上电试试，很不幸，是个坏的，两个口都没有输出
但是，可以听到电源里面发出轻微短促的“滋！。。。。。。滋！。。。。。。”声
看来这个充电头是有问题的，于是决定解剖研究，
电源输入端外壳和主体外壳之间采用超声波焊接工艺连接，
翻出家里祖传的剁肉菜刀，沿着缝隙用锤子敲就行了，
这粗铁菜刀皮实可靠，拍充电器不会像XX泉菜刀那样断掉。
菜刀开壳，效果非常好，还不会像用螺丝刀撬那样把边缘撬坏。


打开盖子，里面塞的满满当当
电源输入脚和PCB采用弹性触片连接


抽出机芯：整个充电器机芯被黄铜片包裹，黄铜片和元器件之间还有一层麦拉片做绝缘
电源内部灌注有白胶





开始痛苦的抠胶过程，不然什么都看不到，
抠了半天，露出大部分元器件，电源内部空间利用率很高，
毕竟体积小，又要那么大功率。



输出端口：
一个USB-A和一个Type-C，分别单独装在两块小板子上，充分利用每一寸空间。


首先，让我们分析一下电源的故障：
目视元件没有烧毁，没有短路的表现，且通电后还会发出振荡声。
因此，初步判断，电源高压侧应该不存在短路、炸管这样的恶性故障，
我修理开关电源有个原则，但凡高压炸管短路的电源，一律不修，直接报废。
因为高压短路冲击电流极大，难免存在一些隐形故障，修起来费力不说，成本也高，还容易反复故障。
对于这个电源，高压没有短路，发出断续有规律的“滋”“滋”声，感觉像是进入了保护模式。
电源一起振，因为某种原因激活了保护措施，振荡停止，保护电路复位后电源再度启动工作，继续保护，周而复始，
就发出了断续，规律，短促的振荡声。
用万用表测量低压侧主滤波电容两端，果然，低压回路短路了！
看来这就是故障之所在，低压短路，难怪电源没有输出还反复保护。


如果这样相对就简单了，排查低压电路短路点就可以了，
首先要搞明白电路架构，知道电路是怎么样的，才能去处理故障。
伟大领袖毛公再度教导我们说：一个正确的认识，往往需要经过有物质到精神，由精神到物质，即由实践到认识，
由认识到实践这样多次的反复，才能完成。
拿起烙铁开始解剖：
高压输入保险，边上可见X电容和共模电感，这个电源虽小，但是EMI电路完整，保险是3.15A的，目测完整，夹在缝隙里面。


高压整流桥，型号ABMR510，搜了一下，很多氮化镓充电器里面都用的这个，
贴片封装，没什么特殊的，猜测800V 1A的？这里电流不大，即便1A也够用了。


经过学习得知，氮化镓充电器的架构并不神秘，归根结底还是单端反激式开关电源的架构，
只是说把高压功率器件，由普通的MOSFET换成了氮化镓MOS，再采用同步整流等技术减小损耗，
于是，看到高压侧控制器，安森美的NCP1342。




挖胶挖了半天，终于让神秘的氮化镓露出真容了：
其实就是一颗QFN封装的元器件，Navitas的NV6123，内部集成了驱动电路的氮化镓MOS。
得益于氮化镓功率器件的独到之处，让开关电源的效率得以提升，体积大大缩小。
所以说，所谓“氮化镓充电器”就是营销噱头，这应该是【采用氮化镓功率器件的开关电源】，
又不是整个充电器是氮化镓做的



典型的反激电源控制器，只是MOS换成了氮化镓MOS。


为了缩小体积，Y电容也采用了贴片封装，容量100pF。


为了减少整流二极管的损耗，次级采用同步整流技术：
利用MOS模拟二极管进行整流，这是次级同步整流的MOS，型号088N12；
旁边SOT-23封装的是同步整流控制器，型号MP6908。



为啥要同步整流呢？因为二极管是有损耗的。
拿普通的1N4007来说，硅二极管正向压降约0.65V，假如通过1A电流，那么二极管上将产生0.65W的耗散功率；
如果把二极管换成导通电阻只有mΩ级别的MOS，那么同等电流下，这个损耗就可以大大减小；
所以，我们之需要控制MOS在需要的时候导通，不需要的时候截止，就可以模仿二极管了；
在这个应用场景中，目的就是尽可能减少器件的损耗，提高效率，因此，同步整流是个好选择。





一个TSSOP-10封装的无字元件，是个MCU，用于功率分配和低压保护。


反馈电路，归根结底氮化镓电源也是单端反激电源，
稳压反馈电路还是经典的TL431+光耦，这就不多叙述了，
这里用了一个直插的Y电容，不过光耦上面也留有贴片Y电容的位置。



