本帖最后由 rollei120 于 2013-7-26 11:52 编辑
我之前还有篇他的译文：拆解苹果绿点，有兴趣可以去看看：http://www.shoudian.org/thread-292986-1-1.html
------------------------------------------------------------------------------- 马爱伦事件的几点思考 据报道，一位中国女性在使用充电着的iphone时，不幸被电击身亡。如果她使用的是那种廉价的山寨充电器，那么这就验证了我这篇文章所说理论观点。要知道，充电器里面有着340V的高压直流电，这么高的电压足以致人于死地。那种廉价的山寨充电器里，340V高压和输出端之间的隔离距离往往不到1mm，完全不符合安全标准里的推荐距离。这种充电器一旦发生短路，致命的高压电就会被传递到USB线上，如果使用者这时接触到了电路，且站在潮湿的地板，或者同时接触到连到大地的金属物，那么人就有可能被电死！充电器如果是工作在潮湿的环境里（例如潮湿的浴室），电路内非常潮湿，那么短路会变得异常容易。正版的苹果充电器（或者是其他有品牌的正规充电器），是会严格遵循安全法规的。如果这次的电击事件，使用的是正规品牌的充电器，那么这是难以置信的。我看看是否有专家能出来解释一下，这次事件是不是正品苹果充电器的原因，因为假冒的充电器在外观上确实和真的没什么区别。我也听到过一些观点，认为房子的布线才是真凶，但这种充电器是典型的不接地设备，我看不到房间布线在这次事件中能起到什么作用。当然了，这些观点都是推测，也可能手机和充电器都和这次事件无关。
注：这篇博客是作者2012年3月写的，上面的话是作者看到新闻报道后才加的。有些网站在引用他的这篇文章时，都误认为作者是在知道电击事件后才写的。 近来我写了篇科普的文章《电脑电源的历史》，导致了我对苹果/三星/黑莓和其他公司销售的迷你充电器的兴趣，在这些一寸见方的USB充电器里面到底是怎样设计的？也是出于科学上的兴趣，我在eBay上用2.79美元购买了一个廉价的无牌迷你充电器，并拆解开来。一个复杂的充电器，销售价只是几美元？外观上很像苹果的正版充电器，但价格便宜许多。但拆开来看里面，最重要的安全设置，被完全省掉了，这会存在被340V电击的隐患。另外，山寨充电器里产生的干扰，会导致手机的触摸屏失灵。我建议还是多花些钱，买个有品牌的正规充电器。
我买的这个山寨充电器长度大概1英寸，不包括欧规插脚。充电器的标签写着：iPhone4专用，输入110V-240V 50/60Hz，输出5.2V 1000mA，Made in China。除此之外，就没了（没有厂家名，序列号，安全认证标识）。用小钻子拆开后，令我惊讶的是，这个小充电器里面还空着许多位置，没几个零件。看里面的电路板，这个方案本来是用在美规插脚外形上的，并没有利用欧规脚多余的空间来摆放元件。充电器的方案是110-240V输入的，所以同样的电路板可以用在不同国家插脚外形的壳子里。（注：美国的电压时110V，欧洲的电压是220V。）
里面电路板的尺寸比1寸见方的外形略小。从下面这张图片，可以看到主要的元器件。左边是一个标准的USB接口。装配的方式非常省地方，现在的设备都朝着小型化发展。包着黄色胶布的黑色器件是反激式变压器，他的作用是把高压电转换成5V输出。在变压器前面的是开关三极管，旁边看上去像电阻的元件是交流输入滤波电感。在电路板的下面，你可以看到一些电容，是输入和输出的滤波电容。
这个简单的反激式开关电源。交流输入先被二极管转换成高压直流电，之后功率开关管将其变成脉冲波形输入到变压器。变压器再将其变换成低压电，然后由二极管，电容整流成低压直流电，最后输出到USB口。另外还有反馈电路来控制开关频率从而稳定输出电压。
电路详解 该充电器采用的是一个自激振荡的反激式电路，又叫自激变换器（RCC），不像其他反激式电源，采用IC来控制振荡。这个充电器的振荡器是通过变压器的反馈绕组来实现的。这样的设计能减少元件的数量，压低成本。一个0.75美元的IC对于一个销售总价是2.79美元的充电器来说，无疑是不划算的，这种简单结构的电路才是不二之选。
上面这张图片列出了电路元件功能；红色框和斜体字标示的元件是在背面的。绝大多数的元件是贴片封装（SMD），和电容比起来体积要小得多了。绿色的电线是交流输入端，先经过电感滤波。高压二极管IN4007（M7）和4.7uF组成的滤波电路把交流电转化成340V的直流电。功率开关管MJE13003将直流电变换成变频的脉冲输出到变压器（估计频率会在50KHz）。变压器有2个初级绕组（功率绕组和反馈绕组），和一个次级绕组。（变压器和电感都是磁性元件。） 次级侧（输出侧），高速肖特基二极管SS14把变压器输出的电压整流成直流，然后经470uF电容滤波，最后得到我们想要的5V，给到USB口。USB口中间的2个脚（数据脚）被锡短路在一起，这个会在后面解释。 一个简单的反馈电路负责保证输出的稳定性。分压电阻把输出电压分成1/2，这个电压再和稳压器件431产生的2.5V参考电压比较。反馈信号通过光耦817B反馈到初级侧。