山寨iPhone充電器那些節(jié)省成本的電路設(shè)計(jì)

　　一個(gè)看起來(lái)類(lèi)似蘋(píng)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(duì)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(lái)在這里……

　　許多人都很好奇，在蘋(píng)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(guó)的硬件工程師肯·謝里夫(Ken Shirriff)在eBay上以2.79美元購(gòu)買(mǎi)一個(gè)沒(méi)有牌子的USB充電器，對(duì)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(lái)類(lèi)似蘋(píng)果公司的正品充電器，這是怎么做到的呢？

　　2.79美元購(gòu)買(mǎi)的無(wú)牌USB充電器

　　不包括歐標(biāo)插頭，這一沒(méi)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(guó)制造。”除此之外，充電器上沒(méi)有廠商、序列號(hào)和安全認(rèn)證的標(biāo)志。拆開(kāi)這一充電器后可以看到，其中大部分空間都沒(méi)有利用，這樣的設(shè)計(jì)實(shí)際上是針對(duì)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(kāi)關(guān)三極管。三極管旁邊的元件看起來(lái)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(guò)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

　　簡(jiǎn)而言之，這是一種“反激開(kāi)關(guān)電源”。在這一供電電路中，輸入的交流電通過(guò)二極管轉(zhuǎn)換為高壓直流電，并經(jīng)由開(kāi)關(guān)三極管傳送至變壓器，在變壓器輸出后再經(jīng)過(guò)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(lái)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(guò)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。

　　這張圖片顯示了電路元件。紅色方框和英文標(biāo)識(shí)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(guò)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(kāi)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(guò)輸出電容濾波之后被輸送至USB接口。一個(gè)簡(jiǎn)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(huì)引起觸電。這兩部分的連接通過(guò)變壓器或光電耦合器來(lái)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(huà)出的絕緣界線。對(duì)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(méi)有標(biāo)注任何安全認(rèn)證信息。因此，這樣的充電器將帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際上，保護(hù)用戶(hù)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(lái)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(duì)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(méi)有任何的保險(xiǎn)絲設(shè)計(jì)，這也將帶來(lái)危險(xiǎn)。