Adaptery prądu stałego: dlaczego tak mało wzmacniaczy?

9

Jeśli mam urządzenie, które pobiera 5 amperów przy 12 woltach, mogę użyć dowolnego 12-woltowego adaptera prądu stałego, który może zapewnić co najmniej 5 amperów.

Dlaczego nie wszystkie adaptery DC mają moc zapewniającą mnóstwo wzmacniaczy !? Gdyby wszystkie adaptery prądu stałego zapewniały np. 1000 amperów, musielibyśmy tylko dbać o wartość napięcia.

Czy zbyt wiele wzmacniaczy powoduje, że adaptery DC stają się nieporęczne, nieefektywne lub drogie?

Bogaty
źródło
13
Nie ma czegoś takiego jak darmowy lunch.
whatsisname
18
Dlaczego silnik o mocy 500 KM kosztuje więcej i waży więcej niż silnik o mocy 50 KM?
Olin Lathrop
1
Dziękuję wszystkim za odpowiedzi! Głosowałbym za wami wszystkimi, gdybym miał reputację ... Zastanawiałem się również, czy to kwestia bezpieczeństwa? ograniczyć prąd, jeśli wystąpiło zwarcie lub coś takiego. Ale nie sądzę, żeby to było poprawne ...?
Bogaty
1
@Rich, bezpieczeństwo zdecydowanie wchodzi w grę. Jeśli kiedykolwiek narysowałeś łuk przy 12V1000A (łatwo jest wyciągnąć łuk przy 12V), łuk ten mógłby potencjalnie być znacznie większy niż łuk spawalniczy - nie tyle bezpośrednie zagrożenie życia, ale na pewno zagrożenie pożarowe. Nawet jeśli nic więcej, stopiłoby twoje kable w kałużę stopionego metalu.
TDHofstetter
5
Ale lubię ciągnąć mój zasilacz o masie 21 kg, aby naładować telefon!
JYelton

Odpowiedzi:

30

Wszystkie elementy składające się na adaptery DC (cewki indukcyjne, tranzystory, kondensatory, diody itp.) Są przystosowane do określonego rozproszenia prądu i / lub mocy. Komponenty, które mogą obsłużyć 1000A w porównaniu z komponentami, które mogą obsłużyć 5A, są rzędami wielkości oprócz kosztów, wielkości i dostępności.

Na przykład spójrzmy na cewkę indukcyjną, która mogłaby być zastosowana w zasilaniu 1000A w porównaniu z zasilaniem 5A.

Cena: Cewka indukcyjna, która może wykonać 5 A, kosztuje 0,17 USD na digikey, cewka indukcyjna, która może wykonać 5 A, kosztuje 400 USD.

Rozmiar: induktor 5A ma wymiary 5 mm x 5 mm, a induktor 200 A ma wymiary 190 mm x 190 mm.

Dostępność: Digikey posiada ponad 5000 różnych induktorów, które mogą obsłużyć 5A. Nie ma nawet nic ocenianego na więcej niż 200A. Ma tylko 7, które mogą zrobić więcej niż 100A.

Teraz powtórz ten eksperyment dla wszystkich elementów znajdujących się we wspólnym adapterze ściennym, a szybko uzyskasz odpowiedź na swoje pytanie.

Podsumowując: Jeśli posiadasz dwa urządzenia, które potrzebowały odpowiednio 5A i 6A, wolałbyś raczej kupić coś, co kosztuje w tysiącach dolarów i jest większe niż Twoja wanna, abyś mógł używać go na obu urządzeniach, lub wolałbyś kupić dwa adaptery wielkości dłoni za 30 $?

ACD
źródło
Transformator 5 kVA jest w zakresie 500-1000 $
Vladimir Cravero
1
Wspólny adapter ścienny, z którym się łączysz, wydaje się być zasilaczem liniowym. Zasilacze impulsowe (w zasadzie wszystkie nowoczesne adaptery ścienne) są jeszcze bardziej skomplikowane.
ntoskrnl
1
@ntoskrnl, masz rację! Zredagowałem link, aby pokazać, że tak. Myślę, że było warto, ponieważ użyłem induktora w moim przykładzie i tego brakowało induktora!
ACD
1
@ACD Nie jestem pewien, czy powinieneś użyć 2 zasilaczy wielkości dłoni, aby dostarczyć 5A. Wciśnięcie 5A w obwód z zasilaczem o wartości mniejszej niż połowa z pewnością go uszkodzi (osobiste doświadczenie: P)
krótka historia
2
@shortstheory Nie to miałem na myśli, ale było mylące, więc wyjaśniłem podsumowanie.
ACD
11

