劣质充电器存隐患:短路高压可致触电身亡

2013-07-18 18:59:53来源: 新浪手机
    美国一名硬件工程师肯·谢里夫(Ken Shirriff)本周在个人博客中撰文,对假冒伪劣充电器是否会引起手机用户触电进行了探讨。他认为,在不符合绝缘规范的情况下,触电确实有可能发生。

以下为文章主要内容:

猜想

近期有报道称,南航一名空姐马爱伦由于在iPhone充电时打电话而触电身亡。如果她使用了廉价或假冒伪劣的充电器,那么这样的情况在技术上完全可能发生。

充电器中有340伏直流电,足以致命。在廉价充电器中,输出端与340伏元件之间的距离可能不到1毫米,远小于推荐的安全距离。在某些情况下,充电器可能发生输出短路,这导致通过USB线输出较高的电压。如果用户靠近,例如用手触摸接地的金属表面,那么触电完全可能发生。而在潮湿的环境下,例如浴室中,这样的短路更容易发生。

苹果公司的正品充电器,以及其他品牌经过认证的充电器需要符合严格的安全标准,因此这些充电器通常不存在安全隐患。但由于一些假冒伪劣产品看起来与正品类似,因此正品充电器是否存在隐患需要专家的鉴定。还有一些说法称,房屋内的电线布线可能是导致触电的原因。不过考虑到充电器通常没有接地,因此很难看出错误的布线会带来什么影响。

充电器拆解

我近期在一篇文章中回顾了计算机电源的发展历史。许多人都很好奇,在苹果公司、三星和RIM等公司提供的USB电源中,究竟有一些什么。我在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,这令人好奇。不过拆解之后可以看到,充电器内部一些重要的安全设计都没有做好。



在eBay上以2.79美元购买一个没有牌子的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。

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。

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。



芯片元件示意图

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。

绝缘和安全

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。

结论

用户应当远离来自不明厂家的廉价交流适配器,并多花一些钱购买有品牌的产品。这样的产品更安全,输出电压更平稳,更有利于设备的触摸屏。(张帆)

关键字:劣质充电器  短路高压

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/0718/article_23784.html
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