苹果电脑充电器是什么接口

　　大家有没有想过你的 Macbook 充电器里面有什么？充电器里面紧凑的电路可能比你想象中的要多得多。这篇文章拆解了?Macbook 充电器，带你了解充电器里面众多的组件，并且解释相关原理，怎么为你的 Macbook 充电。

　　还是老规矩，先放上拆解后的 Macbook 充电器内部图。

　　大多数消费电子产品，从手机到电视都使用开关电源将墙上的交流电转换为电子电路使用的低压直流电。开关电源之所以叫这个名字，是因为它每秒开关电源数千次，不过事实也证明了，这确实是一种非常有效的转换方式。

　　开关电源现在毕竟便宜，但是在以前不是这样的。在 1950 年代，开关电源复杂且昂贵，用于需要小型、轻便电源的航空航天和卫星应用。

　　到 1970 年代初，新的高压晶体管和其他技术改进使开关电源更便宜，并被广泛用于计算机。

　　1976 年单片电源控制器的推出使开关电源更简单、更小、更便宜。

　　苹果第一次参与到开关电源是1977年，当时 Apple 的首席工程师 Rod Holt 为 Apple II 设计了开关电源。

　　对于拆解 Macbook 充电器，作者是从 Macbook 85W 电源开始，型号为A1172，一个手可以放下。

　　下图显示了可以帮助区分充电器和假冒产品的几个特征：外壳中的 Apple 标志、右侧的金属（非塑料）接地引脚以及接地引脚旁边的序列号。

　　打开充电器的最佳技术是在接缝的周围用木凿敲击然后打开，不过内部有点奇怪（确实感觉和外表不太符合）。

　　打开外壳，可以看到充电器的金属散热片，散热器有助于冷却充电器内部的大功率半导体。

　　充电器的另一面是电路板，底部是电源输出。一些微小的组件是可以看到的，不过大部分都被金属散热器覆盖着，并且用黄色绝缘胶带固定住了。

　　拆下金属散热片后，可以看到充电器的组件。这些金属器件占了充电器很大一部分重量。

　　下面标注了充电器内部的主要部件。（我粗糙地给备注上了中文）

　　交流电进入充电器然后转换为直流电。PFC 电路（功率因数校正）通过确保交流线路上的负载稳定来提高效率，初级切断来自 PFC 电路的高压直流电并将其馈入变压器，次级从变压器接收低压电源，然后输出平滑的直流电给笔记本电脑。

　　接下来将更为详细地探讨这些电路。

　　交流电源通过可拆卸的交流插头进入充电器。开关电源的一大优势是它们可以设计为在很宽的输入电压范围内运行，只需更换插头，充电器即可在世界任何地区使用，从 50 赫兹的欧洲 240 伏到 60 赫兹的北美 120 伏。

　　输入级中的滤波电容和电感可防止干扰通过电源线离开充电器。桥式整流器包含四个二极管，将交流电转换为直流电。

　　充电器的下一步是功率因素校正电路 (PFC)，用紫色标记。一般来说简单充电器会存在一个问题：它们只在交流周期的一小部分器件消耗电力。但是如果太对设备这样做的话，会给电力公司带来麻烦。