W rzeczywistości istnieje kilka powodów, w tym wszystko, o czym wspomniałeś:

Prąd jest tylko tyle

W USA przeciętne gniazdko to obwód 120 V, 15 A. Oznacza to, że może dostarczyć maksymalnie 1800 W (P = V * I) (to znaczy, że moc jest równa napięciu razy prąd). W przypadku obwodu 12 V oznacza to, że dostępne jest tylko 150 A (1800 W / 5 V = 150 A). Aby uzyskać obwód 12 V, 1000 A, potrzebujesz minimum 100 A zasilanego z gniazdka - znacznie więcej, niż mogłoby to zapewnić. Oczywiście obwód 5 A lub 10 A dobrze pasowałby do możliwości zasilania standardowego gniazdka.

Przesyłanie energii jest nieefektywne

Nawet gdyby moc była dostępna, każdy element, w tym drut, ma w sobie pewien opór. Im większy opór, tym niższa wydajność obwodu. Oznacza to, że jeśli chcesz zużyć pewną ilość energii (powiedzmy, aby naładować telefon komórkowy), musisz pobrać więcej mocy niż faktycznie potrzebujesz. Jeśli obwód jest w 80% sprawny - co w rzeczywistości jest całkiem dobry - to aby zapewnić 1000 A, trzeba będzie pobrać 1250 A (1000 / 0,80 = 1250). Nawet przy 95% wydajności musiałby wyciągnąć dodatkowe 53A. Co gorsza, wydajność znamionowa ma zastosowanie tylko wtedy, gdy urządzenie pobiera moc blisko wartości maksymalnej. Jeśli twój adapter może zapewnić 1000A, ale używasz tylko 5A, wydajność przy tej mocy może być mniejsza niż 1%, co oznacza, że ​​twoje urządzenie używa 5A, ale sam adapter używa 10A wewnętrznie tylko po to, aby dalej działać.

Energia odpadowa to ciepło

Zmarnowana energia w tym obwodzie zostałaby prawie całkowicie utracona jako ciepło. Oznacza to, że w przypadku naszej 80% wydajnej ładowarki, jeśli ładuje się pełnym prądem, utracony prąd (250 A) będzie podgrzewał powietrze (i komponenty) wokół niego. To mniej więcej tyle samo, co palnik na kuchence elektrycznej na pełnej mocy - dużo ciepła. Dzisiejsze plastikowe adaptery nie wytrzymają nawet minuty!

Rozmiar ma znaczenie

To łącze (przewiń w dół do tabeli) pokazuje, że drut o grubości 12 (zwykłe okablowanie w domach) może przesyłać około 41A (przy użyciu kolumny „Maksymalne natężenie dla okablowania obudowy”). Drut 12 AWG ma średnicę około 2 mm. 6 AGW może transmitować ponad 100A, ale ma ponad 4 mm grubości. Najgrubszy drut na wykresie, OOOO, ma prawie pół cala grubości (11,7 mm), ale nadal może obsłużyć tylko 380A. Za 1000A potrzebujesz drutu znacznie grubszego - jak możesz sobie wyobrazić, który nie przymocowałby się zbyt dobrze do telefonu!

Mniej znaczy więcej

Często urządzenia i ich adaptery są celowo dopasowane. Adapter został „dostrojony” do pracy z określonym zakresem prądu, a użycie go przy znacznie niższym prądzie niż ten, dla którego został zaprojektowany, może znacznie obniżyć wydajność, a nawet z czasem doprowadzić do uszkodzenia adaptera.

