Qu'y a-t-il à l'intérieur ? Nous démontons le chargeur du MacBook. Examen du chargeur chinois pour MacBook. Le faux est-il meilleur que l'original ? Macbook chargeant une tension de tension différente

Vous êtes-vous déjà demandé ce qu'il y avait à l'intérieur de votre chargeur MacBook ? L'alimentation compacte contient beaucoup plus de pièces que ce à quoi on pourrait s'attendre, y compris même un microprocesseur. Dans cet article, nous pourrons démonter le chargeur du MacBook pour voir les nombreux composants cachés à l'intérieur et découvrir comment ils interagissent les uns avec les autres pour fournir en toute sécurité l'électricité indispensable à l'ordinateur.

Apparition des ordinateurs portables Apple MacBook Air est resté le même pendant des années, mais comme on dit, rien n'est permanent et de grands changements arriveront dans cette gamme de produits l'année prochaine, notamment la sortie d'un modèle 15 pouces à la WWDC 2016. Aujourd'hui, le MacBook Air est disponible en deux versions. avec une taille d'écran de 11 et 13 pouces, mais, comme l'Economic Daily News a réussi à le découvrir, Apple a absolument développé nouveau design pour les versions 13 pouces et 15 pouces du MacBook Air, dont la sortie est prévue l'année prochaine.

La plupart électronique grand public, de votre smartphone à votre téléviseur, utilise des alimentations à découpage pour convertir le courant alternatif d'une prise murale en courant continu basse tension utilisé par circuits électroniques. Les alimentations à découpage, ou plus exactement les alimentations secondaires, tirent leur nom du fait qu'elles allument et éteignent l'alimentation des milliers de fois par seconde. C'est le plus efficace pour la conversion de tension.

La principale alternative à une alimentation à découpage est une alimentation linéaire, qui est beaucoup plus simple et convertit les surtensions en chaleur. En raison de cette perte d'énergie, le rendement d'une alimentation linéaire est d'environ 60 %, contre environ 85 % pour une alimentation à découpage. Les alimentations linéaires utilisent un transformateur volumineux pouvant peser jusqu'à un kilogramme ou plus, tandis que les alimentations à découpage peuvent utiliser de minuscules transformateurs haute fréquence.

De nos jours, ces alimentations sont très bon marché, mais cela n’a pas toujours été le cas. Dans les années 1950, les alimentations à découpage étaient complexes et coûteuses, utilisées dans les technologies aérospatiales et satellitaires qui nécessitaient une alimentation légère et compacte. Au début des années 1970, les nouveaux transistors haute tension et d’autres améliorations technologiques rendaient les batteries beaucoup moins chères et étaient largement utilisées dans les ordinateurs. L'introduction des contrôleurs monopuce en 1976 a rendu les convertisseurs de puissance encore plus simples, plus petits et moins chers.

L'utilisation par Apple d'alimentations à découpage remonte à 1977, lorsque l'ingénieur en chef Rod Holt a conçu une alimentation à découpage pour l'Apple II.

Selon Steve Jobs :
Cette alimentation à découpage était aussi révolutionnaire que la logique de l'Apple II. Rod n’a pas reçu beaucoup de reconnaissance dans les pages de l’histoire, mais il le méritait. Chaque ordinateur utilise désormais des alimentations à découpage et leur conception est toutes similaire à celle de Holt.
C'est une excellente citation, mais elle n'est pas entièrement vraie. La révolution de l’alimentation électrique s’est produite bien plus tôt. Robert Boschert a commencé à vendre des alimentations à découpage en 1974 pour tout, depuis les imprimantes et les ordinateurs jusqu'au chasseur F-14. La conception d'Apple était similaire à celle des appareils précédents et les autres ordinateurs n'utilisaient pas la conception de Rod Holt. Cependant, Apple a largement utilisé les alimentations à découpage et repousse les limites de la conception des chargeurs avec des chargeurs compacts, élégants et avant-gardistes.

Qu'y a-t-il à l'intérieur ?
Pour analyse, nous avons pris un chargeur Macbook 85W modèle A1172, dont les dimensions sont suffisamment petites pour tenir dans la paume de votre main. La figure ci-dessous montre plusieurs caractéristiques qui peuvent aider à distinguer un chargeur original des contrefaçons. Une pomme mordue sur le corps fait partie intégrante (que tout le monde connaît), mais il y a un détail qui n'attire pas toujours l'attention. Les chargeurs d'origine doivent avoir numéro de série, situé sous le contact au sol.

Aussi étrange que cela puisse paraître, la meilleure façon d'ouvrir la charge est d'utiliser un ciseau ou quelque chose de similaire et d'y ajouter un peu de force brute. Apple s'est initialement opposé à ce que quiconque ouvre ses produits et examine les « composants internes ». En retirant le boîtier en plastique, vous pouvez immédiatement voir les dissipateurs thermiques métalliques. Ils contribuent à refroidir les semi-conducteurs de puissance logés à l’intérieur du chargeur.

Au dos du chargeur, vous pouvez voir le circuit imprimé. Quelques minuscules composants sont visibles, mais la plupart des circuits sont cachés sous un dissipateur thermique métallique maintenu par du ruban isolant jaune.

Nous avons regardé les radiateurs et c'était suffisant. Pour voir tous les détails de l’appareil, il faut bien entendu retirer les dissipateurs thermiques. Sous ces pièces métalliques se cachent beaucoup plus de composants que ce que l’on pourrait attendre d’une petite unité.

L'image ci-dessous montre les principaux composants du chargeur. Le courant alternatif entre dans le chargeur et est ensuite converti en courant continu. Le circuit PFC (Power Factor Correction) améliore l'efficacité en fournissant une charge stable sur la ligne CA. Conformément aux fonctions exercées, le microcircuit peut être divisé en deux parties : primaire et secondaire. La partie principale de la carte, ainsi que les composants qui y sont placés, sont conçus pour abaisser la tension continue haute tension et la transmettre au transformateur. La partie secondaire reçoit une tension basse tension constante du transformateur et fournit une tension constante du niveau requis à l'ordinateur portable. Ci-dessous, nous examinerons ces schémas plus en détail.