　　而且法律规定更大的充电器使用功率因素校正的技术，为了均匀地使用功率。

　　PFC 电路使用功率晶体管每秒精确斩波数万次输入交流电，这使交流线路上的负载更加平滑。

　　充电器中最大的两个组件是电感和 PFC 电容，它们有助于将电压提升到大约 380 伏直流电。

　　初级电路是充电器的心脏，它从 PFC 电路获取高压直流电，将其切碎并馈入变压器，以产生充电器的低压输出（16.5-18.5 伏）。

　　充电器采用谐振控制器的设计，使系统能够以高达 500 千赫兹的极高频率运行。更高的频率允许更小的组件用于更紧凑的充电器。下面为芯片控制开关电源图。

　　两个驱动晶体管（在概览图中）交替打开和关闭以切断输入电压。变压器和电容在该频率下谐振，将斩波输入平滑为正弦波。

　　电路的次级侧产生充电器的输出，次级从变压器接收电力并用二极管将其转换为直流电。滤波电容使电源平滑，通过输出电缆离开充电器。

　　次级最重要的作用是使充电器其余部分中的危险高压远离输出端，以避免潜在的致命冲击。

　　上图中（往上第三个图）用红色标记的隔离边界表示高压初级和低压次级之间的分离，两侧相隔约 6 mm 的距离，只有特殊组件才能跨越此边界。

　　变压器通过使用磁场而不是直接电气连接在初级和次级之间安全地传输电力。为了安全起见，变压器内部的线圈采用三重绝缘结构。

　　廉价的假冒充电器通常会在绝缘层上吝啬，造成安全隐患。光隔离器使用内部光束在次级和初级之间传输反馈信号。初级侧的控制芯片利用这个反馈信号来调整开关频率，以保持输出电压稳定。

　　两个功率二极管位于左前方，在它们后面是三个圆柱形滤波电容，在电容后面可以看到微控制器板。

　　有个出乎意料的发现是带有微控制器的微型电路板，如下图所示。

　　这个16位处理器持续监控充电器的电压和电流，它在充电器连接到 Macbook 时启用输出，在充电器断开连接时禁用输出，并在出现问题时关闭充电器。

　　该处理器是德州仪器 MSP430 微控制器。

　　右侧的方形橙色焊盘用于在制造过程中将软件编程到芯片的闪存中。[左侧的三针芯片 (IC202) 将充电器的 16.5 V降低到处理器所需的 3.3 V。

　　将充电器翻过来可以看到电路板上的几十个微小元件。（如下图所示，为了让大家看清楚，我又粗糙地备注了一下）

　　PFC控制器芯片和电源（SMPS）控制器芯片是控制充电器的主要集成电路。

　　电压参考芯片负责在温度变化时保持电压稳定。这些芯片被微小的电阻、电容、二极管和其他组件包围。输出 MOSFET 晶体管按照微控制器的指示打开和关闭输出电源。在它的左侧，电流检测电阻测量流向笔记本电脑的电流。

　　为了安全起见，隔离边界（以红色标记）将高压电路与低压输出组件分开。红虚线显示了将低压侧（右下）与高压侧分开的隔离边界。光隔离器从次级侧向初级侧发送控制信号，如果出现故障，则关闭充电器。

　　Macbook 充电器比典型充电器具有更多控制组件的原因之一是其可变输出电压。为了产生 60 瓦的功率，充电器在 3.6 安培时提供 16.5 伏的电压。

　　对于 85 瓦，电压在 4.6 安培时增加到 18.5 伏。这使充电器能够与较低电压的 60 瓦充电器兼容，同时仍为可以使用它的笔记本电脑提供 85 瓦的功率。

　　随着电流增加到 3.6 安培以上，电路逐渐增加输出电压。如果电流增加太多，充电器会突然关闭大约 90 瓦。

　　插入 Macbook 的磁性 Magsafe 连接器比您你想象的要复杂。它有五个弹簧式引脚（称为Pogo 引脚）连接到笔记本电脑。两个引脚是电源，两个引脚是接地，中间的引脚是到笔记本电脑的数据连接。

　　Magsafe 连接器内部是一个微型芯片，可知道笔记本电脑充电器的序列号、类型和功率。

　　笔记本电脑使用此数据来确定充电器是否有效，该芯片还控制状态 LED。

　　充电器块本身没有数据连接；数据连接仅与连接器内的芯片连接。充电器的操作

　　你应该注意到，当你将连接器插入 Macbook 时，LED 需要一两秒钟才能亮起。在此期间，Macbook、充电器和 Magsafe 连接器之间存在复杂的交互。

　　当充电器与笔记本电脑断开连接时，前面讨论的输出晶体管会阻止输出功率。

　　当 Magsafe 连接器插入 Macbook 时，笔记本电脑会将电源线拉低。充电器中的微控制器检测到这一点，并在一秒钟后启用功率输出，然后笔记本电脑从 Magsafe 连接器芯片加载充电器信息。