Prąd jest niebezpieczny

Chociaż źródło wysokoprądowe niekoniecznie oznacza, że ​​każdy wzmacniacz przepłynie przez linię, istnieją przypadki, w których nawet możliwość dostarczenia wysokich prądów może być bardzo niebezpieczna. Większość adapterów napięcia, zarówno wysokoprądowych, jak i nie, wykorzystuje jakąś formę cewki indukcyjnej - pomaga zmniejszyć „wstrząsy” przy konwersji z prądu przemiennego na stały. Jednym ze sposobów myślenia o cewkach indukcyjnych jest dodanie „bezwładności” do prądu, co bardzo utrudnia szybkie zmiany. Adapter może działać idealnie bezpiecznie przy wysokim prądzie, gdy jest używany prawidłowo, ale jeśli wtyczka zostanie nagle wyciągnięta z urządzenia, prąd 1000 A będzie nadal „przepychany” przez złącze przez cewkę, powodując niebezpieczne (choć krótkie) -liwo) iskrzenie wysokoprądowe, wysokonapięciowe.

Nawet bez indukcyjności, gdyby adapter miał być zwarty przez wodę, metal lub inną substancję o niskiej oporności, powstały prąd byłby wystarczająco silny, aby natychmiast spawać, gotować lub palić cokolwiek dotknie. Polizanie końca tego drutu może cię zabić. Zapewnienie bezpieczeństwa obwodu wysokoprądowego jest znacznie trudniejsze niż obwód niskoprądowy, a zatem znacznie droższe.

ArmanX
źródło
1
Dotykanie źródła zasilania 12 V zdolnego do 1000 A suchą skórą jest bezpieczne (czy próbowałeś akumulatora samochodowego?). Po prostu nie dotykaj go językiem, jakbyś miał baterię 9 V. Źródła napięcia na północ od 50… 100 V lub więcej są niebezpieczne, jeśli są zdolne do osiągnięcia czegoś więcej niż kilku miliamperów.
ntoskrnl
3
Zamierzałem głosować, dopóki nie przejdę do sekcji Bieżące zabójstwa . To po prostu źle. 1 A to znacznie więcej niż potrzeba, aby cię zabić lub poważnie spalić (w zależności od tego, gdzie w twoim ciele płynie prąd). Jeśli zasilanie 12 V 1 A jest bezpieczne w dotyku, to również 12 V przy czymkolwiek większym niż 1 A. Proszę napraw.
Olin Lathrop
Punkty 2 i 3 odnoszą się do tego, dlaczego zbudowanie źródła 1000A w celu dostarczenia 1000A jest trudne i tak naprawdę nie odpowiada na pytanie. Zastosowanie źródła 1000 A dla obciążenia 5 A nie zmarnuje tony energii w postaci ciepła ani nie będzie nieefektywne w transmisji.
ACD
@ACD: Jasne, że to by zmarnowało mnóstwo energii. Brak wydajności zwykle ma komponent proporcjonalny do faktycznego losowania oraz komponent proporcjonalny do maksymalnego losowania. Nawet jeśli druga część jest mniejsza, to jeśli przekroczysz trzy rzędy wielkości, łatwo może stać się dominująca.
Ben Voigt
2
@ACD: Tak, przy tym samym obciążeniu element znacznie przereklamowany będzie w większości przypadków mniej wydajny. Nie mówiąc o tym, że nie ma wyjątków, ale komponenty o dużej mocy są fizycznie większe prawie bez wyjątku, co powoduje, że pasożyty są większe, co prowadzi do zwiększonego marnotrawstwa. Na przykład FET mocy mają znacznie większe bramki, co oznacza, że ​​pojemność wejściowa jest wyższa. Inne komponenty zasilające mają dłuższe przewody niż elektronika SMD małej mocy, co zwiększa indukcyjność, nawet jeśli przewody te są grubsze, aby utrzymać niski opór.
Ben Voigt
9

Adapter 12 V, który może zasilać 1000 A, musiałby być podłączony do źródła zasilania o napięciu co najmniej 120 V 100 A lub 240 V 50 A, w każdym przypadku znacznie większym niż to, które może zapewnić gniazdko ścienne.

TDHofstetter
źródło
Jeśli się nad tym zastanowić, jedynymi źródłami, które niezawodnie dostarczają 12V @ 1000A, są konkurencyjne samochody audio. Aby je dostarczyć, potrzeba całego V8 i kilkunastu alternatorów. Niewielka wtyczka ścienna nie ma szans (jak powiedziałeś). +1
Bryan Boettcher
Słyszałem o tym, gdzie DC byłoby dystrybuowane na wiele urządzeń, na przykład w tym artykule . Pomysł polega na znalezieniu równowagi między prądem stałym z generatora a brodawkami ściennymi: rozłóż go wzdłuż prądu przemiennego do jednego domu lub niewielkiej liczby powiązanych budynków, takich jak kampus uczelni.
1
@Snowman, to pomysł, ale całkiem zły. Wojna prądów powinna nas tego nauczyć ... ale może zapomnieliśmy o naszej historii Edisona / Tesli. Nawet Volkswagen i jego słynny układ elektryczny 6 V powinien był być dobrą i nowszą lekcją.
TDHofstetter
7

Wszystko to. Najprostszym przykładem jest to, że kabel musi obsłużyć 5000 Amp. To będzie masywny kabel. Nie mam na myśli tak grubej jak twoja ręka czy noga, to jest gorsze niż to.

MSalters
źródło
2
Nawet z superszybkim kablem światłowodowym ?! Żartuję, żartuję. Dziękuję Ci!
Bogaty
4

Podobnie jak wszystko inne, większa moc jest większa, droższa, a komponenty droższe w budowie. Kolejnym elementem 12 V jest wielkość tętnienia (składowa prądu przemiennego) zasilania DC. Tak jak wszystko inne, istnieje wiele elementów, które sprawiają, że decyzja i wybory dotyczące zasilania są bardziej złożone.

Rich Pytelewski
źródło
0

odpowiedź jest bardzo prosta, tylko wewnętrzny rezystor adaptera. Daję ci przykładowy 1-otwarty obwód (bez prądu) tylko woltaż twojego adapterawprowadź opis zdjęcia tutaj

2-przypadek 5A: teoretycznie dostajesz 5A, jeśli masz obciążenie 2,4 Ohm I = V / RI = 12 / 2,4 = 5A z moją symulacją mam 4,998, który jest bliski 5A, ale obciążenie jest rezystorem wewnętrznym, który wynosi 2,4 om wprowadź opis zdjęcia tutaj

3-1000A teoretycznie dostajesz 5A, jeśli masz obciążenie 0,012 Ohm I = V / RI = 12 / 0,012 = 1000A, który jest wewnętrznym rezystorem dla takiego wewnętrznego rezystora, powinieneś mieć reaktor, a nie adapter :) wprowadź opis zdjęcia tutaj

**

bez względu na biegunowość adaptera, relacja będzie taka sama l I l = lvl / R, na przykład, jeśli mamy transformator ((większość adaptera ma transformator w środku)) niż na pewno mamy prąd przemienny, tj. polaryzacja zostanie zmieniona, ale rezystancja wewnętrzna będzie taka sama (bez zmian) i wpłynie na prąd, jeśli chcesz zrobić mały wewnętrzny opór, powinieneś mieć duży transformator o dużej średnicy na swojej cewce, aby zrobić możliwie mały opór, więc im większy transformator (adapter), tym niższy opór i efektywny adapter


Mówię o oporności wewnętrznej, jeśli jest to adapter prądu stałego (bateria elementu elektrochemicznego), ale jeśli jest to prąd przemienny (transformator i generator), będzie to impedancja

m salim
źródło
To nie odpowiada na pytanie. Jeśli wykonanie zasilania 12 V V 1000-A to tylko kwestia zmniejszenia rezystancji wewnętrznej, dlaczego tego nie zrobimy?
Photon
@ThePhoton - ponieważ zmniejszenie wewnętrznego oporu nie jest łatwe ani darmowe. Ale koncepcyjnie zmniejszenie impedancji wewnętrznej (przy danym obciążeniu) jest zasadniczo tym, co robi się, aby uzyskać projekt o wyższym prądzie.
Chris Stratton
@ChrisStratton, wiem o tym. Proszę plakat o poprawienie odpowiedzi poprzez dołączenie tych informacji.
Photon
Zależy to od wewnętrznych szczegółów nieokreślonego adaptera - możliwa jest tylko spekulacja.
Chris Stratton
2
@ChrisStratton, myślę, że inne odpowiedzi pokazują, że można udzielić użytecznej odpowiedzi. Ta odpowiedź nie odpowiada na zadane pytanie. Jeśli uważasz, że tak, możesz dać +1. Tymczasem nie jestem pewien, dlaczego wkurzasz się na mnie za sugerowanie sposobów, w jakie m salim może poprawić swoją odpowiedź.
Photon