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[电源] 拆修唯沃丰 GAN01 65w 氮化镓充电器,分析炸毁原因和设计缺陷解决

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发表于 2023-5-16 12:34:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 qrut 于 2023-5-21 19:00 编辑

前些日子看到坛友2n3055便宜撸的倍思故障氮化镓充电头修复帖子,感觉挺便宜的也想撸一个玩玩儿但是貌似没有更多了,有回复说某鱼有3个包邮的(坏的),但是要3个48才包邮,单个没有包邮的(最低貌似30左右),于是就不想撸了,感觉弄一堆充电头也用不过来。过了些天由于咸鱼搜过于是弹出通知有便宜氮化镓充电头上架,进去一看也是一个哥们卖的65w氮化镓充电器(坏的),皮毛9成新价格22包邮,感觉价格勉强能接受,于直接拍下,对方马上回复说看好这是坏的售出不退不换。我说可以,因为我只关心价格和皮毛,对啥故障用的啥方案并不敏感,就个人而言修这类充电头无论啥方案啥故障除非没有替换元件基本上都能修好。

等了些天到了,皮毛不错,分量挺重的大概130克。



大小和倍思的差不多,2c 1a 输出。



折叠腿,参数。



试下3口均无输出



无损开壳后



真正的无损,可以看到几乎没有开壳痕迹。



顶盖槽内也没有任何掉肉的痕迹



抽出来后的外壳,炸黑痕迹,不是好兆头啊。



板子背面有块导热硅胶片覆盖用于加强散热和导热



揭开,我勒个去真对的起我啊,高压部分几乎全炸毁。



整体架构一次侧准谐振反激氮化镓软开关+二次侧同步整流输出+2路3通道同步buck二次降压。氮化镓mos用的独立开关管 配合ncp1342 qrf(准谐振反激)pwm 控制器,qrf架构相比普通反激有zvs零电压开关能力,因此开关管应力较小开关损耗较低,比反激硬开关效率高一些。qrf相比acf(有源钳位反激),acf多一颗开关管,用于一次侧绕组反电动势能量回收,主开关管关断后钳位开关管开通串联电容和绕组漏感谐振将反压尖峰能量回收输送到二次侧,因此不但能实现zvs软开关还能实现反压能量回收,效率更高频率也能更高,多用在氮化镓100w以上场合。还有就是llc半桥谐振拓扑,相比acf能实现更大的功率,更小的emi要求,常用在200w氮化镓充电器。
尖峰吸收附近是炸毁起点,和高压负极之间有明显的炸痕和飞溅的焊盘金属颗粒。



刷干净后,可以看到mos已经炸穿,尖峰吸收二极管焊盘和引脚已经炸毁熔接到了一起。附近的mos源极电阻电极已经部分损毁,mos ds 谐振电容也已经炸毁,尖峰吸收电阻焊盘炸断,电阻引脚炸毁。



氮化镓mos型号资料



pwm资料









一次侧元件功用见标注,qr谷底检测用了三颗电阻和一颗二极管,辅助绕组分压衰减后进zcd引脚,当主绕组和mos ds结电容谐振过零时(进入谷底)开通mos 实现零电压开通减小开通损耗。



正面有个黄铜的u型金属导热散热罩



夹着个塑料绝缘套



用于热量快速传导到外壳



拆掉后



高压整流有独立小板



一次侧元件功用



整流小板用大量704封固,固定加热量传导。



输出三个端口也是独立小板



整流小板其实没坏,为啥还要拆下来?为了给你看。整流小板上有π型滤波的前端滤波电容



用了两个快恢复桥堆并联扩流(并联方式并非脚对脚,而是一颗用作上桥臂,一颗用作下桥臂,避免两个桥堆参数的不对称造成的分流不均),工频整流为啥要用快恢复整流桥?由于氮化镓电源工作频率高通常350khz-500khz,桥后滤波电压变化很快且峰值电流较大,普通整流桥反向恢复时间难以适应如此高的开关速度造成整流波形畸变谐波干扰加大,快恢复整流桥高恢复速度可以应对高速电流变化减小波形畸变和谐波干扰。



拆掉小板后,emi电路和保险,π型滤波的末端在主板上。



测下保险,没有意外 也已经烧断。



保险型号



再测下pwm供电脚,已经基本对地短路。



初步损毁的元件



拆除所有已知损坏元件,可以看到尖峰吸收快恢复焊盘已经脱落(被炸毁熔接到一起了,只能拽下来)



炸毁原因分析,此充电头并非氮化镓mos先损坏的,而是pcb布线不合理,下图炸毁点起始点在反压尖峰吸收快恢复二极管负极和高压负极绝缘间距不够,二极管负极和电阻离高压整流桥小板输出负极和mos s极取样电阻负极很近,导致绝缘间距不够跳火放电对地短路。



