山寨iPhone充电器那些节省成本的电路设计

　　一个看起来类似苹果正品的充电器，却只有几美元的价格。这样的低价，是怎样达到的？一名硬件工程师在好奇心的驱使下对其进行了拆解，电路、芯片、元件，廉价充电器降低成本的秘密原来在这里……

　　许多人都很好奇，在苹果、三星和RIM等公司提供的USB电源中，究竟有一些什么。一名美国的硬件工程师肯·谢里夫(Ken Shirriff)在eBay上以2.79美元购买一个没有牌子的USB充电器，对其进行了拆解。如此复杂的充电器价格只有几美元，且看起来类似苹果公司的正品充电器，这是怎么做到的呢？

　　2.79美元购买的无牌USB充电器

　　不包括欧标插头，这一没有牌子的充电器厚度只有1英寸(约合2.54厘米)，上面的标记显示：“用于iPhone 4。输入110-240伏、50/60Hz交流电，输出5.2v、1000毫安直流电。中国制造。”除此之外，充电器上没有厂商、序列号和安全认证的标志。拆开这一充电器后可以看到，其中大部分空间都没有利用，这样的设计实际上是针对美标插头。由于充电器的输入电压是110至240伏，因此可以在全球通用。

　　山寨充电器的主要元件

　　实际的供电电路尺寸比充电器外壳更小，其主要元件如图所示。左侧是标准的USB接口。标准USB接口占据的面积很大，因此当前许多设备都转向了micro-USB接口。黑色和黄色相间的元件是变压器，用于将高压转换为低压。在变压器前方是一个开关三极管。三极管旁边的元件看起来像是电阻，但实际上是一个用于交流输入滤波的电感。电路板下方是一些用于过滤输入输出的电容。

　　实际的供电电路尺寸比充电器外壳更小

　　简而言之，这是一种“反激开关电源”。在这一供电电路中，输入的交流电通过二极管转换为高压直流电，并经由开关三极管传送至变压器，在变压器输出后再经过二极管转换为低压直流电。反馈电路将输出电压限制为5伏。

　　山寨充电器的具体电路

　　从细节来看，这是一种自激振荡的反激式变压器。大部分反激式电源使用集成电路芯片去控制频率震荡，但这一充电器却通过变压器反馈实现自激振荡。这减少了所需的元件数量，降低了成本。在这一2.79美元的充电器中，最主要的成本是75美分的控制芯片。

　　这张图片显示了电路元件。红色方框和英文标识注明了电路板背面的元件。大部分元件都是贴片式元件，绿色电线用于输入交流电，随后经过电感滤波。标记为 1N4007的输入二极管和另一个输入电容用于将交流电转换为340伏直流电。标记为MJE13003的三极管开关以可变频率将直流电输送至变压器。

　　在输出端，一个肖特基二极管将变压器输出转换为直流，经过输出电容滤波之后被输送至USB接口。一个简单的反馈电路限制了输出电压。

　　山寨充电器的绝缘和安全设计

　　出于安全性考虑，交流电源必须严格绝缘交流输入和直流输出。因此电路需要分为输入和输出两部分，且两部分之间不得有任何电气连接，否则接触直流输出就会引起触电。这两部分的连接通过变压器或光电耦合器来实现。在此次拆解的充电器中，变压器充当了主电源的隔离元件，而光电耦合器则被用于反馈电路中。

　　仔细观察照片可以看到电路板上用白线画出的绝缘界线。对于输入和输出两部分之间的距离，一些复杂的安全规范做出了详细规定，而至少3到4毫米是必须的。在这一供电电路上，可以看到两部分之间的距离只有约1毫米，而其中一个电阻的安全距离甚至还不到1毫米。

　　在这样的设计中，充电器很难符合安全规定。实际上，充电器外壳上也没有标注任何安全认证信息。因此，这样的充电器将带来安全风险。实际上，保护用户不接触340伏电压的唯一措施就是这一不到1毫米的距离。

　　假冒伪劣充电器的另一个危害在于输出的直流电质量很差，存在电压波动，可能影响手机的操作，例如使触摸屏失灵。可以注意到，这一充电器许多节省成本的设计都带来了电压的不平稳。例如输入端只有1个滤波二极管，而不是通常的4个滤波二极管桥接。相对于正常的电路设计，这一充电器的输入和输出滤波模块都已最小化。此外交流电输入也没有任何的保险丝设计，这也将带来危险。