Entrée CA vers le chargeur
La tension alternative est fournie au chargeur via une prise amovible câble réseau. Le grand avantage des alimentations à découpage réside dans leur capacité à fonctionner sur une large plage de tensions d’entrée. En changeant simplement la fiche, le chargeur peut être utilisé dans n'importe quelle région du monde, du 240 volts européen à 50 gigahertz au 120 volts nord-américain à 60 gigahertz. Les condensateurs, les filtres et les inductances de l'étage d'entrée empêchent les interférences de quitter le chargeur via les lignes électriques. Le pont redresseur contient quatre diodes qui convertissent le courant alternatif en courant continu.

Regardez cette vidéo pour une démonstration plus claire du fonctionnement d'un pont redresseur.

PFC : Lissage de puissance
L'étape suivante du fonctionnement du chargeur est le circuit de correction du facteur de puissance, marqué en violet. Un problème avec les chargeurs simples est qu’ils ne reçoivent une charge que pour une petite partie du cycle CA. Lorsqu’un seul appareil fait cela, il n’y a pas de problèmes particuliers, mais lorsqu’il y en a des milliers, cela crée des problèmes pour les entreprises énergétiques. C'est pourquoi la réglementation impose aux chargeurs d'utiliser des techniques de correction du facteur de puissance (ils utilisent l'énergie de manière plus homogène). Vous pourriez vous attendre à ce qu'un faible facteur de puissance soit dû à la commutation d'une transmission de puissance qui s'allume et s'éteint rapidement, mais ce n'est pas un problème. Le problème vient d'un pont de diodes non linéaire qui charge le condensateur d'entrée uniquement lorsque le signal CA atteint son maximum. L'idée du PFC est d'utiliser un convertisseur élévateur DC-DC avant de changer d'alimentation. Ainsi, le courant de sortie sinusoïdal est proportionnel à la forme d’onde AC.

Le circuit PFC utilise un transistor de puissance pour découper avec précision l'entrée CA des dizaines de milliers de fois par seconde. Contrairement aux attentes, cela rend la charge sur les lignes AC plus fluide. Les deux plus gros composants du chargeur sont l'inductance et le condensateur PFC, qui contribuent à augmenter la tension continue à 380 volts. Le chargeur utilise la puce MC33368 pour déclencher le PFC.

Conversion de puissance primaire
Le circuit primaire est le cœur du chargeur. Il prend la haute tension continue du circuit PFC, la coupe et l'introduit dans un transformateur pour générer une sortie basse tension du chargeur (16,5-18,5 volts). Le chargeur utilise un contrôleur résonant avancé qui permet au système de fonctionner à une très haute fréquence pouvant atteindre 500 kilohertz. Plus haute fréquence permet d'utiliser des composants plus compacts à l'intérieur du chargeur. Le circuit intégré illustré ci-dessous contrôle l'alimentation.

Contrôleur SMPS - contrôleur résonant haute tension L6599 ; Pour une raison quelconque, il est étiqueté DAP015D. Il utilise une topologie résonante en demi-pont ; Dans un circuit en demi-pont, deux transistors contrôlent la puissance via un convertisseur. Les alimentations à découpage courantes utilisent un contrôleur PWM (modulation de largeur d'impulsion) qui ajuste la synchronisation de l'entrée. L6599 corrige la fréquence du pouls, pas son pouls. Les deux transistors sont activés alternativement pendant 50 % du temps. Lorsque la fréquence augmente au-dessus de la fréquence de résonance, la puissance chute, le contrôle de fréquence régule donc la tension de sortie.

Les deux transistors sont alternativement activés et désactivés pour abaisser la tension entrante. Le convertisseur et le condensateur résonnent à la même fréquence, lissant l'entrée interrompue dans l'onde sinusoïdale.

Conversion de puissance secondaire
La seconde moitié du circuit génère la sortie du chargeur. Il reçoit l'énergie du convertisseur et, à l'aide de diodes, la convertit en courant continu. Les condensateurs de filtrage lissent la tension provenant du chargeur via le câble.

Le rôle le plus important de la partie secondaire du chargeur est de maintenir des tensions dangereusement élevées à l'intérieur du chargeur afin d'éviter tout choc potentiellement dangereux pour l'appareil final. La limite d'isolation, marquée d'une ligne pointillée rouge dans l'image ci-dessus, indique la séparation entre la partie haute tension principale et la partie secondaire basse tension de l'appareil. Les deux côtés sont séparés l'un de l'autre d'une distance d'environ 6 mm.

Un transformateur transfère l'énergie entre les appareils primaires et secondaires en utilisant des champs magnétiques au lieu d'une connexion électrique directe. Les fils du transformateur sont triplement isolés pour plus de sécurité. Les chargeurs bon marché ont tendance à être avares en isolation. Cela crée un risque pour la sécurité. L'optocoupleur utilise un faisceau de lumière interne pour transmettre le signal retour entre les parties secondaire et primaire du chargeur. Une puce de contrôle dans la partie principale de l'appareil utilise un signal de rétroaction pour ajuster la fréquence de commutation afin de maintenir la tension de sortie stable.

Microprocesseur puissant à l'intérieur du chargeur
Le composant inattendu du chargeur est un circuit imprimé miniature avec un microcontrôleur, visible dans notre schéma ci-dessus. Ce processeur 16 bits surveille en permanence la tension et le courant du chargeur. Il active la transmission lorsque le chargeur est connecté au MacBook et désactive la transmission lorsque le chargeur est déconnecté. Le chargeur s'éteint en cas de problème. Ce microcontrôleur Texas Instruments MSP430 a à peu près la même puissance que le processeur du premier Macintosh original. Le processeur du chargeur est un microcontrôleur basse consommation doté de 1 Ko de mémoire flash et de seulement 128 octets de RAM. Il comprend un convertisseur analogique-numérique 16 bits de haute précision.

Les 68 000 microprocesseurs de l'Apple Macintosh d'origine et les 430 microcontrôleurs du Charger ne sont pas comparables car ils ont des conceptions et des jeux d'instructions différents. Mais pour une comparaison approximative, le 68000 est un processeur 16/32 bits fonctionnant à 7,8 MHz, tandis que le MSP430 est un processeur 16 bits fonctionnant à 16 MHz. Le MSP430 est conçu pour une faible consommation d'énergie et utilise environ 1 % de l'alimentation du 68000.

