壳牌20W快充拆解：“石油大亨”跨界做充电器，用料如何？

电子发烧友网报道（文/李诚）继小米、苹果爆出造车计划以来，似乎我们对跨界经营这一现象已经见怪不怪了。一边是互联网、科技巨头忙着造车，而另一边蔚来、特斯拉又忙着涉足手机市场，各行各业都掀起了一股跨界经营的浪潮。
 
这种跨界经营现象正在不断发展，也有越来越多传统行业开始涉足其他领域，就例如壳牌，很多人都知道它是一家能源企业，主要经营石油、天然气、煤炭等业务，但让人意想不到的是，这位石油“大佬”近几年竟然跨界造起了手机快充，并向市场推出了一款20W A+C双口充电器。
 
对于壳牌20W快充的内部结构，我相信大家一定充满了好奇。在本文中，笔者将为大家拆解壳牌20W手机快充，揭秘其内部结构和工作原理，看看壳牌充电器隐藏了哪些黑科技。
 
外观设计及基本参数
 
充电器外观采用与壳牌logo类似的黄白配色，底部为可减小设备收纳体积的可折叠插脚。相较于注重充电速度的大功率充电器而言，壳牌的这款充电器更注重产品的便携性。
 

 
充电器型号为壳牌的TC-D045，是一款A+C双口快充，支持100V～240V宽压输入，以及5V/3A、9V/2A、9V/2.2A、12V/1.5A、12V/1.67A等多功率输出，其中C口最大输出功率可达20W、A口18W，由东莞锯海科技代工生产。
 

 
在充电协议方面，A口主要兼容QC 2.0、3.0和苹果2.4A、三星AFC、华为FCP/SCP等主流手机厂商的专用协议。相较于A口，C口的充电协议与其基本相同，唯独增加了PD 3.0。并且每种充电协议均支持多电压输出，可满足不同设备的充电需求。
 
内部结构设计
 
充电器内部由连接电源的插头和充电器主机两部分组成，它们二者之间通过两颗经过镀锡处理的PCB引脚进行连接。
 

 
电源插头与主板连接处采用了类似插座的设计，电源插头内部含有两个金属夹子，当插入PCB引脚时，夹子会紧固引脚，确保电源插头与主板的电气连通，使外部电源能够顺利地流入主板。这样的连接设计不仅简化了产品的生产工序，降低装配成本，还有利于提高产品的生产效率。
 

 
为了实现充电器内部空间利用率最大化和增强充电器的功率密度，该款充电器采用了T字形拼接式设计，将电源输出小板与主板垂直拼接。
 
在手机充电器领域，除了T字形拼接之外，还有一种应用得更为广泛的U字形拼接设计。与T字形拼接相比，U字形拼接可以更充分利用有限的空间，实现更高的功率密度。然而，这种设计可能会导致设备温度升高，对电路性能产生负面影响。具体该如何选择，需要根据实际应用、设计需求进行判断。
 
似手工焊接的PCB？
 
产品做工方面，壳牌的这款充电器为了能够在有限空间内，实现最大限度的空间利用率，将立式插件和电源输出小板都放置在了主板的正面，背面则用于贴片器件的放置。但仅仅只是一板之隔，主板正反两面的做工却出现了极大的反差。
 

 
主板正面器件排列错落有序，原、副边电路间的器件还是用了塑料片、白胶进行隔离加固，这种高标准的做法可以有效地保证产品的稳定性与电路安全。
 
然而，背面电路却存在一些问题：器件摆放较为松散、不水平，芯片引脚连锡不够精细。虽然这些问题并没有影响充电器的最终效果，但是却在美观方面有所欠缺。相比主板正面器件密集、排列有序的形式，背面电路的处理显得比较随意，甚至会给人一种，将手工焊接调试的开发测试板，直接量产的既视感。
 
电路及器件解析
 
通过观察电路得知，此款充电器采用了经典的QR开关电源架构设计。主控芯片是来自晶丰明源的BP8706B PWM控制芯片。电路中，该芯片主要通过调整PWM信号的占空比控制开关管的导通时间，从而实现变压器原边输入电压的控制。
 

 
之所以在原边电路中，没有发现用于控制占空比的MOS管，是因为BP8706B是一颗MOS管合封芯片，内部自带MOS管，可以承受650V高压。该元件在满载状态下，开关频率可达到65kHz。虽然这颗合封芯片可以使得整个系统更加紧凑，但65kHz的开关频率不利于变压的小型化。
 

 
次级侧同步整流由杰华特的同步整流芯片JW77186B提供支持。这颗芯片能够将变压器次级侧输出的交流电转换为直流电，为后续的VBUS输出提供了必要的直流电源。同时，该芯片也内置了一颗MOS管，与晶丰明源的BP8706B PWM控制芯片类似。这种集成化的设计方案不仅有助于提高整个系统的性能表现，还能有效地降低电路复杂度和成本。
 

 
协议控制芯片为云矽半导体的XPD738，从数据手册了解到，该芯片支持USB Type-A和Type-C双口工作模式，并兼容PD 3.0、QC 3.0、AFC、FCP、CHARGE TURBO等快充协议。
 
但需要注意的是，在双口同时输出的工作模式下，无论该芯片是应用在20W还是50W的充电器上，只要使用了该协议芯片的快充充电器，都无法为受电设备提供快充效果，输出电压只有5V。换而言之，使用了该协议芯片的快充充电器，只有在单口独立工作的状态下才能实现快充。
 

 
在实际应用中，协议控制芯片还会与位于初次级电路之间的光耦进行通信反馈。其工作原理是：当受电设备与充电器连接后，协议芯片就会与受电设备完成协议互认，并所需的电压信息进行数模转换后传递至光耦，再由光耦反馈给初级侧的主控芯片，由主控芯片通过控制开关管的占空比来控制次级端输出与充电协议相匹配的电压。这也是为什么同一款充电器能够根据不同设备，输出不同功率的原因。
 

 
除了以上提到的三颗控制芯片之外，这款充电器还在交流电的输入端，串联了一颗耐压值为250V的保险电阻，用于保护电路，防止外部输入电压过高，对后级电路造成不可逆的损坏。同时，在初级侧使用了两颗容量为15μF的电解电容，对整流后的电压进行滤波处理，为后级电路提供稳定平滑的电源。
 
此外，次级输出端还使用了一颗自永铭电子的铝制电解电容，对输出电压进行进一步的滤波处理，确保输出电压的稳定性和质量。
 
结语
 
总的来说，这款充电器在初、次级侧都采用了集成度较高的MOS管合封芯片，使得整体电路非常简洁，同时也为主板空出了很多可利用的空间。
 
但需要特别指出的是，初、次级电路两侧合封芯片内置的MOS管都不是氮化镓，因此它的开关频率会比氮化镓MOS管低，进而导致变压器、充电器整体体积偏大，与相同功率的氮化镓充电器相比失去了功率密度的优势。但尽管如此，与普通的硅充电器相比，壳牌的这款20W快充体积还算紧凑。除此之外，壳牌充电器想要获得更多消费者的认可，电路板的做工还有待提升。