手機(jī)USB充電所面臨的綠色挑

一個(gè)手機(jī)用戶一年會(huì)產(chǎn)生約17公斤的二氧化碳，相當(dāng)于汽車行駛111公里。這個(gè)數(shù)字不是很大，在保護(hù)環(huán)境方面似乎不是優(yōu)先考慮的對(duì)象。然而，如果換一個(gè)角度看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，去年全球手機(jī)出貨量達(dá)12億部，每一部手機(jī)都有自己專用的充電器。在這12億部手機(jī)中，估計(jì)有5億部是替代性手機(jī)。拿到一部新手機(jī)通常都會(huì)讓人興奮不已，但人們對(duì)更換充電器顯然沒有任何興趣。當(dāng)你認(rèn)識(shí)到手機(jī)更新?lián)Q代的周期平均是18個(gè)月，而大多數(shù)手機(jī)都有專用充電器(包括同一個(gè)牌子的手機(jī))，那么對(duì)家里冒出3到4個(gè)沒用的手機(jī)充電器就不會(huì)感到奇怪了。事實(shí)上，以前的充電器適用于新手機(jī)的概率只有10%左右。

這也是我們開始看到政府和機(jī)構(gòu)以及手機(jī)產(chǎn)業(yè)中的著名企業(yè)成立專門組織來減少這種浪費(fèi)的原因了。

中國信產(chǎn)部在2006年12月頒布了一份新的標(biāo)準(zhǔn)，即YD/T 1591-2006，旨在標(biāo)準(zhǔn)化墻式充電器和連接電纜。在中國市場(chǎng)上發(fā)布的每部新手機(jī)都必須經(jīng)過認(rèn)證以符合這一標(biāo)準(zhǔn)要求。

2009年2月在巴塞羅納舉行的最近一次移動(dòng)世界大會(huì)上取得了另外一項(xiàng)重大進(jìn)展，即GSMA(包括5家全球最大的手機(jī)制造商)和17家手機(jī)運(yùn)營商一致同意在2012年前提供使用微型USB連接器的通用充電解決方案(UCS)。

這一行動(dòng)將有望消除高達(dá)51,000噸無用的手機(jī)充電器。假設(shè)手機(jī)充電器的生產(chǎn)量每年會(huì)削減兩成，那么這個(gè)產(chǎn)業(yè)每年有望減少1,300～22,00萬噸的溫室效應(yīng)氣體。

除了對(duì)生態(tài)有明顯影響外，當(dāng)你周末與家人一起出去度假時(shí)你就不再需要攜帶兩三個(gè)充電器了，你完全可以找某個(gè)人借一個(gè)充電器給你的手機(jī)充電。

標(biāo)準(zhǔn)化

然而，為了使UCS取得成功，對(duì)手機(jī)制造商的第一個(gè)要求是其對(duì)通過USB對(duì)電池充電的標(biāo)準(zhǔn)表示贊同。于2007年8月8日頒布的電池充電規(guī)范1.0版本，規(guī)定了便攜式設(shè)備從USB專用充電器獲取電流的限制和檢測(cè)機(jī)制。中國通信標(biāo)準(zhǔn)YD/T 1591-2006對(duì)在中國發(fā)布的手機(jī)也提出了同樣的要求。

手機(jī)需要檢測(cè)并判斷插入的是一個(gè)USB充電器還是另一個(gè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的終端(如計(jì)算機(jī)、其他手機(jī)等)。為了做到這一點(diǎn)，D+和D-在USB充電器內(nèi)被短路(通過一個(gè)必須小于200Ω的電阻RDCHGR_DAT)。如果有個(gè)設(shè)備通過USB端口連接到手機(jī)，D+線將被驅(qū)動(dòng)到VDAT_SRC電壓，吸收電流為IDAT_SRC。如果在D-線上檢測(cè)到一個(gè)特定電壓(取決于RDCHGR_DAT和IDAT_SRC)，即意味著手機(jī)連到了USB充電器。

上述電池充電規(guī)范規(guī)定充電器最大輸出電流必須是1.5A，充電器最大輸出電壓必須是5.25V。中國的YD/T 1591-2006規(guī)定充電器最大輸出電流為1.8A。

主要挑戰(zhàn)在于保護(hù)

然而，主要挑戰(zhàn)還不是如今已有完善規(guī)定的電池充電標(biāo)準(zhǔn)，而是USB充電器的質(zhì)量。事實(shí)上，一部昂貴的智能手機(jī)可能被連接到一個(gè)質(zhì)量很差的USB充電器，比如沒有充電監(jiān)視、沒有保護(hù)、噪聲很大等等。如果手機(jī)被外部充電器弄壞用戶是不能接受的，而且可以肯定的是，如果某個(gè)品牌的手機(jī)很容易因充電而損壞，那么這個(gè)手機(jī)牌子給人的印象會(huì)大打折扣。

因此，由于手機(jī)制造商再無法控制墻式充電器的質(zhì)量，因此他們需要將保護(hù)電路直接安裝在終端內(nèi)部。保護(hù)手機(jī)要比保護(hù)充電器更具挑戰(zhàn)性，原因有兩個(gè)：

1. 由于已經(jīng)集成了數(shù)百項(xiàng)功能，手機(jī)的PCB尺寸大大減少。保護(hù)裝置的厚度必須適合超薄手機(jī)(總共才7mm厚)或翻蓋手機(jī)。

2. 保護(hù)裝置不能影響手機(jī)本身的性能，因此漏電流必須非常低。

為了選擇合適的保護(hù)器件，手機(jī)設(shè)計(jì)師必須對(duì)連接到USB端口的內(nèi)部充電電路進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

第一個(gè)人們熟知的風(fēng)險(xiǎn)是靜電放電(ESD)。ESD可能在任何時(shí)間發(fā)生，無論手機(jī)是否在充電。用戶只要觸摸USB連接器，就可能向USB電路引入高達(dá)30kV的ESD浪涌電壓。很多設(shè)計(jì)師已經(jīng)知道，USB端口必須用能夠承受至少IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)中4級(jí)浪涌電壓(8kV接觸放電)的器件進(jìn)行保護(hù)，對(duì)于他們來說，這并不是新的風(fēng)險(xiǎn)。市場(chǎng)上大量的瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管足以用來減輕這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。

F1: 發(fā)生器輸出端的短路電流波形(8/20μs)