Les pastilles carrées orange à droite servent à programmer la puce pendant la production. Le chargeur MacBook 60 W utilise le processeur MSP430, mais le chargeur 85 W utilise un processeur à usage général qui doit être flashé. Il est programmé avec une interface Spy-Bi-Wire, qui est la variante à deux fils de l'interface JTAG standard de TI. Une fois programmé, le fusible de sécurité de la puce est détruit pour empêcher la lecture ou la modification du firmware.

Le circuit intégré à trois broches sur la gauche (IC202) réduit le chargeur de 16,5 volts aux 3,3 volts requis par le processeur. La tension sur le processeur n'est pas fournie par un régulateur de tension standard, mais par le LT1460, qui produit 3,3 volts avec une précision extrêmement élevée de 0,075 %.

Beaucoup de petits composants sous le chargeur
Retourner le chargeur sur le circuit imprimé révèle des dizaines de minuscules composants. La puce du contrôleur PFC et de l'alimentation (SMPS) sont les principaux circuits intégrés qui contrôlent le chargeur. La puce de référence de tension est chargée de maintenir une tension stable même en cas de changement de température. Le circuit intégré de référence de tension est le TSM103/A, qui combine deux amplificateurs opérationnels et une référence de 2,5 V dans un circuit monopuce. Les propriétés des semi-conducteurs varient considérablement en fonction de la température, le maintien d'une tension stable n'est donc pas une tâche facile.

Ces puces sont entourées de minuscules résistances, condensateurs, diodes et autres petits composants. Le transistor de sortie MOS active et désactive la puissance de sortie selon les instructions du microcontrôleur. À gauche se trouvent des résistances qui mesurent le courant envoyé à l'ordinateur portable.

La limite d'isolation (marquée en rouge) sépare la haute tension du circuit de sortie basse tension pour des raisons de sécurité. La ligne pointillée rouge montre la limite d'isolation qui sépare le côté avec basse tension du côté avec haute tension. Les optocoupleurs envoient des signaux du côté secondaire à l'appareil principal, éteignant le chargeur en cas de problème.

Un peu sur la mise à la terre. Une résistance de terre de 1 KΩ connecte la broche de terre CA à la base à la sortie du chargeur. Quatre résistances de 9,1 MΩ connectent la base DC interne à la base de sortie. Puisqu’ils franchissent la frontière d’isolement, la sécurité est un problème. Leur grande stabilité évite les risques de choc. Les quatre résistances ne sont pas réellement nécessaires, mais la redondance existe pour garantir la sécurité et la tolérance aux pannes de l'appareil. Il y a également un condensateur Y (680pF, 250V) entre la masse interne et la masse de sortie. Le fusible T5A (5A) protège la sortie terre.

L’une des raisons pour lesquelles il faut installer plus de composants de commande dans un chargeur que d’habitude est la tension de sortie variable. Pour fournir 60 watts de tension, le chargeur fournit 16,5 volts avec un niveau de résistance de 3,6 ampères. Pour produire 85 watts, le potentiel augmente à 18,5 volts et la résistance est en conséquence de 4,6 ampères. Cela permet au chargeur d'être compatible avec les ordinateurs portables nécessitant des tensions différentes. À mesure que le potentiel de courant dépasse 3,6 ampères, le circuit augmente progressivement la tension de sortie. Le chargeur s'éteint immédiatement lorsque la tension atteint 90 W.

Le schéma de contrôle est assez complexe. La tension de sortie est contrôlée par un amplificateur opérationnel dans le circuit intégré TSM103/A, qui la compare à une tension de référence générée par le même circuit intégré. Cet amplificateur envoie le signal de retour via un optocoupleur au circuit intégré de contrôle SMPS du côté primaire. Si la tension est trop élevée, le signal de retour abaisse la tension et vice versa. Il s'agit d'une pièce assez simple, mais lorsque la tension passe de 16,5 volts à 18,5 volts, les choses se compliquent.

Le courant de sortie crée une tension aux bornes des résistances avec une petite résistance de 0,005 Ω chacune - elles ressemblent plus à des fils qu'à des résistances. L'amplificateur opérationnel de la puce TSM103/A amplifie cette tension. Ce signal va au petit ampli opérationnel TS321, qui déclenche la rampe lorsque le signal atteint 4,1 A. Ce signal entre dans le circuit de commande décrit précédemment, augmentant la tension de sortie. Le signal de courant va également dans le petit comparateur TS391, qui envoie le signal au périphérique principal via un autre optocoupleur pour réduire la tension de sortie. Il s'agit d'un circuit de protection si le niveau de courant devient trop élevé. Il y a plusieurs endroits sur le PCB où des résistances à résistance nulle (c'est-à-dire des cavaliers) peuvent être installées pour modifier le gain. amplificateur opérationnel. Cela permet d'ajuster la précision du gain pendant la fabrication.

Prise Magsafe
La prise magnétique Magsafe qui se connecte à un Macbook est plus complexe qu’il n’y paraît à première vue. Il dispose de cinq broches à ressort (appelées broches Pogo) pour la connexion à l'ordinateur, ainsi que de deux broches d'alimentation et de deux broches de masse. La broche du milieu est la connexion de données à l'ordinateur.

À l’intérieur, Magsafe est une puce miniature qui indique à l’ordinateur portable le numéro de série, le type et la puissance du chargeur. L'ordinateur portable utilise ces données pour déterminer si le chargeur est original. La puce contrôle également un indicateur LED pour une indication visuelle de l'état. L'ordinateur portable ne reçoit pas de données directement du chargeur, mais uniquement via la puce intégrée à Magsafe.

Utilisation du chargeur
Vous avez peut-être remarqué que lorsque vous connectez le chargeur à l'ordinateur portable, une ou deux secondes s'écoulent avant que le capteur LED ne soit activé. Pendant ce temps, une interaction complexe se produit entre la prise Magsafe, le chargeur et le Macbook lui-même.

Lorsque le chargeur est déconnecté de l'ordinateur portable, le transistor de sortie bloque la sortie de la tension. Si vous mesurez la tension du chargeur de votre MacBook, vous trouverez environ 6 volts au lieu des 16,5 volts que vous espériez voir. La raison en est que la broche est déconnectée et que vous mesurez la tension à travers une résistance de dérivation juste en dessous du transistor de sortie. Lorsque la prise Magsafe est connectée au Macbook, elle commence à tirer de la tension niveau bas. Le microcontrôleur du chargeur le détecte et met sous tension en quelques secondes. Pendant ce temps, l'ordinateur portable parvient à recevoir toutes les informations nécessaires sur le chargeur depuis la puce située à l'intérieur de Magsafe. Si tout va bien, l'ordinateur portable commence à consommer de l'énergie du chargeur et envoie un signal Indicateur LED. Lorsque la prise Magsafe est débranchée de l'ordinateur portable, le microcontrôleur détecte la perte de courant et coupe l'alimentation électrique, ce qui éteint également les LED.

