超薄無線充電板:比想像中更難拆

作者 : Brian Dipert,EDN專欄作者

回想起在2017年底,我曾經花了14.99美元買了一個當時在促銷的超薄型無線充電板送我太太當做聖誕節禮物,她很開心地拿來幫她的手機充電...

回想起在2017年底,我曾經花了14.99美元買了一個當時在促銷的超薄型無線充電板送我太太當做聖誕節禮物,她很開心地拿來幫她的Google Pixel XL智慧型手機充電。不過,這款無線充電板現在沒在賣了,亞馬遜(Amazon)官網建議改買另一款仍在銷售中的類似產品。

然而,原來她比較喜歡直立型的充電座,所以這個充電板很快地就被「打入冷宮」,加入我成堆待拆解的候選裝置之列。

而現在正是實現這個長久以來的願望之最佳時機。首先,不能免俗地,讓我們先來看一些外部包裝照片:

打開包裝紙盒,除了用於包裹充電器裝置的保護塑料和一些薄襯墊,裡面就沒有任何文件或其他說明了:

這個充電板非常小巧;直徑為69毫米(mm;約2.7英吋),厚度僅3.49mm (約0.14英吋)。諷刺的是,其小巧的尺寸竟然就是我太太最終不想使用的原因之一:手機並不容易以精確的方向放在充電板上,經常導致無法充電,或者手機很輕易地就會從充電板上滑落下來。

接下來是這個充電板頂部和底面的一些特寫照片;灰色區域是針對手機(上圖)和檯面或其他表面(下圖)的黏性緩衝墊:

值得注意的是第二張照片,充電器接受5V (@1A)和9V (@1.67A)輸入,並提供5W (@50%效率)和9W (@60%效率)輸出。讀者們如果讀過我最近發表的USB教程應該都知道,標準USB規範僅支援5V輸出,在不同的峰值電流輸出下,取決於電源是專用電池充電器還是更通用的USB埠。然而,高通(Qualcomm)的各代專用快速充電產品,提供了更大的輸出電壓和電流範圍;因此,無論是本文拆解的充電器還是類似的無線充電器,其說明檔都指出,所謂的「快速」充電(fast charge)需要使用符合Quick Charge 2.0或更高版本的電源。

現在如何將充電板的兩邊分開?首先,我嘗試著剝下灰色緩衝墊部份,看看在其下方是否有任何可見的螺絲。遺憾的是,證實了我在進行拆解之前的懷疑:

值得慶幸的是,電源線連接至充電板的開口「剛好」足夠讓我塞進一字型螺絲起子,並將兩側稍微擰開。隨後沿著邊緣周圍使用第二支一字型螺絲起子,持續迂迴著使力將其完全分開(邊緣周圍和整個內部都有很多緊黏的黏合劑):

請看看這就是無線功率發射器線圈。但其餘的電路在哪裡?

那時,我想到在本文一開始就提到「充電板本身非常小巧」。我還記得亞馬遜官網的產品頁面介紹:「採用組裝電路板(PCBA)-線圈分離技術,以3.3英呎的電纜將PCBA 連接到USB以實現穩定充電且充電溫度低…而無需加熱充電板或使充電板過熱。」

而且,在查看前述另一款「仍在銷售中的類似」產品頁面時,我甚至發現了USB連接器內部的「組裝印刷電路板」概念圖,它帶有怪異的藍色光芒(特別是仔細閱讀圖片的左下角):

有趣的是(至少對我而言),一旦意識到自己在處理的並不只是電纜另一端的基本USB連接器,同時也在亞馬遜的產品頁面上偶然發現了這條評論:

「當插入電源開始充電後,插頭會變得非常熱。那似乎就像是將所有充電電子裝置全部都塞進插頭中,並依靠使用充電器的USB埠作為散熱器。這並不是一個理想的設計選擇,因為所有額外的熱都被排放至充電器或任何與其連接之處。連接器變得超熱!我的手指頭放在上面還待不了半秒鐘就燙到痛——可以想像它有多熱。」

解決方法:採用更長的USB延長線能將充電器與熱隔離開來。這樣插頭就能保持較涼爽了。

顯然地,雖然直流(DC)到無線供電過程中涉及的熱已經轉移了,但其實並沒有被消除。

儘管我積極地使用熱風槍、各種裁紙刀以及其他邊緣鋒利的工具,但要「突破」這個增強版USB連接器並不容易,最後是用上了Dremel磨刀的尖錐才終於成功:

然而,遺憾的是,在這節骨眼上竟然就卡住了。我想不出有任何方法可以在無需完全破壞內部所有東西的情況下深入這個組裝,而我各種徒勞嘗試只是對自己造成了傷害:

這可能會留下疤痕。

為了讓這次的硬體拆解更加完整,我在網路上找到了另外兩種產品的拆解分析。這兩種產品更容易拆卸,但仍可能提供一些關於這款充電板內部的線索。首先是針對三星(Samsung)高度整合的標準(即非「快速」)無線充電板的分析。但我找不到有關這款充電器本身任何公開發佈的輸出功率規格,但內部的無線電力發射器IC IDT P9235額定最大運行功率為3W。其次,IHS Markit針對「快速」三星無線充電座進行拆解,提供了主動散熱風扇以及更詳細的零件清單。在此拆解案例中的無線電力發射器是IDT 10W P9236A。

在為這次拆解進行研究分析時,我想到近期可能還會發表一篇有關無線充電發展背景資訊的部落格文章。例如,在開始進行拆解之前,我以為無線電力聯盟(Wireless Power Consortium)的Q標準仍受限於官方指定的5W功率,而來自 蘋果(Apple)、LG、三星和其他公司的更高功率「快速」充電規格則是專有的……其實情況並非如此,至少不完全正確。

然後是在2015年,無線電力聯盟(Alliance for Wireless Power,A4WP)和電力事業聯盟(Power Matters Alliance,PMA)整併成為AirFuel 聯盟(AirFuel Alliance),共同發展結合磁性共振與感應無線充電技術的新標準。至於家用電器和電動工具等中等功率應用,以及電動車等高功率應用呢?

(參考原文:Teardown: Wireless charging pad is tough to crack,by Brian Dipert)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2021年11月號雜誌

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