手機USB充電面臨的綠色挑戰
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一個(gè)手機用戶(hù)一年會(huì )產(chǎn)生約17公斤的二氧化碳，相當于汽車(chē)行駛111公里。這個(gè)數字不是很大，在保護環(huán)境方面似乎不是優(yōu)先考慮的對象。然而，如果換一個(gè)角度看，你會(huì )發(fā)現，去年全球手機出貨量達12億部，每一部手機都有自己專(zhuān)用的充電器。在這12億部手機中，估計有5億部是替代性手機。拿到一部新手機通常都會(huì )讓人興奮不已，但人們對更換充電器顯然沒(méi)有任何興趣。當你認識到手機更新?lián)Q代的周期平均是18個(gè)月，而大多數手機都有專(zhuān)用充電器(包括同一個(gè)牌子的手機)，那么對家里冒出3到4個(gè)沒(méi)用的手機充電器就不會(huì )感到奇怪了。事實(shí)上，以前的充電器適用于新手機的概率只有10%左右。
這也是我們開(kāi)始看到政府和機構以及手機產(chǎn)業(yè)中的著(zhù)名企業(yè)成立專(zhuān)門(mén)組織來(lái)減少這種浪費的原因了。
中國信產(chǎn)部在2006年12月頒布了一份新的標準，即YD/T 1591-2006，旨在標準化墻式充電器和連接電纜。在中國市場(chǎng)上發(fā)布的每部新手機都必須經(jīng)過(guò)認證以符合這一標準要求。
2009年2月在巴塞羅納舉行的最近一次移動(dòng)世界大會(huì )上取得了另外一項重大進(jìn)展，即GSMA(包括5家全球最大的手機制造商)和17家手機運營(yíng)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51,000噸無(wú)用的手機充電器。假設手機充電器的生產(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(wàn)噸的溫室效應氣體。
除了對生態(tài)有明顯影響外，當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)充電器給你的手機充電。
標準化
然而，為了使UCS取得成功，對手機制造商的第一個(gè)要求是其對通過(guò)USB對電池充電的標準表示贊同。于2007年8月8日頒布的電池充電規范1.0版本，規定了便攜式設備從USB專(zhuān)用充電器獲取電流的限制和檢測機制。中國通信標準YD/T 1591-2006對在中國發(fā)布的手機也提出了同樣的要求。
手機需要檢測并判斷插入的是一個(gè)USB充電器還是另一個(gè)進(jìn)行數據交換的終端(如計算機、其他手機等)。為了做到這一點(diǎn)，D+和D-在USB充電器內被短路(通過(guò)一個(gè)必須小于200Ω的電阻RDCHGR_DAT)。如果有個(gè)設備通過(guò)USB端口連接到手機，D+線(xiàn)將被驅動(dòng)到VDAT_SRC電壓，吸收電流為IDAT_SRC。如果在D-線(xiàn)上檢測到一個(gè)特定電壓(取決于RDCHGR_DAT和IDAT_SRC)，即意味著(zhù)手機連到了USB充電器。
上述電池充電規范規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規定充電器最大輸出電流為1.8A。
主要挑戰在于保護
然而，主要挑戰還不是如今已有完善規定的電池充電標準，而是USB充電器的質(zhì)量。事實(shí)上，一部昂貴的智能手機可能被連接到一個(gè)質(zhì)量很差的USB充電器，比如沒(méi)有充電監視、沒(méi)有保護、噪聲很大等等。如果手機被外部充電器弄壞用戶(hù)是不能接受的，而且可以肯定的是，如果某個(gè)品牌的手機很容易因充電而損壞，那么這個(gè)手機牌子給人的印象會(huì )大打折扣。
因此，由于手機制造商再無(wú)法控制墻式充電器的質(zhì)量，因此他們需要將保護電路直接安裝在終端內部。保護手機要比保護充電器更具挑戰性，原因有兩個(gè)：
1. 由于已經(jīng)集成了數百項功能，手機的PCB尺寸大大減少。保護裝置的厚度必須適合超薄手機(總共才7mm厚)或翻蓋手機。
2. 保護裝置不能影響手機本身的性能，因此漏電流必須非常低。
為了選擇合適的保護器件，手機設計師必須對連接到USB端口的內部充電電路進(jìn)行風(fēng)險評估。
第一個(gè)人們熟知的風(fēng)險是靜電放電(ESD)。ESD可能在任何時(shí)間發(fā)生，無(wú)論手機是否在充電。用戶(hù)只要觸摸USB連接器，就可能向USB電路引入高達30kV的ESD浪涌電壓。很多設計師已經(jīng)知道，USB端口必須用能夠承受至少I(mǎi)EC61000-4-2標準中4級浪涌電壓(8kV接觸放電)的器件進(jìn)行保護，對于他們來(lái)說(shuō)，這并不是新的風(fēng)險。市場(chǎng)上大量的瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管足以用來(lái)減輕這個(gè)風(fēng)險。
F1: 發(fā)生器輸出端的短路電流波形(8/20μs)
1. 由于工業(yè)事件(附近的車(chē)間，工廠(chǎng)等)或外部中高壓電源線(xiàn)上的動(dòng)作(電源分配網(wǎng)絡(luò )中的開(kāi)關(guān)等)引起的浪涌電壓。
2. 由于閃電引起的浪涌電壓。
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