Une question tout à fait logique se pose : pourquoi le chargeur Apple est-il si compliqué ? D'autres chargeurs d'ordinateurs portables fournissent simplement 16 volts et fournissent immédiatement une tension lorsqu'ils sont connectés à l'ordinateur. La raison principale est pour des raisons de sécurité, afin de garantir qu'aucune tension n'est appliquée jusqu'à ce que les broches soient fermement fixées à l'ordinateur portable. Cela minimise le risque d'étincelles ou d'arcs électriques lors de la connexion d'une prise Magsafe.

Pourquoi vous ne devriez pas utiliser de chargeurs bon marché
Le chargeur original du Macbook 85W coûte 79 $. Mais pour 14 $, vous pouvez acheter sur eBay un chargeur qui ressemble exactement à l'original. Alors, qu'obtenez-vous pour les 65 $ supplémentaires ? Comparons la copie du chargeur avec l'original. De l'extérieur, le chargeur ressemble exactement au 85W original d'Apple. Sauf que le logo Apple lui-même est absent. Mais si l’on regarde à l’intérieur, les différences deviennent évidentes. Les photos ci-dessous montrent un véritable chargeur Apple à gauche et une copie à droite.

Une copie du chargeur comporte deux fois moins de pièces que l'original et l'espace sur le circuit imprimé est tout simplement vide. Bien que le véritable chargeur Apple regorge de composants, la réplique n'est pas conçue pour beaucoup de filtrage et de régulation et manque de circuits PFC. Le transformateur dans la copie du chargeur (grand rectangle jaune) est beaucoup plus grand que le modèle original. La fréquence plus élevée de l'Advanced Resonant Converter d'Apple permet l'utilisation d'un transformateur plus petit.

En retournant le chargeur et en regardant le circuit imprimé, vous pouvez voir un circuit plus complexe du chargeur d'origine. La copie n'a qu'un seul CI de contrôle (dans le coin supérieur gauche). Puisque le circuit PFC est complètement abandonné. De plus, le clone de charge est moins difficile à contrôler et n'a pas de mise à la terre. Vous comprenez ce que cela menace.

Il convient de noter que le chargeur de copie utilise une puce de contrôleur PWM verte Fairchild FAN7602, qui est plus avancée que ce à quoi vous pourriez vous attendre. Je pense que la plupart s’attendaient à voir quelque chose comme un simple oscillateur à transistor. Et de plus, les copies, contrairement à l'original, utilisent un circuit imprimé simple face.

En fait une copie du chargeur meilleure qualité, que ce à quoi on pourrait s'attendre, comparé aux terribles copies des chargeurs iPad et iPhone. Une copie du chargeur MacBook ne suffit pas composants possibles et utilise un circuit moyennement complexe. Ce chargeur met également un peu l'accent sur la sécurité. L'isolation des composants et la séparation des zones haute et basse tension sont utilisées, à l'exception d'une erreur dangereuse, que vous verrez ci-dessous. Le condensateur Y (bleu) était monté de travers et dangereusement près du contact de l'optocoupleur du côté haute tension, créant un risque de choc électrique.

Problèmes avec l'original d'Apple
L'ironie est que malgré la complexité et l'attention portée aux détails, le chargeur Appareil Apple MacBook n'est pas un appareil sans problème. Sur Internet, vous pouvez trouver de nombreuses photos différentes de chargeurs brûlés, endommagés et tout simplement non fonctionnels. La partie la plus vulnérable du chargeur d'origine est le fil situé au niveau de la prise Magsafe. Le câble est assez fragile et s'effiloche rapidement, ce qui entraîne son endommagement, son grillage ou simplement sa rupture. Apple fournit instructions détaillées comment éviter d'endommager le câble au lieu de simplement fournir un câble plus puissant. Suite à un avis sur le site Pomme Le chargeur n'a reçu que 1,5 étoiles sur 5.

Les chargeurs MacBook peuvent également cesser de fonctionner en raison de problèmes internes. Les photos ci-dessus et ci-dessous montrent des marques de brûlure à l'intérieur du chargeur Apple défectueux. Malheureusement, il est impossible de dire exactement ce qui a provoqué l'incendie. À cause de court-circuit la moitié des composants et une bonne partie du circuit imprimé ont grillé. Ci-dessous sur la photo se trouve une isolation en silicone brûlée pour la fixation de la planche.

Pourquoi les chargeurs d'origine sont-ils si chers ?
Comme vous pouvez le constater, le chargeur Apple a une conception plus avancée que ses copies et possède fonctionnalités supplémentaires pour la sécurité. Cependant, le chargeur d'origine coûte 65 $ de plus et je doute que les composants supplémentaires coûtent plus de 10 à 15 $. Une grande partie du coût du chargeur est affectée aux résultats financiers de l'entreprise. On estime que le coût de l'iPhone représente 45 % du bénéfice net de l'entreprise. Les chargeurs rapportent probablement encore plus d’argent. Le prix de l’original d’Apple devrait être nettement inférieur. L'appareil comporte de nombreux petits composants (résistances, condensateurs et transistors) dont le prix varie autour d'un centime. Les gros semi-conducteurs, condensateurs et inductances coûtent naturellement beaucoup plus cher, mais par exemple, le processeur MSP430 16 bits ne coûte que 0,45 $. Apple explique le coût élevé non seulement par les coûts de marketing, etc., mais également par les coûts élevés du développement même d'un modèle de chargeur particulier. Le livre Practical Switching Power Supply Design estime qu'il faudra 9 mois de travail pour concevoir et améliorer les alimentations à environ 200 000 dollars. L'entreprise vend environ 20 millions de MacBook par an. Si vous investissez le coût de développement dans le coût de l’appareil, cela ne représentera que 1 centime. Même si les coûts de conception et de développement des chargeurs Apple sont 10 fois plus élevés, le prix ne dépassera pas 10 centimes. Malgré tout cela, je ne vous recommande pas d’économiser votre argent en achetant des chargeurs analogiques et en risquant votre ordinateur portable et même votre santé.

