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干货 | 暴力拆解小米最新二合一充电宝

2019-04-10
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2018年年底,也就是12月10号,小米二合一充电宝问世,它既是移动电源,又是充电器,给内部电池充电的同时还可为手机充电,实为出行必备神器,小米官方报价99元。相信大家对二合一移动电源的内部构造很是感兴趣,EEWorld社区坛友Littleshrimp就拆解了小米的此款二合一充电宝,让大家一饱眼福。



内部包含2颗18650电芯,总容量为5000mAh,作为移动电源充电时支持5V/2.4A,9V/1.2A,12V/1三种输出,作为充电器时支持5V/3A,9V/2A,12V/1.5A最大输出功率能达到18W。


包装

使用和小米其它产品一样的白色包装。



包装正面



包装背面

拆箱后里边一个电源和一张说明书,看来需要自己配USB充电线了。


拆箱

电源正面只有一个电量检查按键看起来很简洁,侧面一侧为双USB口,可同时为2台设备充电,另一侧为市电接口,支持100V-240V 50/60Hz宽电源输入。


正面



市电接口和标识



USB面板

USB面板与主壳体使用胶水粘接,没有螺丝,拆解过程比较暴力。



拆除USB面板过程



拆开USB面板后,断开电池保护壳与主壳体的胶水才可以脱下外套。


内部正面

内部背面


内部侧面


取下电池保护壳与PCB上的螺丝后可以看到完整的PCB背面,PCB背面主要用于放置开关电源部分的器件,包括一个高频变压器、2个USB口和几颗电容电感等器件,加上背面的几个IC就能在26mm*60mm*20mm的尺寸内能够实现18W的功率输出。



去掉电池螺丝后的背面


去掉电池螺丝后的正面


电路上最醒目的要属这颗INN2215K芯片,看标识应该是PI家族的一款电源芯片。



查询数据手册得知,INN2215K是一款集成了650 V MOSFET、同步整流、反馈和恒功率特性的适合USB-PD和 QC 3.0应用的离线式反激恒压/恒流开关IC,输出功率最大可达20W。

INN2215K数据手册


从资料可以了解到INN2215K是PI家族的InnoSwitch™-CP系列IC,使用了磁隔离技术,非常适合小体积高功率密度的应用。


相较于传统的PWM(脉宽调制)控制器,INN2215K使用的磁隔离技术,在器件上集成了一个高压功率MOSFET开关以及初级侧和次级侧控制器。采用一种使用封装引线框和焊线构成的创新性磁感耦合反馈机制,向初级IC传递信息,并使用简单的ON/OFF控制方式来稳定输出电压和电流。


下面两张资料图所示为实现各种重要功能的初级及次级控制器的功能框图。



使用INN2215K的设计非常巧妙,仅用很少的元件数目就大大解决了高功率密度、小体积充电器的设计难题。高效的同步整流也使得电源发热得到很好控制。 另外,其次级侧的反馈控制方式还易于与各种充电协议接口IC通讯,从而实现对输出电压电流的精准控制。


下图中INN2215K搭配一颗CHY103D USB快充协议控制器用来识别充电设备类型,调整INN2215K的输出电压实现5V、9V和12V输出。从参考电路可以看出INN2215K的外围器件很少,这也说明为什么这款移动电源(充电器)能够在这么小的体积内装下18W的充电器同时还能塞进2颗18650锂电池。

INN2215K参考电路

这款移动电源(充电器)使用了丝印为ZMhEA的协议识别IC,网上查询到是fttipower的FP6601Q。


FP6601Q


QC协议通过检测USB D-和D+的电压来识别协议类型,当D+和D-都为0.6V时为12V模式,D+为3.3V D-为0.6V时为9V模式,D+为0.6V D-为高阻时输出5V,D+为0.6V D-为3.3V为连续模式,可实现最大电压和最小电压之间的连续可调,网上有一些介绍使用连续模式实现可调电源的教程。

FP6601Q参考电路和电压模式

FP6601Q内部结构

INN2215K右下角丝印为BSUAKA的IC没找到资料,猜测是一颗双向升降压充放电IC。



原理可参考南芯的SC8802,其主要功能是在充电器插上电源时通过INN2215K输出的5V、9V或12V经过降压为充电器内部的锂电池充电实现充电功能。在断开市电通过USB给手机等设备充电时,将电池升压到FP6601Q芯片后识别到的输出电压实现放电,达到为其他设备充电的功能。

SC8802双向充放电IC参考电路


BSUAKA芯片右边的4颗丝印为3508AE的P沟道MOS管就是为了配合这颗双向升降压芯片实现电压转换的。


4颗3508AE P沟道MOS管


要实现升降压当然还需要一颗电感,这颗电感隐藏在PCB板的另一面,在2个USB口的中间被胶遮盖住的器件(深红色)。旁边还有一颗丝印是AON6262E的N沟道MOS管(粉色),这颗N沟道的MOS管的作用可以参见上文INN2215K参考电路的Q1。


PCB背面的电感和N沟道MOS管


电池背面丝印为ZMJ F8216AUBN的IC网上说是紫米电子自己定制的一款单片机没找到资料,应该是用于电池温度检测、电池电量检测、LED驱动等功能。


ZMJ F8216AUBN单片机


移动电源(充电器)插上市电后 INN2215K输出5.3V电压,经Buck电路降压后为锂电池充电。



再插上某个支持QC协议的手机后INN2215K输出9.44V电压,手机显示正在充电,此时INN2215K输出的9.44V一部分直接为手机充电,另一部分经过Buck电路降压后为锂电池充电。



取下市电后INN2215K不输出,此时测量USB VCC引脚电压9.15V,电池通过Boost电路将电池的3.7V-4.2V升压到9.15V为手机充电。



总结

小米的二合一移动电源(充电器)得益于使用了Power Integrations的INN2215K开关电源IC、FP6601Q快充协议芯片和丝印为BSUAKA(未找到资料)的双向充放电IC,能够在如此小巧的尺寸下实现移动电源和充电器二合一、QC3.0协议识别和5V/9V/12V灵活输出,价格实惠,是外出旅行的必备神器。

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