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拆:山寨iPhone充電器那些節(jié)省成本的電路設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2013-07-30 責(zé)任編輯:Cynthiali

【導(dǎo)讀】一個(gè)看起來類似蘋果正品的充電器,卻只有幾美元的價(jià)格。這樣的低價(jià),是怎樣達(dá)到的?一名硬件工程師在好奇心的驅(qū)使下對其進(jìn)行了拆解,電路、芯片、元件,廉價(jià)充電器降低成本的秘密原來在這里……

許多人都很好奇,在蘋果、三星和RIM等公司提供的USB電源中,究竟有一些什么。一名美國的硬件工程師肯·謝里夫(Ken Shirriff)在eBay上以2.79美元購買一個(gè)沒有牌子的USB充電器,對其進(jìn)行了拆解。如此復(fù)雜的充電器價(jià)格只有幾美元,且看起來類似蘋果公司的正品充電器,這是怎么做到的呢?

2.79美元購買的無牌USB充電器
2.79美元購買的無牌USB充電器

不包括歐標(biāo)插頭,這一沒有牌子的充電器厚度只有1英寸(約合2.54厘米),上面的標(biāo)記顯示:“用于iPhone 4。輸入110-240伏、50/60Hz交流電,輸出5.2v、1000毫安直流電。中國制造。”除此之外,充電器上沒有廠商、序列號和安全認(rèn)證的標(biāo)志。拆開這一充電器后可以看到,其中大部分空間都沒有利用,這樣的設(shè)計(jì)實(shí)際上是針對美標(biāo)插頭。由于充電器的輸入電壓是110至240伏,因此可以在全球通用。

山寨充電器的主要元件

實(shí)際的供電電路尺寸比充電器外殼更小,其主要元件如圖所示。左側(cè)是標(biāo)準(zhǔn)的USB接口。標(biāo)準(zhǔn)USB接口占據(jù)的面積很大,因此當(dāng)前許多設(shè)備都轉(zhuǎn)向了micro-USB接口。黑色和黃色相間的元件是變壓器,用于將高壓轉(zhuǎn)換為低壓。在變壓器前方是一個(gè)開關(guān)三極管。三極管旁邊的元件看起來像是電阻,但實(shí)際上是一個(gè)用于交流輸入濾波的電感。電路板下方是一些用于過濾輸入輸出的電容。

實(shí)際的供電電路尺寸比充電器外殼更小
實(shí)際的供電電路尺寸比充電器外殼更小

簡而言之,這是一種“反激開關(guān)電源”。在這一供電電路中,輸入的交流電通過二極管轉(zhuǎn)換為高壓直流電,并經(jīng)由開關(guān)三極管傳送至變壓器,在變壓器輸出后再經(jīng)過二極管轉(zhuǎn)換為低壓直流電。反饋電路將輸出電壓限制為5伏。

山寨充電器的具體電路

從細(xì)節(jié)來看,這是一種自激振蕩的反激式變壓器。大部分反激式電源使用集成電路芯片去控制頻率震蕩,但這一充電器卻通過變壓器反饋實(shí)現(xiàn)自激振蕩。這減少了所需的元件數(shù)量,降低了成本。在這一2.79美元的充電器中,最主要的成本是75美分的控制芯片。

下頁內(nèi)容:芯片元件示意圖和絕緣和安全設(shè)計(jì)
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山寨充電器芯片元件示意圖

山寨充電器芯片元件示意圖

這張圖片顯示了電路元件。紅色方框和英文標(biāo)識注明了電路板背面的元件。大部分元件都是貼片式元件,綠色電線用于輸入交流電,隨后經(jīng)過電感濾波。標(biāo)記為 1N4007的輸入二極管和另一個(gè)輸入電容用于將交流電轉(zhuǎn)換為340伏直流電。標(biāo)記為MJE13003的三極管開關(guān)以可變頻率將直流電輸送至變壓器。

在輸出端,一個(gè)肖特基二極管將變壓器輸出轉(zhuǎn)換為直流,經(jīng)過輸出電容濾波之后被輸送至USB接口。一個(gè)簡單的反饋電路限制了輸出電壓。

山寨充電器的絕緣和安全設(shè)計(jì)

出于安全性考慮,交流電源必須嚴(yán)格絕緣交流輸入和直流輸出。因此電路需要分為輸入和輸出兩部分,且兩部分之間不得有任何電氣連接,否則接觸直流輸出就會引起觸電。這兩部分的連接通過變壓器或光電耦合器來實(shí)現(xiàn)。在此次拆解的充電器中,變壓器充當(dāng)了主電源的隔離元件,而光電耦合器則被用于反饋電路中。

仔細(xì)觀察照片可以看到電路板上用白線畫出的絕緣界線。對于輸入和輸出兩部分之間的距離,一些復(fù)雜的安全規(guī)范做出了詳細(xì)規(guī)定,而至少3到4毫米是必須的。在這一供電電路上,可以看到兩部分之間的距離只有約1毫米,而其中一個(gè)電阻的安全距離甚至還不到1毫米。

在這樣的設(shè)計(jì)中,充電器很難符合安全規(guī)定。實(shí)際上,充電器外殼上也沒有標(biāo)注任何安全認(rèn)證信息。因此,這樣的充電器將帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際上,保護(hù)用戶不接觸340伏電壓的唯一措施就是這一不到1毫米的距離。

假冒偽劣充電器的另一個(gè)危害在于輸出的直流電質(zhì)量很差,存在電壓波動(dòng),可能影響手機(jī)的操作,例如使觸摸屏失靈??梢宰⒁獾?,這一充電器許多節(jié)省成本的設(shè)計(jì)都帶來了電壓的不平穩(wěn)。例如輸入端只有1個(gè)濾波二極管,而不是通常的4個(gè)濾波二極管橋接。相對于正常的電路設(shè)計(jì),這一充電器的輸入和輸出濾波模塊都已最小化。此外交流電輸入也沒有任何的保險(xiǎn)絲設(shè)計(jì),這也將帶來危險(xiǎn)。
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