Et pour le reste
Les utilisateurs ne sont pas souvent intéressés par ce qu’il y a à l’intérieur du chargeur. Mais il y a beaucoup de choses intéressantes là-bas. La charge apparemment simple utilise des technologies avancées, notamment la correction du facteur de puissance et l’alimentation résonante, pour produire 85 watts de puissance dans un module compact. Le chargeur Macbook est une pièce d’ingénierie impressionnante. Dans le même temps, ses copies s'efforcent de rendre tout aussi bon marché que possible. C'est bien sûr économique, mais aussi dangereux pour vous et votre ordinateur portable.

Ils ont une propriété désagréable : ils s'usent assez rapidement. Parfois, c'est tout simplement moche : le « remplissage » interne du fil devient noir sur fond de coque blanche. Parfois, c’est très, très grave, car la « recharge » cesse de fonctionner. Nous devons faire quelque chose ! Voulez-vous économiser 5 000 roubles sur l'achat d'un nouvel accessoire ? Lisez nos instructions!

Tout d'abord, déconnectez le câble du réseau. D'autres actions dépendent de ses performances.

Travaux

Si le fil vient juste de commencer à s'effilocher et est toujours en charge MacBook, il ne sera pas difficile de corriger la situation. Tout ce que vous avez à faire est d'acheter du ruban isolant liquide (le prix est de 300 roubles), de l'appliquer sur la zone endommagée à l'aide d'un pinceau (généralement inclus) et de le laisser sécher pendant une heure. De cette façon, vous résoudrez plusieurs problèmes à la fois : vous éviterez une destruction ultérieure du fil, éviterez les problèmes avec la partie « électrique » et (si le ruban isolant liquide est blanc) rendrez le fil réparé plus élégant en apparence. La même chose peut et doit être faite avec les câbles usés pour iPhone et iPad.

Ne fonctionne pas

Si tu t'en rends compte trop tard et MacBook ne se charge plus à partir d'un fil effiloché - ce n'est pas grave ! Pour de tels cas, il existe un guide étape par étape spécial d'iFixit. Vous n'avez pas besoin d'être électricien pour tout faire correctement.

Si quelque chose ne fonctionne pas ou si vous ne voulez pas vous embêter, vous pouvez toujours :

1. Achetez un câble d'occasion sur eBay ou dans un marché aux puces local. Il est tout à fait possible d'économiser jusqu'à 50% du prix de l'accessoire officiel.
2. Profitez de la garantie Apple standard d'un an (si elle n'est pas déjà expirée) ou de trois ans prolongée (si achetée).

Bonne chance pour résoudre le problème - et la prochaine fois, gardez un œil sur l'état de votre équipement « câble » ! :)

Vous êtes-vous déjà demandé ce qu'il y avait à l'intérieur de votre chargeur MacBook ? En effet, les développeurs ont intégré un circuit très volumineux et complexe dans une alimentation compacte, comprenant des microcontrôleurs. Ce chargeur fonctionne pour charger et alimenter votre ordinateur portable.

La plupart des appareils électroniques grand public, des téléphones mobiles aux téléviseurs, utilisent une alimentation à découpage pour convertir le courant alternatif d'une prise 220 V en courant continu basse tension dans les circuits électroniques. Une alimentation à découpage tire son nom du fait qu'elle change d'état des milliers de fois par seconde, ce qui s'avère être un moyen très efficace de mettre en œuvre une conversion de tension.

Les alimentations à découpage sont désormais très bon marché, mais cela n’a pas toujours été le cas. Il y a à peine 40 ans, les alimentations à découpage étaient complexes et coûteuses, utilisées principalement dans les applications aérospatiales et satellitaires qui nécessitaient des alimentations petites et légères. Au début des années 1980, les nouveaux transistors haute tension et d’autres technologies ont rendu les alimentations à découpage beaucoup moins chères et sont devenues largement utilisées dans les ordinateurs.

Apple utilise largement les alimentations à découpage et, sur la base de ce principe, a créé un chargeur avec une conception de circuit compacte et avancée.

À l'intérieur du chargeur

Le bloc a été ouvert puissance macbook 85w, modèle pour a1172, suffisamment petit pour tenir même dans la paume de votre main. L'image ci-dessous montre plusieurs caractéristiques qui vous permettent de distinguer le chargeur d'un faux : le logo Apple dans le boîtier en métal (et non en plastique) et le numéro de série à côté de la broche « masse ».

Curieusement, le moyen le plus simple d'ouvrir le BP est de passer un ciseau autour de la couture de connexion pour l'ouvrir. Les dissipateurs thermiques destinés au refroidissement des semi-conducteurs de puissance sont visibles après démontage à l'intérieur du chargeur.

Le schéma ci-dessous montre les principaux composants du chargeur. L’alimentation CA entre dans le chargeur et est convertie en alimentation CC. Le circuit PFC (Power Factor Correction) améliore l'efficacité en maintenant la charge de la ligne CA stable. La haute tension continue du correcteur est fournie au transformateur. La partie secondaire reçoit l'alimentation basse tension d'un transformateur et les sorties reçoivent une tension continue pour l'ordinateur portable.

Cliquez pour agrandir le schéma

Le courant alternatif entre dans le chargeur via une fiche secteur amovible. Le grand avantage des alimentations à découpage est qu’elles peuvent être conçues pour fonctionner sur une large plage de tensions d’entrée. En remplaçant simplement la fiche, le chargeur peut être utilisé dans n'importe quelle région du monde, du 240 volts européen à 50 Hertz à l'Amérique du Nord avec 120 volts à 60 Hz. Filtre - condensateurs et inductances dans la partie d'entrée, empêchent les interférences de la sortie du chargeur via les lignes 220 V. Le pont redresseur contient quatre diodes qui convertissent le courant alternatif en courant continu.

Le circuit primaire est le cœur du chargeur. Il fournit une tension continue élevée au circuit PFC, puis l'envoie au transformateur pour créer une sortie basse tension (16,5-18,5 volts). Le bloc d'alimentation utilise un contrôleur résonant qui permet au système de fonctionner à des fréquences très élevées, jusqu'à 500 kilohertz. La haute fréquence permet l’utilisation de composants plus petits pour une conception de chargeur plus compacte. La puce sur la photo ci-dessous contrôle une alimentation à découpage.

