Чому ноутбукам потрібні більші трансформатори, ніж мобільні телефони?

Мені було цікаво, чому адаптер живлення ноутбука такий величезний. Більшість ноутбуків, які я бачив, використовують джерело живлення ~ 19 В. Використовуючи рівняння трансформатора і враховуючи 100 витків у первинному (лише припущення) та джерело живлення напругою 220 В, я підрахував, що в середньому повинно бути близько 8 витків. Використовуючи те саме рівняння для зарядного пристрою для мобільного телефону (5 В) і враховуючи 100 витків у первинному, у вторинному має бути близько 3 витків. Таким чином, не повинно бути великої різниці в розмірі між трансформатором, який використовується в зарядному пристрої стільникового телефону, і зарядним пристроєм для ноутбуків. То чому адаптери зарядних пристроїв для ноутбуків такі великі, тоді як адаптер зарядного пристрою для мобільних телефонів невеликий?

Ноутбуки та мобільний телефон використовують джерела живлення комутації, тому адаптери не є простими трансформаторами.

Для даної технології існує залежність між потужністю потужності (вимірюється у ватах) і розміром (конкретно об'ємом). Таким чином, мобільний телефон, який потребує 2,1А на 5 В (близько 10 Вт), може використовувати адаптер змінного струму, який значно менший і легший, ніж для портативного комп'ютера, який потребує 19 В на 4,62 А (близько 90 Вт).

Власне, ні ноутбуки, ні мобільні телефони не використовують трансформатор.

Натомість те, що вони використовують, називається "джерелом живлення з переключеним режимом", який випрямляє вхід змінного струму напругою 110 або 220 В в конденсатор постійного струму, а потім використовує мікроконтроллер комутації багато КГц для імпульсу, який через індуктор "перетворює" напругу вниз . Для цього потрібно набагато менше місця, ніж трансформатор 50 Гц на великому, важкому сердечнику, і зазвичай це більш ефективно.

Що стосується того, чому конвертер ноутбуків, як правило, набагато більший, ніж USB-зарядні пристрої для мобільних телефонів / планшетів / тощо. Це питання управління енергією. Через більш високу напругу та струм, що вимагає ноутбук, його джерело живлення потребує товших проводів, більшого індуктора та компонентів комутації більшої потужності. Крім того, чим більше енергії проходить через нього, тим більше тепла потрібно позбутися.

Через потребу в більших, важчих компонентах і більшій тепловіддачі, лаптовий зарядний пристрій просто повинен бути більшим, доки ви не готові платити в багато разів більше грошей за рідкісні та дорогі матеріали.

Всі сучасні адаптери змінного струму або джерела постійного струму є схемами / системами з переключеним режимом. З метою безпеки може бути змінена лінія змінного струму з трансформатором. Це високочастотний трансформатор, таким чином, значно менший за фізичними розмірами.

Змінного струму - 50/60 Гц (цикли в секунду). Регулятори комутації - 50 кГц до Мега-Гц. Як такого, трансформатор ізоляції значно менший. Це є причиною переходу від масивного трансформатора до набагато меншого висококілограмового трансформатора.

Економія матеріалів (мідна обмотка, залізний сердечник) та ефективність за допомогою електронних комутацій призводять до значно менших витрат, набагато більш енергоефективних та менших розмірів.

Те саме, що і стара конструкція трансформаторів тут: "Вихідна" сторона (другий) трансформатора випрямлена до сирого постійного напруги. Для найменших розмірів коефіцієнт котушки трансформатора може становити 1: 1 (вихід при 110 В перем. Тока, США). Висока напруга! Або будь-яке співвідношення для найкращого загального дизайну. Різниця: необроблений постійний струм - це джерело постійного струму тільки для комутаційної схеми, а не до виходу. Вихід з комутованою схемою є кінцевим джерелом постійного струму.

Спрощений ланцюг спрощено: Коли перемикач увімкнено, сирий постійний струм заряджає котушку. У вимкненому режимі сирий постійний струм відключається від котушки. Тепер, за характером котушки, котушка витісняє енергію із себе (спробуйте звільнити себе!). Вимикачі на його клемах «трапляються» увімкненими та підключеними до конденсатора. Котушка скидає свою енергію в конденсатор. Цей конденсатор є конденсатором згладжування постійного струму, що збільшується вдвічі як вторинний накопичувач енергії.

Навантаження на виході, середнє час, продовжує виснажувати енергію конденсатора. Котушка час від часу заряджає конденсатор. Сирий постійний струм час від часу поповнює енергію котушки.

У неізольованому випадку відсутній трансформатор, і змінного струму 110 В (США) безпосередньо випрямляють (небезпечно високою напругою!), Щоб утворити сирий постійний струм (близько 120-150 В постійного струму).

Решта електроніки регулюють вихідну напругу. Коли конденсатор досягає потрібної напруги, котушка вимикається з конденсатора, не допускаючи зарядки до вищої та більшої напруги. У той же час котушку підключають до сирого постійного струму для підзарядки. Коли випуск вичерпаний занадто низько, котушка знову підключається до конденсатора, щоб зарядити її.

Частота комутації вибирається для досягнення оптимальних результатів, враховуючи фізичний розмір, ефективність та вартість.

Підсумовуючи: виправити; висока напруга постійного струму; зарядити котушку; скинути енергію котушки на вихідний конденсатор; повторити.

За своєю природою схема перемикання НЕ є ізольованою (перемикання постійного струму на постійний струм). Принаймні один провід є загальним, прямим з'єднанням від входу до виходу.

Якщо ізоляція не потрібна (скажімо, всередині закритого пакета, наприклад, лампочки), можливо, трансформатора немає. Ізоляція для безпеки, тому додається трансформатор. Чим нижча частота, тим менш ефективна електромагнітна конверсія. Звичайно, на занадто високій частоті ефективність перетворення починає знижуватися.) Підсумок котушки: Один необов'язковий ізоляційний трансформатор. Принаймні одна котушка для зберігання енергії як спосіб передачі енергії від входу до виходу.

Додатково для допитливого розуму: Пропустіть котушку! Все, що вам потрібно - це перемикач для зарядки вихідного конденсатора (переключений режим конденсатора!), Безпосередньо із сирого постійного струму! Досягнувши потрібної вихідної напруги, вимкніть її. Готово! Збережіть компонент котушки! Ви б сказали: Не можна напругою керувати кришкою? Гаразд, додайте обмежувальний резистор. Резистор все-таки набагато дешевший, ніж котушка. Навіщо потрібна котушка? Детальніше ... Чому б не сирі випрямити змінного струму 110 В, а потім сирий джерело постійного струму для генератора високої частоти для приводу високочастотного трансформатора? Замість 60 Гц у вас зараз система змінного струму 50 кГц! Той самий маленький трансформатор. Далі трансформатор крокує вниз змінного струму. Виправте, вуаля! [Підказка: ефективність та вихідна потужність].

[ККД: Енергія на конденсатор = (1/2) xCV ^ 2; еквівалент котушки: (1/2) Li ^ 2. Оскільки напруга стає вище на кришці [або еквівалент котушці], вона є більш ефективною: V має квадрат. Квадрат 5В = 25. Квадрат 100В = 10000! Скидання 5В на конденсатор / котушку лише стільки. Скидання 105В (110V-5Vout) на котушку, ух!]