为了排除低压短路故障，首先，将两个接口的扩展板拆下，
还有同步整流的MOS也拆掉，毕竟这货电流最大，也容易击穿，
不过经检测发现MOS没有坏，看来冤枉它了，于是把它又焊了回去。


拆掉了2个输出模块的电源主板，
再度测量，果然，不短路了！


短路故障就存在于这两块输出扩展板上。




一个一个测量，果然，检查发现Type-C扩展板输入短路。


为了确定故障是不是因为Type-C扩展板引起的，决定不装输出扩展板通电试试。
修理开关电源，最大的危险是触电和短路，于是拿出土制保护措施：
两个变压器，一个把220V降压成12V，另一个再把12V升成220V。
既对市电进行了隔离，变压器的内阻又限制了短路电流，
即便负载短路，短时间也不会对变压器产生损伤，就是嗡嗡响告诉你有问题罢了。




通电，没有冒烟，没有起火，也不“滋”“滋”叫唤了，
电压表测量低压滤波电容两端，有输出了！空载15.5V。


因为粗测USB-A扩展模块不短路，我默认它是好的吧，
于是把它装上，接了个USB小灯，直接点亮，没毛病。


再次测量，有负载时，低压电压是22.2V，
因为这个电源的一档输出就是20V，没有负载或轻载时，低压电压会变成15V，
这就是那个无字的10脚MCU控制的，大概是为了节能？
至此，说明这个电源就是因为Type-C扩展板短路导致的故障。



既然故障范围已经明确，那就开始对Type-C扩展板进行研究和修理吧。

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既然已经明确故障在Type-C扩展板上，让我们对它进行研究：
为什么这样一块扩展板这么多元件这么复杂？因为它负责输出的二次稳压。
有人问已经有一级稳压为什么还要二级稳压呢？因为电源输出电压太宽泛，从5V、9V、12V直到20V。
虽然第一级光耦稳压可以让输出电压有一定范围调整，但是这么大的输出跨度是难以完成的。
反激式开关电源调节输出电压是靠调整开关管导通的占空比完成，占空比大，输出电压高，占空比小，输出电压就低。
但是，这个占空比不能太小，太小了振荡就没法维持，而且输出纹波增大，效率也会降低。
具体单端反激式开关电源原理如果不清楚，可询问度娘或者谷哥。
这个电源就是这样，第一级光耦稳压，输出22.2V，第二级采用Buck电路进行降压，想输出多少就输出多少。

这是Type-C输出小板，上面集成PWM控制器、半桥MOS、电感、电容。
主控是SW3516，USB-A的扩展板和它结构基本一样，不同的就是A口是直接输出的，
C口是有个控制输出的MOS。


正面集成了电感、电容和输出接口



SW3516是个带协议支持的降压电路，可以根据负载支持的协议自动调节输出电压




测量一下，输入短路的很彻底，直流电阻极小。


为了区分短路究竟发生在何处，测量Buck电路输出的直流电阻，嗯，这里没有短路，
说明短路点存在于Buck电路前端


结合电路图，Buck上桥臂前面有如下元件：MLCC退耦电容3只，PMW控制器SW3516。
如果3516烧了，那就难修了，问题会不会是MLCC电容出问题了呢？
MLCC电容本身高度集成，很容易损坏，而且，通过测量直流电阻可见，短路电阻非常之小，只有0.1欧不到，
因此，很怀疑是输入端的MLCC退耦电容损坏短路了。
因为短路电阻很小，所以通电发热法在此不适用了，通了2A的电流，鳄鱼夹和输入焊盘接触的地方都发热了，
板子上也没找到发热的元件，这方法就被PASS了。
仔细观察发现离输入焊盘最近的一个0805封装的电容似乎有点发黄，和其他电容颜色不太一样，那就先拆它吧。




拆下的电容


直流电阻几乎为0，004是表笔的接触电阻，
你作为一颗电容，直流电阻为0合适吗？


再测量扩展板的输入端，不短路了
说明罪魁祸首就是这颗短路失效的MLCC电容


去元件库里面找备件，发现0805的MLCC有25V 4.7uF的，
按说22.2V的电源，用25V的耐压有点低，可是实在没有更高耐压的了，
好多电容只有容量没有耐压，不敢用，就勉强先用它吧。


换电容没什么技术含量，1分钟的事情，换完了还把绝缘片照原样贴回去


再检查一下，确定没问题


把Type-C扩展板还焊回去




电源初步修好了，还需要经过测试才行，
手上没有Type-C的线怎么办，没事，直接用电阻负载代替吧，
负载接在扩展板之前，因为没有协议，扩展板只会输出5V。


电阻功率不够大怎么办？没事，用卤钨灯代替嘛，
22V输出，用2个12V灯泡串联，大概2.2A电流，可以达到2/3的功率。
应该是没问题的，毕竟，电源主体之前没有故障。