Le secondaire reçoit l'énergie du transformateur et la convertit en courant continu avec des diodes. Les condensateurs de filtrage atténuent la force qui quitte le chargeur via le câble de sortie.

Il est important de maintenir les hautes tensions dangereuses à l'écart de la sortie pour éviter des problèmes mortels. Les limites d'isolation, marquées en rouge sur le schéma, montrent la séparation entre les parties haute tension et principale basse tension. Les deux côtés sont espacés d’environ 6 mm et seuls les composants spéciaux peuvent franchir cette limite.

Cliquez pour agrandir le schéma

Le transformateur transfère l'énergie de manière fiable entre les unités primaires et secondaires en utilisant un champ magnétique au lieu d'une connexion électrique directe. Les bobines de fil à l’intérieur du transformateur sont triplement isolées pour plus de sécurité. Les chargeurs contrefaits bon marché ont tendance à lésiner sur l'isolation, ce qui peut présenter un risque pour la sécurité.
La puce de contrôle utilise un signal de retour pour ajuster la fréquence de commutation et maintenir la tension de sortie stable.

Chargeur microprocesseur puissant

Un composant intéressant est la petite carte microcontrôleur vue ci-dessus. Ce processeur 16 bits surveille en permanence la tension et le courant du chargeur, permettant de désactiver la sortie lorsque le chargeur est déconnecté du MacBook. Ce msp430 microcontrôleur. Il n'a pas été possible de trouver un schéma complet, même s'il a fallu 2 heures pour parcourir des dizaines de sites Web sur l'électronique, donc si vous l'avez, envoyez-le-nous.

Le connecteur magnétique magsafe qui se connecte à votre MacBook est plus complexe que vous ne le pensez. Il dispose de cinq broches à ressort pour la connexion à votre ordinateur portable. Les deux broches d'alimentation des deux broches extérieures sont dupliquées et la broche du milieu est utilisée pour transférer des données vers l'ordinateur portable. De cette façon, vous n'avez pas à penser à la polarité : connectez-vous comme vous le souhaitez.

À l'intérieur du connecteur magsafe se trouve une petite puce qui informe l'ordinateur portable du type de chargeur : numéro de série, modèle et puissance. L'ordinateur portable utilise ces données pour déterminer si le chargeur est valide pour un fonctionnement normal. Cette puce contrôle également l'état des LED.

Pourquoi vous ne devriez pas acheter un chargeur bon marché

Un chargeur MacBook 85 W coûte 80 $, mais pour 15 $, vous pouvez acheter sur eBay un appareil identique. Attention, de l'extérieur, le chargeur ressemble au 85W d'Apple, même le nom et le logo seront là. Mais regarder à l’intérieur révèle de grandes différences. Les photos ci-dessus montrent l'Apple original et la copie sur le côté droit.

Discutez de l'article CHARGEMENT DU PSU POUR APPLE MACBOOK

Vous êtes-vous déjà demandé ce qu'il y avait à l'intérieur de votre chargeur MacBook ? L'alimentation compacte contient beaucoup plus de pièces que ce à quoi on pourrait s'attendre, y compris même un microprocesseur. Dans cet article, nous pourrons démonter le chargeur du MacBook pour voir les nombreux composants cachés à l'intérieur et découvrir comment ils interagissent les uns avec les autres pour fournir en toute sécurité l'électricité indispensable à l'ordinateur.

La plupart des appareils électroniques grand public, de votre smartphone à votre téléviseur, utilisent des alimentations à découpage pour convertir le courant alternatif d'une prise murale en courant continu basse tension utilisé par les circuits électroniques. Les alimentations à découpage, ou plus exactement les alimentations basse tension, tirent leur nom du fait qu'elles allument et éteignent l'alimentation des milliers de fois par seconde. C'est le plus efficace pour la conversion de tension.

La principale alternative à une alimentation à découpage est une alimentation linéaire, qui est beaucoup plus simple et convertit les surtensions en chaleur. En raison de cette perte d'énergie, le rendement d'une alimentation linéaire est d'environ 60 %, contre environ 85 % pour une alimentation à découpage. Les alimentations linéaires utilisent un transformateur volumineux pouvant peser jusqu'à un kilogramme ou plus, tandis que les alimentations à découpage peuvent utiliser de minuscules transformateurs haute fréquence.

De nos jours, ces alimentations sont très bon marché, mais cela n’a pas toujours été le cas. Dans les années 1950, les alimentations à découpage étaient complexes et coûteuses, utilisées dans les technologies aérospatiales et satellitaires qui nécessitaient une alimentation légère et compacte. Au début des années 1970, les nouveaux transistors haute tension et d’autres améliorations technologiques ont rendu les sources beaucoup moins chères et sont devenues largement utilisées dans les ordinateurs. L'introduction des contrôleurs monopuce en 1976 a rendu les convertisseurs de puissance encore plus simples, plus petits et moins chers.

L'utilisation par Apple d'alimentations à découpage remonte à 1977, lorsque l'ingénieur en chef Rod Holt a conçu une alimentation à découpage pour l'Apple II.

Selon Steve Jobs :

Cette alimentation à découpage était aussi révolutionnaire que la logique de l'Apple II. Rod n’a pas reçu beaucoup de reconnaissance dans les pages de l’histoire, mais il le méritait. Chaque ordinateur utilise désormais des alimentations à découpage et leur conception est toutes similaire à celle de Holt.

Qu'y a-t-il à l'intérieur ?

Aussi étrange que cela puisse paraître, la meilleure façon d'ouvrir la charge est d'utiliser un ciseau ou quelque chose de similaire et d'y ajouter un peu de force brute. Apple s'est initialement opposé à ce que quiconque ouvre ses produits et examine les « composants internes ». En retirant le boîtier en plastique, vous pouvez immédiatement voir les radiateurs métalliques. Ils contribuent à refroidir les semi-conducteurs de puissance logés à l’intérieur du chargeur.

Au dos du chargeur, vous pouvez voir le circuit imprimé. Quelques minuscules composants sont visibles, mais la plupart des circuits sont cachés sous des dissipateurs thermiques métalliques maintenus ensemble par du ruban isolant jaune.

Nous avons regardé les radiateurs et c'était suffisant. Pour voir tous les détails de l'appareil, il faut bien entendu retirer les radiateurs. Sous ces pièces métalliques se cachent beaucoup plus de composants que ce que l’on pourrait attendre d’une petite unité.

