共田F95Dポータブル小型ファンの分解分析、回路分析。
最近、小型ファンを買いました。4段階風量調整、18W急速充電、5000mAhバッテリー、Cポートは入出力対応なので、モバイルバッテリーとしても使えます。この記事では分解して回路を分析してみます。
その他の分解記事：https://blog.zeruns.com/tag/拆解/
分解動画：https://www.bilibili.com/video/BV1er8u6cEvp/
製品仕様
- 製品名：ポータブル多機能充電ファン
- 製品型番：F95D
- 出力：8W
- 製品重量：222g
- バッテリー容量：5000mAh
- 使用時間：2-24h
- 本体サイズ：106x43x140mm
- 梱包サイズ：109x46x178mm
購入先：https://s.click.taobao.com/nVQY0qj
ファンの外観写真
ファン正面の写真です。正面には2つのボタンがあり、左がOFFボタン、右がONボタンです。ONボタンは押すたびに風量が1段階上がります。4段階目でさらにONボタンを押すとファンが直接停止します。OFFボタンはどの風量でも押すとファンを直接停止します。中央には4つの赤色LEDと4つの緑色LEDがあり、それぞれ風量とバッテリー残量を示します。緑色のバッテリー残量表示は充電状態でのみ点灯します。1段階表示LEDの左側にある稲妻マークの青色LEDは急速充電表示で、急速充電がトリガーされたときだけ点灯します。
ファン背面の写真です。中央にはラベルが貼られており、中国語と英語の仕様が記載されています。中国語は繁体字です。
- 品名：便攜式風扇
- 入力電圧：5-12V
- 入力電流：2A（Max）
- 送風出力：8W（Max）
- 請勿在機器運行時將手指伸入進防護網內，謹防被割傷。
底部はバッテリー収納部で、21700および18650規格の三元系リチウムイオンバッテリーに対応しています。
充電出力と発熱状況のテスト
充電器はファーウェイ（HUAWEI）の100W急速充電器で、PD急速充電プロトコルに対応しています。ファンのバッテリー残量は2目盛りで、実測の充電出力は約18W、要求電圧は12Vでした。
10分充電後の回路基板表面のサーモグラフィーは以下のとおりです。環境温度は約23℃、充電チップの温度は約56.5度、充電チップのDCDCインダクタの温度は約57.8度でした。
回転数テスト
特安斯TA500Aレーザー式回転数測定器を使ってファンの回転数を測定します。まず羽根に反射シールを貼る必要があります。
1段階の回転数は1565 RPMです。（RPM：1分間あたりの回転数）
2段階は2541 rpmです。
3段階の回転数は3613 RPMです。
4段階の回転数は4695 RPMです。
分解
ファン背面のネジ4本を外すと、ファン前面パネルを取り外せます。モーターには4組の固定子コイルがあり、2相のBLDC（ブラシレス直流モーター）のようです。メイン基板からモーターへの配線は2Pです。
モーター側面から見ると、このモーターの下部には駆動回路があります。このモーターは、放熱ファンのモーターなどと同じ種類で、2相4組コイル、駆動回路内蔵タイプです。
付属のバッテリーは億緯鋰能（EVE）のINR21700/50E円筒形三元系リチウムイオンセルで、定格容量は5000mAh、3Cマークが印刷されています。セルのサイズ規格は21700で、直径21mm、高さ70mmです。
メイン基板を外すと、基板裏面には差し込み式バッテリーホルダーの接点片がはんだ付けされているのが見えます。またQRコードも印刷されており、QRコードを読み取ると F95D-V3.3IP4_1cq9n5_21787 という情報が出てきます。PCB中央には長方形の露出はんだめっき領域もあり、これは急速充電チップの放熱用です。
メイン基板表面です。右上には型番とバージョン番号 F95D-V3.3IP4B が印刷されており、中央には共田のロゴがあります。さらに中央には9個のLEDインジケーターがあります。
まず充電回路を見てみましょう。充電チップの型番はIP5353で、珠海英集芯（INJOINIC）製のモバイルバッテリー用電源管理SoCです。1つのチップで、このファンのリチウムバッテリー充電、昇圧出力、バッテリー残量表示を処理しています。
IP5353 主要仕様（AI生成）：
主要機能：同期昇降圧コンバーターとリチウムバッテリー充電管理を統合し、パワーMOSを内蔵。単一インダクタで充放電を実現し、ボタン、4個LEDのバッテリー表示、照明駆動に対応
急速充電プロトコル：PD2.0/PD3.0（PPS含む）、QC2.0/QC3.0、ファーウェイSCP、FCP/AFCに対応し、BC1.2/Apple/サムスンと互換
充放電仕様：18W充電、バッテリー側電流最大5A。放電最大22.5W（[email protected] / [email protected] / [email protected]）。5V@2A時の効率95%
パッケージ／ロット：QFN32表面実装パッケージ（5mm×5mm）。隣接する一体成型パワーインダクタが単一インダクタ方式であることを示しており、マーキング
1X46.1DQはロット情報用途上の位置づけ：急速充電対応モバイルバッテリー、ポータブル蓄電機器に多用されるが、ここではポータブルファンの充電回路として横断的に使用されている
次に、RK-X3 Pro急速充電テストメーター を使って、ファンのCポート出力が対応する急速充電プロトコルを測定してみました。PD22W、SCP25W、QC、FCP、AFCなどのプロトコルに対応しています。
PCB中央にはマーキングが削り取られた8ピンチップがあり、おそらくマイコン（MCU）です。風量切り替えと表示、およびPWM出力によるファン回転数制御を担当しています。このチップの1番ピンはおそらく電源プラスで、電源はRCフィルタを経由してからチップ1番ピンへ供給されます。8番ピンはおそらくGNDです。
U2はNMOSチップで、マーキングは7122Aです。このMOSの資料は見つかりませんでした。このMOSのゲートは10Ωの抵抗を介してMCUの5番ピンに接続され、MOSのドレイン（D）はモーターの黒線、ソース（S）はGNDに接続されています。ファンの回転数は、モーターへの供給電源のマイナス側をオンオフする時間の割合、つまりデューティ比で制御しています。
ファンコネクタ下部の回路です。バッテリーマイナス端子のパッド付近には、独立したリチウムバッテリー保護回路が1セット設けられています。保護IC 2604（回路記号U4）、MOS 7122Aを2個（回路記号UF1/UF2）、さらに蘇州賽芯微のXB4908 2-in-1保護ICを2個（回路記号UB1/UB2）で構成されています。
各風量でのモーター制御波形
オシロスコープでモーターへの供給線の波形を測定しました。プローブのプラスをモーターマイナスに、プローブのマイナスをモータープラスに接続し、ファン1段階で測定したところ、PWM周波数は19.9kHz、デューティ比は35.7%でした（プローブを逆に接続しているため、波形もデューティ比も反転しています）。
ファン2段階では、PWM周波数19.9kHz、デューティ比50.6%でした。
ファン3段階では、PWM周波数19.9kHz、デューティ比70.6%でした。
ファン4段階では、デューティ比100%で、つまり常時オン状態です。
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