Чому багато ноутбуків працюють на 19 вольтах?

Зазвичай мобільні пристрої, що живляться від мережі, приймають напругу, кратну деякій напрузі одного акумулятора. Наприклад, 4,5 вольта - 1,5 вольта (основний акумулятор АА) 3 рази, а 36 вольт - 3,6 вольта (літій-іонний акумулятор) 10 разів.

Зараз є ноутбуки, які використовують зовнішні джерела живлення, розміщені рівно на 19 вольт. Це не кратне нічого підходящого. Головоломки мені багато.

Звідки береться ця напруга?

Вибір 19 вольт полягає в тому, що це комфортно нижче 20 вольт, що є максимальною вихідною напругою джерел живлення, які можуть бути сертифіковані як LPS (обмежене джерело живлення) з невідповідними межами подачі електроенергії.

Якщо ви можете тримати на рівні 20 вольт або нижче, вся справа з сертифікації безпеки стає простішою і дешевшою.

Щоб переконатися, що ви знаходитесь в межах ліміту обліку допусків виготовлення, опустіться на 5% нижче, що на 19 вольт. Ось ти де. Це не має нічого спільного з організацією акумуляторних батарей або РК-екранами.

Зараз є ноутбуки, які використовують зовнішні джерела живлення, розміщені рівно на 19 вольт. Це не кратне нічого підходящого. Головоломки мені багато.

Це не питання дизайну, як поставлене, але воно має відношення до дизайну систем зарядки акумуляторів.

Підсумок:

• Напруга трохи більше, ніж кратна від повністю зарядженої напруги літій-іонної батареї - типу, що використовується майже у кожному сучасному ноутбуці.

• Більшість ноутбуків використовують літій-іонні акумулятори.

• 19 В забезпечує напругу, яке підходить для зарядки до 4 x літій-іонних комірок послідовно, використовуючи перетворювач долара, щоб ефективно знижувати надлишкову напругу.

• Можна розмістити різні комбінації послідовних і паралельних комірок.

• Можна використовувати напруги трохи нижче 19 В, але 19 В - це корисна стандартна напруга, яка відповідає більшості випадків.

Практично всі сучасні ноутбуки використовують літій-іонні (LiIon) акумулятори. Кожна батарея складається з щонайменше декількох комірок LiIon у рядку «рядок» і може складатися з декількох паралельних комбінацій декількох рядкових рядків.

Літій-іонний елемент має максимальну напругу зарядки 4,2 В (4,3 В для сміливих і дурних). Щоб зарядити осередок 4,2 В, потрібно забезпечити хоча б трохи більше напруги, щоб забезпечити деякий «високий простір», щоб функціонувати електроніка управління зарядом. Принаймні, приблизно 0,1 В додатково може бути, але зазвичай принаймні 0,5 В буде корисним і більше може бути використане.

Одна клітина = 4,2 В
Дві клітини = 8,4 В
Три комірки = 12,6 В
Чотири комірки = 16,8 В
П’ять комірок = 21 В.

Для зарядного пристрою зазвичай використовується джерело живлення з переключеним режимом (SMPS) для перетворення наявної напруги в необхідну напругу. SMPS може бути перетворювачем підсилення ( посилення напруги вгору) або перетворювачем Buck ( ступінь напруги вниз) або перемикатися з одного на інший, як потрібно. У багатьох випадках перетворювач доларів може бути більш ефективним, ніж прискорювальний перетворювач. У цьому випадку за допомогою перетворювача доларів можна було б заряджати до 4 комірок послідовно.

Я бачив акумулятори для ноутбуків

3 комірки в серії (3S),
4 комірки в серії (4S),
6 комірок у 2 паралельних рядках з 3 (2P3S),
8 комірок у 2 паралельних рядках 4 (2P4S)

і при напрузі джерела 19 В можна було б заряджати 1, 2, 3 або 4 комірки LiIon послідовно та будь-яку кількість паралельних рядків.

Для осередків напругою 16,8 В залиште заголовок (19-1616) = 2,4 вольта для електроніки. Більшість цього не потрібна, і різниця базується на перетворювачі долара, який виконує функцію "електронної коробки передач", приймаючи енергію при одній напрузі та виводячи її при меншій напрузі та відповідно більш високому струмі.

Скажімо, 0,7 В прогону, умовно можна було б використовувати, наприклад, 16,8 В + 0,5 В = 17,5 В від джерела живлення, але використання 19 В гарантує, що є достатньо для будь-якої подій, а надлишок не витрачається, як перетворювач долара перетворюється напруга вниз, як потрібно. Падіння напруги, крім батареї, може відбуватися в перемикачі SMPS (зазвичай це MOSFET ), діодах SMPS (або синхронному випрямлячі), електропроводці, роз'ємах, резистивних струмових елементах та схемі захисту. Як мінімум крапель бажано мінімізувати витрату енергії.

Коли літієво-іонна комірка близька до повністю розрядженої, то її кінцева напруга становить приблизно 3 В. Наскільки низька їх дозволена розрядка, залежить від технічних міркувань щодо довговічності та ємності. На 3 В / комірка 1/2/3/4 комірки мають напругу на клемі 3/6/9/12 вольт. Бак-перетворювач вміщує цю знижену напругу для підтримки ефективності зарядки. Хороший дизайн перетворювача доларів може перевищувати 95% ефективності, і в такому вигляді додатки ніколи не повинні бути ефективнішими за 90% (хоча деякі можуть бути).