L'image ci-dessous montre les principaux composants du chargeur. Le courant alternatif entre dans le chargeur et est ensuite converti en courant continu. Le circuit PFC (Power Factor Correction) améliore l'efficacité en fournissant une charge stable sur la ligne CA. Conformément aux fonctions exercées, la carte peut être divisée en deux parties : haute tension et basse tension. La partie haute tension de la carte, ainsi que les composants qui y sont placés, sont conçus pour abaisser la tension continue haute tension et la transmettre au transformateur. La partie basse tension reçoit une tension basse tension constante du transformateur et transmet la tension constante du niveau requis à l'ordinateur portable. Ci-dessous, nous examinerons ces schémas plus en détail.

Entrée CA vers le chargeur

Regardez cette vidéo pour une démonstration plus claire du fonctionnement d'un pont redresseur.

PFC : Lissage de puissance

Le circuit PFC utilise un transistor de puissance pour découper avec précision l'entrée CA des dizaines de milliers de fois par seconde. Contrairement aux attentes, cela rend la charge sur les lignes AC plus fluide. Les deux plus gros composants du chargeur sont l'inductance et le condensateur PFC, qui contribuent à augmenter la tension continue à 380 volts. Le chargeur utilise la puce MC33368 pour déclencher le PFC.

Conversion de puissance primaire

Contrôleur SMPS - contrôleur résonant haute tension L6599 ; Pour une raison quelconque, il est étiqueté DAP015D. Il utilise une topologie résonante en demi-pont ; Dans un circuit en demi-pont, deux transistors contrôlent la puissance via un convertisseur. Les alimentations à découpage courantes utilisent un contrôleur PWM (modulation de largeur d'impulsion) qui ajuste la synchronisation de l'entrée. L6599 corrige la fréquence du pouls, pas son pouls. Les deux transistors sont activés alternativement pendant 50 % du temps. Lorsque la fréquence augmente au-dessus de la fréquence de résonance, la puissance chute, le contrôle de fréquence régule donc la tension de sortie.

Les deux transistors sont alternativement activés et désactivés pour abaisser la tension entrante. Le convertisseur et le condensateur résonnent à la même fréquence, lissant l'entrée interrompue dans l'onde sinusoïdale.

Conversion de puissance secondaire

Le rôle le plus important des parties basse tension du chargeur est de maintenir des tensions dangereusement élevées à l'intérieur du chargeur afin d'éviter tout choc potentiellement dangereux pour l'appareil final. L'espace d'isolation, marqué d'une ligne pointillée rouge dans l'image ci-dessus, indique la séparation entre la partie haute tension principale et la partie basse tension de l'appareil. Les deux côtés sont séparés l'un de l'autre d'une distance d'environ 6 mm.

Un transformateur transfère l'énergie entre les appareils primaires et secondaires en utilisant des champs magnétiques au lieu d'une connexion électrique directe. Les fils du transformateur sont triplement isolés pour plus de sécurité. Les chargeurs bon marché ont tendance à être avares en isolation. Cela crée un risque pour la sécurité. L'optocoupleur utilise un faisceau de lumière interne pour transmettre un signal de rétroaction entre les parties basse tension et haute tension du chargeur. Une puce de contrôle dans la partie haute tension de l'appareil utilise un signal de retour pour ajuster la fréquence de commutation afin de maintenir la tension de sortie stable.

Microprocesseur puissant à l'intérieur du chargeur

Les 68 000 microprocesseurs de l'Apple Macintosh d'origine et les 430 microcontrôleurs du Charger ne sont pas comparables car ils ont des conceptions et des jeux d'instructions différents. Mais pour une comparaison approximative, le 68000 est un processeur 16/32 bits fonctionnant à 7,8 MHz, tandis que le MSP430 est un processeur 16 bits fonctionnant à 16 MHz. Le MSP430 est conçu pour une faible consommation d'énergie et utilise environ 1 % de l'alimentation du 68000.

Les pastilles plaquées or à droite servent à programmer la puce lors de la fabrication. Le chargeur MacBook 60 W utilise le processeur MSP430, mais le chargeur 85 W utilise un processeur à usage général qui doit être flashé. Il est programmé avec une interface Spy-Bi-Wire, qui est la variante à deux fils de l'interface JTAG standard de TI. Une fois programmé, le fusible de sécurité de la puce est détruit pour empêcher la lecture ou la modification du firmware.

Le circuit intégré à trois broches sur la gauche (IC202) réduit le chargeur de 16,5 volts aux 3,3 volts requis par le processeur. La tension sur le processeur n'est pas fournie par un régulateur de tension standard, mais par le LT1460, qui produit 3,3 volts avec une précision extrêmement élevée de 0,075 %.

Beaucoup de petits composants sous le chargeur

Ces puces sont entourées de minuscules résistances, condensateurs, diodes et autres petits composants. Le transistor de sortie MOS active et désactive la puissance de sortie selon les instructions du microcontrôleur. À gauche se trouvent des résistances qui mesurent le courant envoyé à l'ordinateur portable.

L'espace d'isolation (marqué en rouge) sépare la haute tension du circuit de sortie basse tension pour des raisons de sécurité. La ligne pointillée rouge montre la limite d'isolation qui sépare le côté basse tension du côté haute tension. Les optocoupleurs envoient des signaux du côté basse tension à l'appareil principal, éteignant le chargeur en cas de problème.

Un peu sur la mise à la terre. Une résistance de terre de 1 KΩ connecte la broche de terre CA à la base à la sortie du chargeur. Quatre résistances de 9,1 MΩ connectent la base DC interne à la base de sortie. Puisqu’ils franchissent la frontière d’isolement, la sécurité est un problème. Leur grande stabilité évite les risques de choc. Les quatre résistances ne sont pas réellement nécessaires, mais la redondance existe pour garantir la sécurité et la tolérance aux pannes de l'appareil. Il y a également un condensateur Y (680pF, 250V) entre la masse interne et la masse de sortie. Le fusible T5A (5A) protège la sortie terre.

L’une des raisons pour lesquelles il faut installer plus de composants de commande dans un chargeur que d’habitude est la tension de sortie variable. Pour produire 60 watts de tension, le chargeur fournit 16,5 volts avec un niveau de résistance de 3,6 ohms. Pour produire 85 watts, le potentiel augmente à 18,5 volts et la résistance est respectivement de 4,6 ohms. Cela permet au chargeur d'être compatible avec les ordinateurs portables nécessitant des tensions différentes. À mesure que le potentiel de courant dépasse 3,6 ampères, le circuit augmente progressivement la tension de sortie. Le chargeur s'éteint immédiatement lorsque la tension atteint 90 W.

