假冒iPhone充電器內(nèi)部探究：越小越危險(xiǎn)？！ - 全文

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：我最近讀了一篇很受歡迎的文章——《電腦電源的歷史》，這使我們產(chǎn)生了對(duì)Apple、Samsung、RIM和其他公司提供的令人驚嘆的一英寸方形的USB充電器進(jìn)行探究的念頭。出于對(duì)科學(xué)的興趣，我花了2.79美元從eBay購入一臺(tái)無牌子的方形充電器，并將其拆開。令人感到驚嘆的是制造商竟可以只花費(fèi)幾美元就可以制造并銷售一個(gè)如此復(fù)雜的充電器。這個(gè)充電器看起來很像真正的Apple充電器，但價(jià)格卻差很多。但當(dāng)我看到其內(nèi)部構(gòu)造的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)最重要的安全終端卻被去掉，這樣的話就可能引起340V的電擊。此外，類似這種平價(jià)充電器所產(chǎn)生的干擾會(huì)導(dǎo)致觸摸屏失靈。因此，我建議多花幾個(gè)錢去買一個(gè)品牌充電器。

　　我買的那臺(tái)無牌充電器不考慮其歐洲標(biāo)準(zhǔn)的插頭，其長度還超過一英寸。這充電器上面打著“iPhone4適用，110-220V 50/60HZ輸入，5.2V 1000MA輸出，中國制造”的字樣。除此之外沒有其他任何的標(biāo)記（例如制造商、串碼或者安全認(rèn)證）。我打開了這個(gè)充電器。令人驚奇的一點(diǎn)就是為了裝一個(gè)如此小的充電器，何必要用到那么大的空間。很明顯這個(gè)充電器的電路是為偏小的的美國標(biāo)準(zhǔn)插口設(shè)計(jì)的，而帶有歐洲插口的額外的空間是沒有用到的。由于這個(gè)充電器允許110V/220V的輸入，因此相同的電路可以在全世界各地使用。

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　　這個(gè)電源本身小于一立方英寸。以下的圖片展示其主要元器件。在其左邊是標(biāo)準(zhǔn)的USB連接器，留意其占了多少空間，所以設(shè)備轉(zhuǎn)向Micro-USB連接器是沒什么大驚小怪的。這個(gè)黑黃的元件是變壓器；它將高壓輸入轉(zhuǎn)為5V輸出。在其前面是開關(guān)晶體管。晶體管旁邊的是一個(gè)很像電阻的元器件，但實(shí)際它是一個(gè)AC輸入的電感過濾。在其底面，你可以看到過濾輸出輸入的電容。

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　　電源是一個(gè)簡單的反激式開關(guān)電源。輸入的AC通過一個(gè)二極管轉(zhuǎn)換成高壓的DC，通過功率晶體管將其轉(zhuǎn)成脈沖并反饋到變壓器。利用晶體管、濾波器將變壓器的輸出轉(zhuǎn)換為一個(gè)低壓DC。并通過USB端口饋出。一個(gè)反饋電路憑借控制和斬波頻率將輸出電壓調(diào)整到5V。

　　細(xì)節(jié)說明：

　　這個(gè)電源是一個(gè)自振蕩反激變換器，通俗點(diǎn)說就是自激式轉(zhuǎn)換器。它并不像大部分的反激電源一樣用IC去控制振蕩頻率，而是通過變壓器上的反饋繞組自己控制電源振蕩。這樣的話減少了元器件的數(shù)目，同時(shí)使花費(fèi)更加少。在一個(gè)2.798美元的電源里面，75美分的控制IC絕對(duì)是個(gè)昂貴的東西，因此他們用一個(gè)最小的電路代替。

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　　上面的圖片展示了電路元件：紅盒子和另一邊用斜體字表明的元器件。需要注意的是大部分的元器件都是比較小的表面貼裝器件。和電容比起來則相形見拙。綠色電線提供AC輸入，其通過電感過濾。高壓的1N4007輸入二極管和4.7μF的輸入電容將AC輸入轉(zhuǎn)換為340的DC。MJE13003是頻率可變的功率晶體管開關(guān)電源。變壓器有兩組初級(jí)繞組（功率繞組和反饋繞組），同時(shí)有一個(gè)次級(jí)繞組（變壓器和感應(yīng)器亦即是所謂的電磁）。

　　在次級(jí)，亦即是輸出端，高速SS14肖特基二極管將變壓器電壓整流為DC，經(jīng)過470μF的輸出電容過濾，在提供所需的5V電壓到USB端口。USB端口的中心的兩個(gè)陣腳用焊錫短路，這個(gè)在接下來會(huì)有解析到。

　　一個(gè)簡單的反饋電路調(diào)整電壓。輸出電壓通過電阻分壓器分成一半，并通過普通的431參考電壓設(shè)備與2.5V比較。反饋通過817B光隔離器傳到初級(jí)那端。在初級(jí)端，反饋?zhàn)儔浩骼@組的反饋振蕩和光隔離器的電壓振蕩在2SC2411結(jié)合控制晶體管。這個(gè)晶體管接下來就驅(qū)動(dòng)功率晶體管。

　　隔離和安全

　　因?yàn)榘踩缘木壒?，AC電源必須遵守AC輸入和輸出的嚴(yán)格隔離。電路分成初級(jí)和次級(jí)，分別連到輸入和輸出。在這兩邊要求沒有任何的電氣連接，否則如果有人碰到輸出，則會(huì)引起點(diǎn)擊。兩邊的任何連接必須通過變壓器或者光隔離器。在這個(gè)電源，變壓器解決了主電源的隔離，光隔離器解決了次級(jí)電壓反饋的隔離。