下图是示意图,a点就是二极管负极和104的电阻串联,a点和pcb高压地很近,潮湿等原因导致跳火导通,此时高压300v叠加变压器一次侧绕组反压(两个串联)原本通过二极管到泄放电阻的通路被高压地代替,高压引弧击穿pcb绝缘间距,巨大的电流瞬间将二极管击穿同时将104电阻电极烧开路(成了冷焊机,焊盘和二极管焊到一起),此时反压尖峰吸收电路完全失效,高压直接加到mos ds上,mos vds远超最大极限直接炸开路,mos炸毁导致高压顺栅极回路窜入pwm ic  导致pwm ic 烧毁短路,pwm短路导致启动电阻过流烧毁(ncp1342 hv引脚集成x2电容放电功能,对启动电阻阻值的要求不能大于5k,因此短路后电流较大烧启动电阻),保险随之开路。整流桥能幸免的原因是放电的电流大部分来源于桥后的滤波电容,因此整流桥承受的瞬时电流较小没有损坏,只炸了个保险。



由于pwm炸毁,光耦高压侧可能会被殃及,必须测试一下,否则万一损坏更换其他元件后贸然通电会导致反馈失效,直接造成输出电压失控炸次级电容烧二次降压电路。



在线搭个测试电路简单测试一下,一颗电阻就行。



3,4脚加3v左右电压,电流调小,至少没短路。



再测试一下是否受控,1,2脚通过电阻通电。



3,4脚受控导通,光耦没有损坏。



再测下次级二次降压电路是否损坏,如果挂了就没啥修的价值了,稳压电源12v输入。



接到二次侧输出电容上(二次降压的输入)输出指示灯点亮



接入u表输出5v正常,其他两口也正常。说明主要是高压侧挂了



板子用了两颗y电容(分别阳极y电容和阴极y电容)
二次降压小板



用了两颗sw3516h做同步buck 控制和协议管理



c1口独立一颗主控加两颗mos






3516h资料












另一颗负责c2 和a口







右下角是输出同步整流控制器



支持自供电 高耐压 少外围



资料



三个口



c1 和a 口上基本就一个接口没啥元件



c2口上集成两路降压电感和滤波(此图来源于网络)



还有一个单片机负责功率分配和过流控制(此图来源于网络)


以上原理结构损坏原因都已经介绍了,下面开始修复。
这次损坏的元件都有的买且便宜,唯独这颗原配氮化镓mos,全网几乎没有卖的(至少各主流平台)只有马宝一家有卖,50不包邮真是抢劫价啊,这是在卖缺宝吗?50多块还修个屁啊,这是逼着我翻车吗?看了一圈咸鱼貌似看到过有人评论这个型号的氮化镓mos方案千万别摸,没有元件替换,看来此言不虚。



琢磨了一下,只能走间接代换的路子了,下图是英诺赛科推出的inn650d02氮化镓mos ,封装大小和g1n65r240pb一样,参数也比较接近且略强,只是引脚不一样,只要修改后间接代换就行了。650d02没有体二极管因此反向恢恢复时间和电荷都为零,这点比65r240要强,65r240集成体二极管有反向恢复时间和反向恢复电荷,650d02没有体二极管反向也是能导通的,主要依靠所谓自换相特性,但是反向导通压降较大1.7-3v(5a时3v),此例属于无所谓的参数。qoss和65r240pb基本一样20nc左右,ciss电容70pf和栅极电荷极小1nc,比65r240要小大概10倍,因此需要驱动电流要小的多。 rds on 仅200mr ,比65r240pb的240mr也要小一些。




inn650d02只要6元包邮,两个比较。



管脚比较,650d02多一个ks极(开尔文源极 也可以称为sk)用于半桥架构上管驱动时避免中线源极寄生电感影响而从内部引出的独立源极(跳过电流源极),sk源极只用到驱动电压信号回路,因此可以避免或减小 电流s极寄生电感的影响增加开关速度。此例低边驱动直接和s极短接即可(内部其实也是短接的),下图右侧mos g极 d极由于疏忽标注颠倒请悉知。



红圈需要绿油覆盖绝缘



pcb对应位置也要绿油覆盖(忘了拍图,只能后期标注示意一下了)



d极侧面短接(由于原pcb d极焊盘较小,为了增加载流量),这步其实也可以不做。



绿油覆盖



焊好并把栅极驱动信号飞线到mos 侧面栅极 上绿油。




由于原驱动ic非氮化镓专用驱动,pwm输出钳位电压大概12v左右,这样应对 vgs max +-18v 的65r240pb是没有问题的,但是直接驱动650d02是不行的,650d02 vgs max +7v -1.4v ,因此需要修改驱动电路,前面提到650d02 qg很小,需要的驱动电流也很小,因此可以不需额外驱动电路的情况下直接改驱动电阻分压比例就行, 原栅极分压330和10k,这样输出栅压高达12v左右,经计算修改成8k和10k分压,栅压能7v以下(需考虑栅极阻尼电阻最佳取值范围和下拉电阻取值还有ciss电容coss电容实际值,合理取值才能既保证阻尼合适波形不过冲 幅度又合适,具体计算有相应公式比较繁琐,篇幅有限就不赘述了),为了保险查看英诺赛科demo板 配合ncp1342 65w方案 取值是7.5k 和我算的很接近,于是直接将330欧改成7.5k即可。




