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充电头网 10-24

大电流顶针在车充上的应用

现在越来越多的人都买了汽车代步,长途旅行,运送货物,可以说是生活中的一部分了。人们在车里面停留的时间也是越来越长,有时还会在车内用手机看视频或者打开电脑办公等等。随着人们在车内停留的时间变长,车充可以在车内为手机充电,笔记本充电,也可以为其它办公设备充电。自然也和充电宝同样重要了,是每个有车一族必不可少的重要配件。

车充通过插入点烟器插孔,通过汽车电瓶供电小车输出 12V,卡车输出 24V,通过车充转换成手机可以接受的电压 5V/9V/10V/12V 等,部分大功率车充还可以通过内置的升降压升压至 15V 和 20V,为手机充电和笔记本电脑充电。小功率的车充通常为降压架构,能够满足通用的手机充电。比如:以下为两种升压的大功率车充。

而随着手机充电功率的大幅提升,通过内置高效大功率的同步升降压电路,车充的输出功率也跟随着充电器的脚步,输出功率来到了 USB PD3.0 上限的 100W,足以满足笔记本电脑的正常使用。

百瓦大功率车充输入电流是多少

充电头网前段时间对智融新推出的 SW7203 双向同步升降压控制器进行了测试,测试采用 12V 输入,升压输出 20V5A 模拟笔记本 100W 充电的场景。模拟电池显示板端输入电流达到了 8.7A,这就是说我们在车上使用大功率车充为笔记本和手机充电时,最大电流有可能接近 10A 的点烟器输出电流上限。以下为负载大功率车充实物测试 100W。

我们需要弄明白,车充在点烟器内是如何取电的,才能够明白车充需要如何设计,才能够承受接近 10A 的大电流。

我们依据中华人民共和国通信行业标准,移动通信终端车载直流电源适配器及接口技术要求和测试方法里对车充的连接结构和机械结构规范如下图:

按行业要求标准,车充正极是弹性结构,依靠弹性,连接点烟器内部的正极,通过负极弹片的弹力,靠摩擦力固定在点烟器外壳内壁上,正负极连通取电。

传统车充典型剖析

对于小功率的车充,总输出功率不超过 20W 来说,输入电流小于 2A,正极可以简单的使用弹簧来提供弹性兼取电功能,无需特殊设计即可满足小功率的供电需求。

而对于大功率的车充来说,则不会使用传统简单的弹簧设计,上面介绍车充在 100W 输出时,输入电流已经达到 8.7A,实际应用中电流还会更高。弹簧在流过大电流时会发热,产生高温发生软化,机械性能下降导致接触不良不能使用的情况。如图大电流会导致弹簧和塑料外壳冒烟软化!

也有一部分车充曾经在正极弹簧内部焊接导线,使其电流通过的横截面积增大,抗过大电流。图中可以看到正极弹簧顶部是压接的铜质端帽,可以确保和正极良好的接触。另外一部分是直接在弹簧上焊接,使用久了容易脱焊,失去了导线原有的作用。而焊接导线均需人工操作,增添了产品成本。

为何需要顶针代替弹簧

随着 USB PD 的盛行,多家品牌纷纷推出了支持百瓦输出的车充,通过充电头网对多款车充的拆解,这些车充无一例外的都使用了大电流顶针来代替传统正极弹簧。

那么使用大电流顶针代替弹簧有什么好处呢?能够让多家厂商抛弃使用弹簧正极,大电流顶针一定是有很多优点,才会让厂商不约而同的使用。以下是两种不同结构的顶针使用实物。

我们先来看倍思 160W 三口快充车充,倍思 160W 车充内置一路 100W 输出升降压和两路独立的降压电路,共计三路独立输出,提供 100W+30W+30W 的输出功率。通过拆解可以看出,车充使用多块电路板组合焊接,两块较大的电路板通过正极顶针的小板连接在一起。

我们再来看小米 100W 快充车充,小米 100W 车充为一路 100W 输出升降压和一路降压电路,内部使用两块 PCB 分别焊接降压和升降压电路。在拆解中看到,两块电路板的正极处也是由正极顶针连接的,同时起到支撑和散热作用。

由于大功率的车充内置升降压电路,元件较多,设计也比较复杂,内部通常使用多块 PCB 组合焊接的形式。使用小板焊接顶针,一方面可以起到固定支持内部电路板结构的作用,另外一方面正极顶针在流过大电流时产生的热量,也可以通过 PCB 散发出去,避免高温影响顶针内弹簧性能。

正极使用顶针有哪些优势

车充正极使用的大电流顶针,由三个部分组成,分为实心的针轴,提供弹性的弹簧和外壳针管。将弹簧和针轴放入针管中,再将针管顶部铆压固定住针轴生产出顶针。其中顶针头部为实心,外壳厚壁,具有较高的机械强度和通流能力,电流全程直接从针轴和针管流过,直接接触不通过弹簧,避免了弹簧发热老化问题。

并且大电流顶针均使用较厚的镀金,接触良好耐磨损,厚壁加厚镀金,电阻很小。并且镀金层在高温情况下不会发生氧化,使用寿命长,是高端大功率车充优先选择的正极连接方式。

充电头网总结

想不到吧,伴随着时间的发展,短短几年,USB PD 就正式普及了百瓦快充,也对车充的构造产生了巨大变革。从弹簧正极,18W 输出,到大电流顶针正极,100W 输出。大电流顶针为车充的可靠性和寿命提供了极大的改善,正成为高端车充的主流选择。

短短几年,我们见证了 USB PD 的功率发展,也见证了 USB PD 标准化规范为快充产业化所做出的贡献。USB PD 真正让不同品牌的,不同种类的设备,都能使用同一个充电器充电。未来,更多新技术将会应用到 USB PD 快充上面,降低普及门槛,减少地球垃圾。

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