烧了半小时，没问题


话说，氮化镓功率器件最大的优势不就是低功耗嘛，可以不用散热器；
只靠PCB上的敷铜进行散热就够，那么烤机半小时后用热成像看看。
可见电源整体发热并不明显，温度最高的一个是右边高压侧的氮化镓MOS，另一个区域是左下角的同步整流区域，
最高温度的元件是56.7℃，从温标看，氮化镓MOS和同步整流MOS发热温度应该在40℃左右，
当然，这是在敞开空气流通，没有满载的情况下进行的测试，如果装进外壳后，猜想温度应该会进一步升高。
不过，相较于常规开关电源，这个发热控制应该说不错了。


一开始以为发热最大的是同步整流的MOS，
仔细一看发现还真不是，发热最大的是和同步整流MOS并联的RC吸收网络中那个电容
这个电容负责吸收MOS关断时DS脚上出现的尖峰电压，对MOS进行保护，
结果这货发热最高，说明还是有一定损耗的




这是同步整流控制器DataSheet中提供的波形，
可见MOS关断时，DS脚上极高的尖峰
一个0805的MLCC电容在这里吸收尖峰发热可不是什么好事
指不定哪天就会坏掉，其实本想把它换掉，但是它具体参数又不知道
这个电容还不能随手抓一个就行，先这样吧，坏了再说。



测试完了，开始组装回去，先把原来的麦拉片包回去。


原来的功率器件，是通过白胶传导到散热片上进行散热的，
白胶都被我扣掉了，不过没关系，找来导热硅胶垫一块

裁剪一下，贴在发热的功率器件上面，加强散热


焊回原来的散热铜片，可以看到硅胶垫高度刚刚好


组装，插回外壳里面


用502把撬开的地方粘好



找了个USB小灯试一下，没问题，至此，这个氮化镓充电器就算维修好了，
等过几天拿到单位找根Type-C线测试一下C口就可以了。


至此，这个电源的维修工作就算结束了，一开始以为买垃圾翻车，结果经过一番操作后车还是能继续跑的
家里又多了一个目前用不上的电源适配器......
现对学习成果进行总结：
      1、氮化镓电源并不神秘，还是常见的开关电源架构，只是功率器件采用了氮化镓器件
      2、氮化镓功率器件具有耐高温、高频、低损耗的优点，多为贴片器件，无需外接庞大的散热器
      3、采用氮化镓功率器件的开关电源工作频率并不一定比传统开关电源高，因为频率高了开关损耗反而
增大，EMI也会增大，需要增加额外的滤波元件，不见得能把电源做小。
      4、氮化镓功率器件内部可以集成驱动器，使用更方便；分立式氮化镓晶体管可以采用开尔文方式驱动，更适合高频。
      5、氮化镓功率器件可以显著提高开关电源效率，既是效率只是改善了一点点，散发的热量都可以降低很多，从散热的
角度看，体积可以得到进一步缩小，成本得以降低。
      6、 氮化镓MOS具有很低的Ciss、导通电阻，还能开尔文驱动，因此，开关损耗和导通损耗较硅MOS大幅下降。
而且，这些特性使得氮化镓MOS是不是也可以用于无线电发射机的发射管呢？准备进一步试验一下。

完，谢谢观赏~~~~

xuguangqi08

拆了可惜了

飞向狙沙

前两年50从咸鱼买的全新二手，拿来替换笔记本充电器，现在通用pd感觉整的有点尴尬，虽说都是c口但是各家手机都是私有协议，使用通用pd也就是跑个10w

石墨

灌胶的太麻烦了

yeti_h

我买的同款全新的。
帖子下面有一部分图看不到啊.

奏鸣曲

买过一个联想的65W 替换笔记本电源   90大洋

cavaly

可以用烧鸡大法，说不定只是个绿波电龙短路了呢。车还在吗？既然都有教程了，求搭车啊。哈哈

alangxl

就是那个接口板子上的IC坏了吗？貌似少了那个C口快充都不齐了吧？

shengyin854

谢谢分享支持一下

cool102

刚好在老五家买了个，前几天打开了，也是短路保护，没拆小板，晚上回去试试！

okok365

等后续，分析很到位。拜读了

liangwh

厉害，这个牛！

360安仔

xuguangqi08 发表于 2023-4-14 16:05
拆了可惜了

请问，坏的不拆解维修，它会自己变好?

雁落长安

高人啊，看一楼的时候我还想着楼主大冤种，明明商家不保好坏都敢买。
接下来才知道楼主是艺高人胆大，

123开火

修苹果手机最喜欢的就是这个扣了这颗发财小电容

xuelang1979

看的挺过瘾，就是低压如何检测出电容C14损坏没看懂，是我的话会想办法烧机检测吧

gggg318

还没看完我就想是不是发财小电容，果然如此

不羁的风cjly

把Type-C扩展板维修思路也写出来吧

dirtyacc

请问没有电路图，是怎么确定电容容值更换的呢？