Le schéma de contrôle est assez complexe. La tension de sortie est contrôlée par un amplificateur opérationnel dans le circuit intégré TSM103/A, qui la compare à une tension de référence générée par le même circuit intégré. Cet amplificateur envoie un signal de retour via un optocoupleur au circuit intégré de contrôle SMPS côté haute tension. Si la tension est trop élevée, le signal de retour abaisse la tension et vice versa. Il s'agit d'une pièce assez simple, mais lorsque la tension passe de 16,5 volts à 18,5 volts, les choses se compliquent.

Le courant de sortie crée une tension aux bornes des résistances avec une petite résistance de 0,005 Ω chacune - elles ressemblent plus à des fils qu'à des résistances. L'amplificateur opérationnel de la puce TSM103/A amplifie cette tension. Ce signal va au petit ampli opérationnel TS321, qui déclenche la rampe lorsque le signal atteint 4,1 A. Ce signal entre dans le circuit de commande décrit précédemment, augmentant la tension de sortie. Le signal de courant va également dans le petit comparateur TS391, qui envoie le signal au dispositif haute tension via un autre optocoupleur pour réduire la tension de sortie. Il s'agit d'un circuit de protection si le niveau de courant devient trop élevé. Il existe plusieurs endroits sur le PCB où des résistances à résistance nulle (c'est-à-dire des cavaliers) peuvent être installées pour modifier le gain de l'ampli opérationnel. Cela permet d'ajuster la précision du gain pendant la fabrication.

Prise Magsafe

À l’intérieur, Magsafe est une puce miniature qui indique à l’ordinateur portable le numéro de série, le type et la puissance du chargeur. L'ordinateur portable utilise ces données pour déterminer si le chargeur est original. La puce contrôle également un indicateur LED pour une indication visuelle de l'état. L'ordinateur portable ne reçoit pas de données directement du chargeur, mais uniquement via la puce intégrée à Magsafe.

Utilisation du chargeur

Lorsque le chargeur est déconnecté de l'ordinateur portable, le transistor de sortie bloque la sortie de la tension. Si vous mesurez la tension du chargeur de votre MacBook, vous trouverez environ 6 volts au lieu des 16,5 volts que vous espériez voir. La raison en est que la broche est déconnectée et que vous mesurez la tension à travers une résistance de dérivation juste en dessous du transistor de sortie. Lorsque la prise Magsafe est connectée au Macbook, elle commence à tirer une basse tension. Le microcontrôleur du chargeur le détecte et met sous tension en quelques secondes. Pendant ce temps, l'ordinateur portable parvient à recevoir toutes les informations nécessaires sur le chargeur depuis la puce située à l'intérieur de Magsafe. Si tout va bien, l'ordinateur portable commence à consommer de l'énergie du chargeur et envoie un signal à l'indicateur LED. Lorsque la prise Magsafe est débranchée de l'ordinateur portable, le microcontrôleur détecte la perte de courant et coupe l'alimentation électrique, ce qui éteint également les LED.

Une question tout à fait logique se pose : pourquoi le chargeur Apple est-il si compliqué ? D'autres chargeurs d'ordinateurs portables fournissent simplement 16 volts et fournissent immédiatement une tension lorsqu'ils sont connectés à l'ordinateur. La raison principale est pour des raisons de sécurité, afin de garantir qu'aucune tension n'est appliquée jusqu'à ce que les broches soient fermement fixées à l'ordinateur portable. Cela minimise le risque d'étincelles ou d'arcs électriques lors de la connexion d'une prise Magsafe.

Pourquoi vous ne devriez pas utiliser de chargeurs bon marché

Une copie du chargeur comporte deux fois moins de pièces que l'original et l'espace sur le circuit imprimé est tout simplement vide. Bien que le véritable chargeur Apple regorge de composants, la réplique n'est pas conçue pour beaucoup de filtrage et de régulation et manque de circuits PFC. Le transformateur dans la copie du chargeur (grand rectangle jaune) est beaucoup plus grand que le modèle original. La fréquence plus élevée de l'Advanced Resonant Converter d'Apple permet l'utilisation d'un transformateur plus petit.

En retournant le chargeur et en regardant le circuit imprimé, vous pouvez voir un circuit plus complexe du chargeur d'origine. La copie n'a qu'un seul CI de contrôle (dans le coin supérieur gauche). Puisque le circuit PFC est complètement abandonné. De plus, le clone de charge est moins difficile à contrôler et n'a pas de mise à la terre. Vous comprenez ce que cela menace.

Il convient de noter que le chargeur de copie utilise une puce de contrôleur PWM verte Fairchild FAN7602, qui est plus avancée que ce à quoi vous pourriez vous attendre. Je pense que la plupart s’attendaient à voir quelque chose comme un simple oscillateur à transistor. Et de plus, les copies, contrairement à l'original, utilisent un circuit imprimé simple face.

En fait, la copie du chargeur est de meilleure qualité que ce à quoi on pourrait s'attendre, comparée aux terribles copies des chargeurs iPad et iPhone. La copie du chargeur MacBook ne réduit pas tous les composants possibles et utilise un circuit moyennement complexe. Ce chargeur met également un peu l'accent sur la sécurité. L'isolation des composants et la séparation des zones haute et basse tension sont utilisées, à l'exception d'une erreur dangereuse, que vous verrez ci-dessous. Le condensateur Y (bleu) était monté de travers et dangereusement près du contact de l'optocoupleur du côté haute tension, créant un risque de choc électrique.

Problèmes avec l'original d'Apple

Les chargeurs MacBook peuvent également cesser de fonctionner en raison de problèmes internes. Les photos ci-dessus et ci-dessous montrent des marques de brûlure à l'intérieur du chargeur Apple défectueux. Malheureusement, il est impossible de dire exactement ce qui a provoqué l'incendie. En raison d'un court-circuit, la moitié des composants et une bonne partie du circuit imprimé ont grillé. Ci-dessous sur la photo se trouve une isolation en silicone brûlée pour la fixation de la planche.

Pourquoi les chargeurs d'origine sont-ils si chers ?

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