　　如果你看這些圖片，你可以看到隔離邊界指示好像電路板和電路板相交白線那樣大致水平，其初級(jí)在頂部，次級(jí)在底部。（線是被印刷在板上，我沒有加在照片上。）線上的圈子看起來很像小東，這些給兩邊提供額外的隔離。

　　為了避免電擊危險(xiǎn)，UL在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間有多大的距離（俗稱的“creepage”和“dearance”）方面有著有復(fù)雜的安全規(guī)范。這些規(guī)則是復(fù)雜的，我也不是專家，但我認(rèn)為至少需要3或4毫米。在這個(gè)電源里，平均距離是一毫米。右邊低于R8的空間距離有些小于一毫米。

　　我很奇怪這個(gè)空間距離小于1mm的電源是怎么滿足UL的標(biāo)準(zhǔn)的。更近的觀察這個(gè)電源盒子，我發(fā)現(xiàn)它沒有標(biāo)記任何安全認(rèn)證，甚至制造商。我突然意識(shí)到在eBay從中國不知廠家購買盡可能便宜的充電器實(shí)在是安全危害。要注意這個(gè)一毫米一下的空隙是保護(hù)你和你的電話不要受到340V電壓攻擊的可能。我同樣拆解變壓器，更發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)線圈之間只有一層絕緣較大，并不是UL規(guī)定的兩層。在看過這個(gè)充電器的內(nèi)部以后，我的建議是你還不如多花幾個(gè)錢在充電器上面，買一個(gè)經(jīng)過UL認(rèn)證的大牌廠家的產(chǎn)品。

　　這個(gè)超級(jí)便宜充電器的另一個(gè)關(guān)注點(diǎn)是他們產(chǎn)生低質(zhì)量的電氣輸出，帶有很多噪音，這會(huì)干擾你的手機(jī)的操作。因?yàn)槠聊皇盏诫姎飧蓴_的影響，我們都知道低價(jià)格的自激振蕩適配器會(huì)引起觸摸屏失靈。我觀察過幾個(gè)會(huì)產(chǎn)生干擾的低價(jià)設(shè)計(jì)方案。這個(gè)充電器用一個(gè)晶體管去整流輸入，而不是一個(gè)四極管橋。這樣的話會(huì)產(chǎn)生更多的干擾。輸入和輸出的過濾相對(duì)于其它設(shè)計(jì)來說比較低。在AC輸入端同樣沒有保險(xiǎn)絲，這樣會(huì)使人有少許擔(dān)心。

　　USB充電協(xié)議

　　你可以認(rèn)為USB充電是可互換的，并覺得將一個(gè)USB設(shè)備插入充電器是很理所當(dāng)然的，但事實(shí)證明有多樣化的USB充電標(biāo)準(zhǔn)，破壞規(guī)矩的設(shè)備與Sony和Apple所使用的專利協(xié)議。根本的問題是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB端口可以提供500ma電流，因此提供1A或者更多的的充電器怎么才能快速充電？為了使這個(gè)問題變得更簡單。一個(gè)充電器標(biāo)注著說明它是一個(gè)通過短路USB中間的兩個(gè)針來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的充電器。專利的充電器連接不同的阻抗到D+和D-去說明他們能產(chǎn)生多大的的電流。注意到在電路上很少不使用的電阻點(diǎn)（R2，R3，R8，R10）連接到USB端口。生產(chǎn)廠家可以添加適當(dāng)?shù)碾娮枞プ龀啥喾N多樣的充電器。

　　AC電源適配器的改進(jìn)

　　早起的電源適配器只是一個(gè)產(chǎn)生低壓AC或者添加晶體管去產(chǎn)生DC的AC變壓器。在二十世紀(jì)九十年代，因?yàn)殚_關(guān)電源更加緊湊和高效，他們成為主流。然而，AC適配器的發(fā)展流行會(huì)伴隨著產(chǎn)生功率損耗，插上插頭產(chǎn)生的結(jié)果會(huì)使今年美國在電力方面花費(fèi)十億。新的Energy Star鼓勵(lì)應(yīng)用那些低功率和不在限制時(shí)候還有高功率的“綠色”設(shè)計(jì)。這些效率控“控制者”在空載的時(shí)候可以斷開開關(guān)，間歇性的工作區(qū)提供能讓其運(yùn)動(dòng)的電能。通過在空載的時(shí)候流失掉超級(jí)電容，這樣的話每一個(gè)電源設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上得不到任何備用電源供給。

　　半導(dǎo)體工業(yè)繼續(xù)通過改進(jìn)控制IC和開關(guān)晶體管去改進(jìn)交換式開關(guān)電源。例如電源，一些商家將控制IC和開關(guān)晶體管聯(lián)連接到一起，并劍氣集成到一個(gè)有4或5個(gè)pin的單一元器件。充電器控制的另一個(gè)技術(shù)是CC/CV，這可以提供穩(wěn)定的電流直到電池充滿電，接著保持電壓使其可以充電，為了降低EMI，一些控制器持續(xù)增大開關(guān)頻率，為了通過擴(kuò)展頻譜傳播干擾?？刂破饕舶愃七^載保護(hù)、低壓閉鎖和熱保護(hù)等安全裝置。

　　結(jié)論

　　遠(yuǎn)離不知名廠家制造的低價(jià)AC適配器，花多點(diǎn)錢去買個(gè)大品牌產(chǎn)品。這會(huì)更安全，會(huì)產(chǎn)生更少的干擾，同時(shí)你設(shè)備的觸摸屏?xí)僮鞲`敏。