　　如果一切顺利，笔记本电脑将开始从充电器中获取电源，并通过数据引脚发送命令以点亮相应的连接器 LED。当 Magsafe 连接器从笔记本电脑上拔下时，微控制器会检测到电流丢失并关闭电源，这时也会熄灭 LED。。

　　苹果公司的 Macbook 85W 充电器售价 79 美元，但只要 14 美元，你就可以在 其他的地方买到一个看起来一模一样的充电器。

　　为此，作者还打开了一个仿 Macbook 充电器，看看它与正品充电器的对比情况。

　　从外观上看，这款充电器看起来就像一个 85W 的 Apple 充电器，只是它没有 Apple 名称和徽标。但往里看会发现很大的不同。下图左边是苹果原装充电器，右边是仿品。

　　仿品充电器的元器件只有正品充电器的一半左右，电路板上留有大量空白。虽然真正的 Apple 充电器塞满了组件，但仿制品却遗漏了许多滤波和调节以及整个 PFC 电路。仿充电器（大黄色矩形）中的变压器比苹果充电器中的要大得多，Apple 更先进的谐振转换器的更高频率允许使用更小的变压器。

　　将充电器翻过来查看电路板，可以看到 Apple 充电器的电路要复杂得多。仿充电器只有一个控制IC（左上角）。因为完全省略了 PFC 电路。此外，控制电路的复杂性要低得多，并且仿制品省去了接地连接。

　　与作者检查过的糟糕的假冒 iPad 充电器和iPhone 充电器 相比，仿制充电器的质量实际上比我预期的要好 。

　　仿制的 Macbook 充电器并没有切入所有可能的角落，并且使用了中等复杂的电路。仿制充电器注意安全，使用绝缘胶带并保持低压和高压分开，除了下面可以看到的一个危险的组装错误。Y 电容器（蓝色）安装不正确，因此其低压侧的连接引线危险地靠近光隔离器（黑色）高压侧的引脚，从而产生触电风险。

　　具有讽刺意味的是 Apple Macbook 充电器复杂且注重细节，但它并不是一款可靠的充电器。

　　当作者告诉人们他正在拆解充电器时，他也迅速从充电器故障的人那里收集了一堆损坏的充电器。

　　充电器电缆相当脆弱，导致集体诉讼称电源适配器危险地磨损、产生火花并过早地无法工作。Apple 提供了有关如何避免损坏电线的详细说明，但更坚固的电缆将是更好的解决方案。结果是苹果网站上的评论给充电器一个惨淡的 1.5 星（满分 5 星）。

　　Macbook 充电器也因内部问题而出现故障。上面和下面的照片显示了我收藏的一个故障 Apple 充电器内部的烧伤痕迹。不知道到底出了什么问题，但有什么东西导致了短路，烧毁了一些组件。（照片中的白色粘性物质是用于安装电路板的绝缘硅胶。）

　　像上面所分析的一样，正品 Apple 充电器的设计比仿品充电器先进得多，并且包含更多安全功能。然而，真正的充电器要贵 65 美元，而且作者怀疑附加组件的成本会超过 10 到 15 美元。充

　　电器的大部分成本都用于苹果在其产品上的健康利润率。苹果在 iPhone 上的利润率估计为 45% ，而充电器的利润可能更高。尽管如此，由于安全风险，我不建议使用便宜的 eBay 充电器省钱。

　　大部分并没有过多考虑充电器内部的东西，但里面塞满了许多有趣的电路。该充电器采用功率因数校正和谐振开关电源等先进技术，在紧凑、高效的装置中产生 85 瓦的功率。Macbook 充电器是一项令人印象深刻的工程，即使它不像你希望的那样可靠。另一方面，廉价的无名充电器偷工减料，经常存在安全问题，对你和你的计算机都有风险。