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2018年01月07日 | 拆解奔驰E级USB充电模块，汽车电源设计谈何容易
2018-01-07 来源：eefocus
首先谈一下我的感受，大家都用手机，但不一定知道目前国内车厂出现了一台神奇的设计，12个USB充电口，像装修房子一样。而其实汽车电源的设计具有特殊性，想要把单个USB的充电器做好，单就保护还有电压移植的工作就已经很不容易， 12个谈何简单。
USB口涉及到要转化成低电压，各种手机的握手识别，还要保护手机的接口，这个是需要仔细考虑的，USB电压可能会导致整个后端的电压输出不稳定超出电池的限制。
电瓶的的电压范围是8V-16V，蓄电池的电流很大，而且负载随时可能会断开，12V电源总线上就会产生超过电源电压几倍的冲击电压，蓄电池误接和蓄电池双倍电压跳跃激活（24V）操作这样大操作也会造成充电器输入电压超出标称值。
这些电源转换器的瞬态抑制能力存在很大的差异。集成电路的OVP器件可以解决过压问题，但是没有浪涌防护的功能，而TVS管可以做浪涌防护，但是却无法长时间过压。最理想的情况是结合起来用，但是成本和体积都会比较高。
很巧的是，这次刚好拿到了奔驰的USB充电模块，就想拆来和大家分享下。这个模块是奔驰新E级车上的， 新E级给人最大的印象就是跨时代科技感，比如双12.3寸一体式全液晶仪表和中控大屏，包含84颗发光颗粒的几何多光束LED大灯。
而除了这些传统的科技配置外，相信这个级别的消费主力也同样关注座舱内的设计。新E级前排提供了支持Qi标准的无线充电表面，而后排则配置了我手上这个比较特别的USB充电盒。我查了一下，只有E300L以上车型有配备。
我们来看看到底特别在哪里，马上拆解。
一. 外观
整个模块外壳是ABS塑料，外部是磨砂质感，中间是模块插拔按钮，方便模块的安装。而比较别致的地方，就是该模块具有一个USB type C口和一个USB type A口。在目前的量产汽车上，USB A口是相当常见，但Type C口就比较少见了，奔驰E级走在了主流车厂前列。
背面的输入接口拥有三个输入端口。
整个模块呈楔型，斜插入的设计让模块厚度可以做的比较薄，厂商是花了心思的。
再来看一下规格标称，真是相当高的配置了。
输入电压9~16V
输出4.75~5.25V
最大电流支持到3A
二. 内部
拧掉背面两颗螺丝，可以看到模块内部结构。结构本身不复杂， PCB板大概只占到1/3的面积，很大的空间都是没有利用的。由于机械结构和设计厚度的限制，显然奔驰选择了集成度很高的方案。
PCB板用了4层板的板材，表面有露铜散热工艺，贴片工艺精良。
PCB板子通过五个塑料点固定，用刀切掉了固定点，取下PCB板。
背面器件不多，主要包含了输入滤波和防反的电路。重要电路用金属罩屏蔽了，应该是考虑EMC兼容要满足奔驰的要求。
取下金属盖，可以看到电感，电容和主芯片。
金属罩是焊接在PCB上，只能通过暴力拆解。拆开可以看到主芯片和电感，看起来电路还是非常简洁的。
主芯片是来自美国MPS的汽车级芯片MPQ 4484。
芯片最大支持6A，可以支持一路Type C 3A和一路Type A 2.4A，降压电路、握手识别和限流电路都集成在一颗芯片上，集成度非常高，很有特点。降压电路集成两颗MOSFET，内阻很小，18mΩ/15mΩ，对6A的降压电路来说，这么低的MOSFET内阻是必要的。
三. 测试
充电测试，Type A端口：支持苹果2.4A，三星2A和DCP 1.5A，不支持市面的高压快充协议。
用电量20%的iPhone 7 Plus实际测试，输出5.1V, 电流1.97A，功率达10W。
Type C端口电压4.76V，电流3A，功率达14.3W，实测确实是3A的输出能力。
同时测试Type A和Type C，分别都能输出2.4A和3A，输出能力大。
总功率为Type C 14.3W加Type A 12.3W，26.6W由一颗芯片输出，功率密度非常惊人。
小结：我觉得豪车，比如BMW、奔驰、奥迪这几家的工程师还是挺严谨的，也为细节付出了很多的成本，有时候一分钱一分货，是用在你不知道的地方。从这次拆解的原车USB充电模块来看，集成度高、方案简洁，设计上考虑了主流的Type A接口，也采用了Type C接口，双口输出能力值得赞赏。国内神车布置12个充电口，总不至于这么设计吧，弄个消费级别的埋在里面，理念不同，结果自然也不同。
史海拾趣
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