Нещодавно я замінив батарею нетбука на 4 комірки, версія з розширеною ємністю на 6 комірок. 4-осередкова версія працює в конфігурації 4S, а 6-елементна версія в 2P3S. Незважаючи на нижчу напругу нової батареї, схема зарядки дозволила зміни, розпізнаючи акумулятор і відповідно регулюючись. Внесення таких змін у систему, яка НЕ ​​призначена для розміщення акумуляторів нижчої напруги, може завдати шкоди здоров’ю акумулятора, обладнання та користувача.

Відповідь Рассела ( https://electronics.stackexchange.com/a/31621/88614 ) робить велику роботу при вивченні деталей. Ця відповідь більше фокусується на більш широких аспектах вашого питання.

Зазвичай мобільні пристрої, що живляться від мережі, приймають напругу, кратну деякій напрузі одного акумулятора.

Я не думаю, що це взагалі вірно.

Це правда, що деякі пристрої мають входи живлення, номінальна напруга яких кілька кратних номінальній напрузі комірки. Як правило, це пристрої, які можуть заряджати або мережу, або акумулятор, але не заряджають власний акумулятор від електромережі. Інші питання - пристрої, які заряджають акумулятори.

Як правило, ви хочете, щоб вхідна напруга у вашій схемі зарядки була вище напруги акумулятора протягом усього циклу заряду.

Літій-іонний / полімерний осередок номінально становить 3,7 В або більше, але напруга, необхідне для його повного зарядження, більше схоже на 4,2 В, а напруга при повному заряді може бути більше, ніж 3 В. Акумулятори для ноутбуків зазвичай мають 3-4 комірки послідовно. Таким чином, 19В дає розумну кількість прогону для зарядного контуру.

Мобільні телефони, планшети та подібні мобільні пристрої з одноклітинні літій-іонні акумулятори, як правило, використовують вхідну напругу 5В. Я впевнений, що це частково зумовлене бажанням вимкнути USB, але також тому, що це дає розумну кількість місця для зарядки одноклітинної літій-іонної / полімерної батареї.

Це відмінне "зворотне" питання інженерного дизайну.

Усі мобільні комп’ютери можуть використовувати подібні філософії зарядного пристрою постійного струму для постійного струму постійного струму, але вони можуть використовувати різні мікросхеми та профілі, якими керує ноутбук, а не зовнішній зарядний пристрій. Часто можна використовувати ширший діапазон напруг зарядного пристрою з більшою ємністю, завдяки здатності всередині зменшити діапазон входів, що часто ширший, ніж зазначено. Екстремальні діапазони можуть знизити ефективність і збільшити максимальну потужність під час мертвого заряду, коли дисплей знаходиться на повній яскравості. Підсвічування є найбільшою стійкою нічиєю, а процесор / графічний процесор мають найбільші піки для високої продуктивності. (ядра квадратиків i7 тощо)

Універсальні зарядні пристрої.
Я придбав універсальний зарядний пристрій під час тривалої подорожі. Пізніше я вирішив використовувати його для приводу 60 Вт світлодіодів. Зарядний пристрій було специфічно @ 15 ~ 24 В, макс. 63 Вт. Він мав 6-контактний заголовок безпосередньо перед взаємозамінними коаксіальними вилками живлення. Одним із штифтів була дистанційна лінійка для напруги штепсельної вилки для компенсації втрат постійної лінії. Я охарактеризував вхід і виявив, що його можна використовувати для регулювання виходу від 5 ~ 50В з діапазоном керування входом 2,5 В, орієнтованим на рівні 3В. Я використовував Log Pot, кілька резисторів, світлодіод та ковпачок, щоб керувати цим нестандартним диммером від 10 до 100%, використовуючи доступну потужність, і моя дружина була дуже задоволена світлодіодним сонячним світлом над лавровим вікном із захищеним від відблисків чорним яйцем. Це було приблизно в 3 рази яскравіше прямих сонячних променів на макс.

У будь-якому випадку кожен мобільний комп’ютер повинен регулювати зовнішнє джерело живлення, тому точна напруга не так важлива, і ви можете піти з більш широким діапазоном. Чим нижча напруга на вході, тим вище струм і навпаки, вона повинна працювати, але ефективність може змінюватися в межах діапазону.

Більшість мобільних пристроїв, як правило, працюють на нижчих напругах стільникового пристрою, щоб зменшити ШОЕ пакету, що впливає на падіння напруги під навантаженням та перехресне регулювання пульсації від поширення на інші регулятори, які знижують та посилюють бортову систему для внутрішнього ЦП / В / О та периферійних пристроїв, наприклад 5 & ​​12V.

Більші пакети мобільних ПК включають;

9 комірок = 10,1 В (3P3S) 10 комірок = 7,4 В (5P2S) 12 комірок = 14,8 (3P4S)

Корисний фактоїд: Ви можете запустити мобільний комп’ютер без встановленої батареї, оскільки регулятор управління батареєю просто не використовується для роботи внутрішніх регуляторів постійного струму. Це служить для зменшення навантаження тепла на старих ноутбуках і зменшує старіння тепла батареї, навіть якщо вони залишаються на 100% без зливу. (Але ви відключите електроенергію.)

Ви також можете скористатися більшим зарядним пристроєм з достатньою напругою, щоб знизити напругу акумулятора, і це не повинно впливати на ефективність роботи, якщо є достатня потужність.

19 вольт - це зарядити акумулятор, який має кілька літій-іонних комірок послідовно. Вбудована електроніка ноутбука живиться від регулятора комутації від напруги акумулятора та / або 19 вольт від адаптера змінного струму. Це дає гідний час роботи ноутбука, оскільки напруга акумулятора падає від розряду під час використання. