Dlaczego laptopy potrzebują większych transformatorów niż telefony komórkowe?

Zastanawiałem się, dlaczego zasilacz do laptopa jest tak ogromny. Większość laptopów, które widziałem, korzysta z zasilacza ~ 19 V. Korzystając z równania transformatora i biorąc pod uwagę 100 zwojów w pierwotnym (tylko założenie) i zasilacz 220 V, obliczyłem, że powinno być około 8 zwojów w wtórnym. Stosując to samo równanie do ładowarki telefonu komórkowego (5 V) i biorąc pod uwagę 100 zwojów w pierwotnym, powinny być około 3 zwoje w wtórnym. Dlatego nie powinno być dużej różnicy wielkości między transformatorem zastosowanym w ładowarce do telefonu komórkowego a ładowarką do laptopa. Dlaczego więc ładowarki do laptopów są tak duże, a ładowarki do telefonów komórkowych są małe?

Laptopy i telefony komórkowe używają zasilaczy impulsowych, więc adaptery nie są prostymi transformatorami.

W przypadku danej technologii istnieje związek między zdolnością zasilania (mierzoną w watach) a rozmiarem (konkretnie objętością). Tak więc telefon komórkowy, który potrzebuje 2,1 A przy 5 V (około 10 W), może używać zasilacza sieciowego, który jest znacznie mniejszy i lżejszy niż w przypadku komputera przenośnego, który wymaga 19 V przy 4,62 A (około 90 W).

W rzeczywistości ani laptopy, ani telefony komórkowe nie używają transformatora per se.

To, czego używają, nazywa się „zasilaczem impulsowym”, który prostuje wejście 110 lub 220 V prądu przemiennego do kondensatora prądu stałego, a następnie wykorzystuje mikrokontroler przełączający wiele kHz do impulsowania tego przez cewkę indukcyjną w celu „zamiany” napięcia w dół . Wymaga to znacznie mniej miejsca niż transformator 50 Hz na dużym, ciężkim rdzeniu i zwykle jest bardziej wydajne.

Jeśli chodzi o to, dlaczego konwerter laptopów jest ogólnie o wiele większy niż ładowarki USB do telefonów komórkowych / tabletów itp. To kwestia obsługi zasilania. Ze względu na wyższe zapotrzebowanie na napięcie i prąd laptopa, jego zasilacz potrzebuje grubszych drutów, większej cewki indukcyjnej i komponentów przełączających o większej mocy. Ponadto przy większej mocy przechodzącej przez nią jest więcej ciepła do pozbycia się.

Ze względu na potrzebę stosowania większych, cięższych elementów i większego rozpraszania ciepła ładowarka Lappy musi być po prostu większa, o ile nie będziesz skłonny zapłacić wielokrotnie więcej pieniędzy za rzadkie i drogie materiały.

Wszystkie nowoczesne zasilacze prądu przemiennego lub zasilacze prądu stałego są obwodami / systemami z komutacją. Ze względów bezpieczeństwa linia prądu zmiennego może być izolowana za pomocą transformatora. Jest to transformator wysokiej częstotliwości, a więc o wiele mniejszy pod względem fizycznym.

Prąd przemienny wynosi 50/60 Hz (cykli na sekundę). Regulatory przełączające mają częstotliwość od 50 kHz do Mega Hz. Jako taki transformator izolacyjny jest znacznie mniejszy. Jest to przyczyną zmiany z transformatora masywnego na znacznie mniejszy transformator o wysokiej częstotliwości kilograma.

Oszczędności materiałowe (uzwojenie miedziane, żelazny rdzeń) i wydajność dzięki elektronicznemu przełączaniu, co skutkuje znacznie niższym kosztem, znacznie bardziej energooszczędnym i mniejszym rozmiarem.

Taki sam jak stary projekt transformatora tutaj: Strona wyjściowa (druga) transformatora jest prostowana do surowego napięcia stałego. Dla najmniejszych rozmiarów stosunek cewki transformatora może wynosić 1: 1 (moc wyjściowa przy 110 VAC, USA). Wysokie napięcie! Lub dowolny stosunek dla najlepszego ogólnego projektu. Różnica: surowy prąd stały jest źródłem prądu stałego tylko dla obwodu przełączającego, a nie na wyjściu. Wyjście obwodu przełączanego stanowi końcowe źródło zasilania prądem stałym.

Uproszczony obwód przełączany: gdy przełącznik jest włączony, surowy prąd stały ładuje cewkę. Po wyłączeniu surowy prąd stały jest odłączany od cewki. Teraz, z natury cewki, cewka wypiera energię z siebie (spróbuj uwolnić się!). Przełączniki na jego zaciskach „zdarzają się” i są podłączone do kondensatora. Cewka zrzuca energię do kondensatora. Kondensator ten jest wyjściowym kondensatorem wygładzającym DC, który pełni również funkcję drugiego zasobnika energii.

Obciążenie na wyjściu, średnio zaś, nadal wyczerpuje energię kondensatora. Cewka od czasu do czasu ładuje kondensator. Surowy prąd stały od czasu do czasu uzupełnia energię cewki.

W przypadku nieizolowanym brak transformatora, a prąd przemienny wynosi 110 V (USA) bezpośrednio rektyfikowany (niebezpieczne wysokie napięcie!) Z wytworzeniem surowego prądu stałego (około 120-150 V DC).

Reszta elektroniki reguluje napięcie wyjściowe. Gdy kondensator osiągnie pożądane napięcie, cewka jest odłączana od kondensatora, zapobiegając ładowaniu na coraz wyższe napięcie. W tym samym czasie cewka jest ponownie podłączana do surowego prądu stałego w celu naładowania. Gdy moc wyjściowa jest zbyt niska, cewka jest ponownie podłączana do kondensatora, aby ją naładować.

Częstotliwość przełączania dobierana jest w celu uzyskania optymalnych wyników, rozważanych spośród wielkości fizycznej, wydajności i kosztów.

Podsumowując: Rectify; wysokie napięcie prądu stałego; naładuj cewkę; zrzucić energię cewki na kondensator wyjściowy; powtarzać.

Z natury obwód przełączający NIE jest izolowany (przełączanie DC na DC). Co najmniej jeden przewód jest wspólny, bezpośrednie połączenie od wejścia do wyjścia.

Jeśli izolacja nie jest potrzebna (powiedzmy, w zamkniętym opakowaniu, takim jak żarówka), być może nie ma transformatora. Izolacja służy bezpieczeństwu, dlatego dodano transformator. Im niższa częstotliwość, tym mniej skuteczna konwersja elektryczno-magnetyczna. Z pewnością przy zbyt wysokiej częstotliwości wydajność konwersji zaczyna się zmniejszać.) Podsumowanie cewki: Jeden opcjonalny transformator izolacyjny. Co najmniej jedna cewka do przechowywania energii jako sposób przenoszenia energii z wejścia na wyjście.

Dodatkowo dla pytającego umysłu: pomiń cewkę! Wszystko czego potrzebujesz to przełącznik do ładowania kondensatora wyjściowego (tryb przełączanego kondensatora!) Bezpośrednio z surowego prądu stałego! Po osiągnięciu żądanego napięcia wyjściowego wyłącz. Gotowe! Zapisz komponent cewki! Powiedziałbyś: Nie możesz napiąć czapki? OK, dodaj rezystor ograniczający prąd. Rezystor jest wciąż znacznie tańszy niż cewka. Po co cewka? Więcej ... Dlaczego nie sprostować surowo prądu przemiennego 110 V, a następnie surowego źródła prądu stałego dla generatora wysokiej częstotliwości do napędzania transformatora wysokiej częstotliwości? Zamiast 60 Hz masz teraz system AC 50 kHz! Ten sam mały transformator. Następnie transformator obniża napięcie prądu przemiennego. Wyprostuj się, Voila! [Wskazówka: wydajność i moc wyjściowa].

[Wydajność: energia na kondensatorze = (1/2) xCV ^ 2; ekwiwalent cewki: (1/2) Li ^ 2. Gdy napięcie wzrasta na pokrywie [lub cewce dla cewki], staje się ono bardziej wydajne: V jest kwadratem. Kwadrat 5 V = 25. Kwadrat 100 V = 10000! Zrzucanie 5 V do kondensatora / cewki to tylko tyle. Zrzucam 105V (110V-5Vout) na cewkę, wow!]