由于pwm烧毁,需要测试一下pwm辅助供电是否正常。



此例供电用的简易串联型稳压电路,理论输出应为稳压管dz值-vbe=16(稳压管稳压值)-0.7=15.3v左右

实测15.4v正常



更换pwm



更换启动电阻和mos源极电阻



更换104电阻,缺陷部位绿油覆盖加强绝缘,并飞线再造二极管焊盘。c20为 mos ds 谐振电容,可有可无,增加可以稍加大ds电容对emi有一些帮助(qrf靠mos ds结电容谐振),对效率有反作用,因此我选择不补这颗电容,直接绿油覆盖。



装好二极管和整流桥小板,且绿油再次覆盖关键部位彻底杜绝放电跳火隐患。



换好元件用这个维修插座测试一下,关于这个插座http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2328043



上电一次点亮,输出正常。



由于原导热硅胶垫烧黑,又剪了一块。



704粘好,并且跳火部位着重覆盖,再次绝缘加固。



整流桥小板重新打胶装回塑料挡片。



装回金属罩和塑料罩



外壳熏黑部位简单清洁



粘好外壳



各角度特写



完美复原


就像没拆过一样


顶部


全部的损坏元件


a口协议测试


c1


c2口支持协议最全



又增加了8元成本,其实除非为了学习技术,没太大必要撸这种坏头子,以上如果放到普通玩家手里,这单必然是翻车无疑,所以如果真有需要还不如多花俩钱买个好的。


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发表于 2023-5-16 12:49:14 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
能修好就赚了
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发表于 2023-5-16 12:52:56 | 显示全部楼层
先回复后慢慢看
提前预祝精华帖
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发表于 2023-5-16 13:07:01 | 显示全部楼层
这充电头设计有缺陷啊,绝缘间隙小了。
制造商:朗博王,No.1?

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发表于 2023-5-16 13:09:30 | 显示全部楼层
球球艺高人胆大,这回又赚了一个差价

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发表于 2023-5-16 13:10:23 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
看这种帖子,可以学到很多东西。
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发表于 2023-5-16 13:10:48 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
楼主是怎么开壳不留痕迹的,看着不像撬的
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发表于 2023-5-16 13:11:25 | 显示全部楼层
分析充分技术了得又复活一个冲电头了
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 楼主| 发表于 2023-5-16 13:16:57 | 显示全部楼层

嗯 倒是不亏~
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 楼主| 发表于 2023-5-16 13:17:36 | 显示全部楼层
8139 发表于 2023-5-16 13:09
球球艺高人胆大,这回又赚了一个差价

老兄来了,赚个辛苦钱吧

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8139 + 10 我很贊同

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 楼主| 发表于 2023-5-16 13:17:46 | 显示全部楼层
lszyc 发表于 2023-5-16 13:10
看这种帖子,可以学到很多东西。

谢谢支持~
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发表于 2023-5-16 13:19:25 | 显示全部楼层
相当惨烈,这种样子我肯定会放弃救治了

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 楼主| 发表于 2023-5-16 13:19:52 | 显示全部楼层
wfzdm 发表于 2023-5-16 13:10
楼主是怎么开壳不留痕迹的,看着不像撬的

是的不能公开啊,因为咸鱼有人专接充电头维修,看他们开壳惨不忍睹,不想被免费学走为别人做嫁衣~
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 楼主| 发表于 2023-5-16 13:20:28 | 显示全部楼层
hexuemeng 发表于 2023-5-16 13:11
分析充分技术了得又复活一个冲电头了

谢谢支持~
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发表于 2023-5-16 13:21:01 | 显示全部楼层
精华,楼主手艺不错
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发表于 2023-5-16 13:22:30 | 显示全部楼层
这是完全研究透了吗,分析的这么清楚,还能改原电路用替换件,这要砸一般人手里绝对翻车
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发表于 2023-5-16 13:22:37 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
qrut 发表于 2023-5-16 13:19
是的不能公开啊,因为咸鱼有人专接充电头维修,看他们开壳惨不忍睹,不想被免费学走为别人做嫁衣~ ...


是锤子慢慢敲开的吗?
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 楼主| 发表于 2023-5-16 13:27:21 | 显示全部楼层
alangxl 发表于 2023-5-16 13:22
这是完全研究透了吗,分析的这么清楚,还能改原电路用替换件,这要砸一般人手里绝对翻车{:01 ...

谢谢支持~
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 楼主| 发表于 2023-5-16 13:27:54 | 显示全部楼层
轻烟 发表于 2023-5-16 13:19
相当惨烈,这种样子我肯定会放弃救治了

嗯 炸的挺厉害的~
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发表于 2023-5-16 13:31:13 | 显示全部楼层
艺高人胆大,膜拜楼主
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