变压器的反馈绕组产生的反馈振荡与光耦过来的反馈信号一起耦合到三极管控制器中（2SC2411），该三极管再驱动功率开关管，从而形成一个闭合回路。（参加Delta的关于简单电源电路的描述[5]） 绝缘隔离和安全 基于安全的原因，交流电源需要严格遵循交流输入和输出之间的绝缘隔离规则。电源电路由2部分组成，连接交流电的初级侧（Primary），和连接输出的次级侧（Secondary）。两部分电路不能有直接的电气连接，否则当人体接触到输出端时，就有被点击的危险。这两部分的连接必须通过变压器或者光耦（注：其实还有第三种器件Y电容，用来抑制电磁辐射的，作者没说。Y电容会产生一定的漏电，这也是为什么有些人说手机在充电时打电话，脸上会有些麻麻的过电感觉。）在这个充电器里，变压器提供了交流隔离，光耦为反馈信号提供了隔离。 如果你仔细看上面那张图片，你会看到一条白色的分界线穿过整个电路板，大致电路板分成2个部分，上面是初级侧电路，下面是次级侧电路。（这条线是印在电路板上的，并不是我在图片中添加上去的。）这条线上还有些钻孔，事实上，钻孔对两边器件见的绝缘隔离是有帮助的。 美国的UL有一套复杂的安全标准，去界定初级和次级之间需要有多远的距离（称之为电气间隙clearance和爬电距离creepage），才能防止触电事故。这个规则比较复杂，我也不是专家，但3或者4mm是必要的。在这个电源里，平均距离只有1mm左右。右侧R8和下面初级之间的电气间隙还不到1mm（板上白色的分界线穿过PCB板的走线直到R8的左侧。） 这种电气间隙只有1mm的充电器肯能通过UL标准没？再仔细看看充电器的外壳，我注意到外壳没有任何的安全认证标志，连生产厂家也没有。（注：山寨货在国外也比国内要老实些，至少不会把认证标志打上去。）现在我意识到，在eBay上买一个廉价的无牌中国产充电器，存在着多大的安全隐患！340V致命电压与你和你手机之间，就靠这个不足1mm的距离来保护了！我也拆解了变压器，并且发现绕组之间只靠1层绝缘胶布隔离，不是UL标准里规定的2层。在这里我建议大家还是多花几个钱，买个有UL认证的正规厂家生产的电源。 输出电压不稳，且包含许多干扰噪声，直接干扰手机的功能，是这种廉价电源的另一个问题。廉价的RCC电源最突出的缺点是会导致手机触摸屏故障，这是屏幕会受到电源的噪声干扰所致。这种节约成本的设计往往会增大干扰成分。这个充电器只用了1个二极管来对输人交流电整流，而不是通常的4个（即桥堆），这样会产生更多的干扰。和一般的设计来比较，输入和输出滤波也是不够的，另外交流输入端也没用保险，这太危险！ USB 充电协议 你可能会认为USB充电器是可以互换的，USB设备可以插到任意一个充电器上就可以充电了。但事实上，现在有多种混乱的USB充电标准，[10][11][12]SONY和Apple有自己专用的协议。[14][15][16] 标准的USB是提供500mA的电流，那为什么现在的充电器会提供快充所需的1A或1A以上的电流？其实很简单，通用充电器的USB口的中间两个脚（D+和D-）被短接在一起，以表明这是一个1A的充电器。其他专用的充电器则是在D+和D-脚上接不同的电阻，以表明该充电器能提供多大的电流。这个充电器的USB口预留了几个未贴元件的位置（R2，R3，R8，R10）。厂商增加相应的电阻，即可变成符合专用协议品牌的充电器了。 交流适配器的发展 早期的电源只有一个交流的变压器，提供低压的交流电，或者加些二极管整理成直流电。在20世纪90年代中期，开关电源开始普及，因为这种电源更紧凑，效率更高。[17]然而，交流适配器在空载待机时需要消耗几瓦的电能，由于交流适配器数量的日益增长，使得美国每年要为这些浪费掉的电能花费数十亿美元[3]。新的能源之星标准[18]鼓励“绿色”节能设计，让待机的功耗控制在几百毫瓦，而不是原来的几瓦。现在高效的控制器能在空载时降低开关频率，降到一个很低的频率，只要足够维持控制电路的运作即可。[19]现在有种待机为零功耗的电源设计，利用一种“超级电容”来实现。[20] 半导体工业通过改进控制IC和开关管继续推动着开个电源的发展。例如电源的简单化方面，一些厂商把控制IC和开关管集成到一个只有4-5个管脚的元件里面。另外一种技术是CC/CV(恒流/恒压)控制技术，典型的应用是给电池充电，在开始阶段给电池提供一个恒流充电，在充电的后期转成恒压充电。为了最大限度地减少电磁干扰（EMI），有些控制器采用跳频的方式，在一个范围会连续变换开关频率，将能量分散到各个频点上。[21]还有些控制器集成了一些过压，欠压以及温度保护功能。 结论 远离这种无品牌的山寨充电器，多花一些钱，买个有品牌的正规电源，更安全，更可靠，你的触摸屏也不至于出现失灵的状况。
（原文最后还列了参考文献，我这里就不翻译了，有兴趣的，可以到他的博客去看看。）
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发表于 2013-7-25 20:43
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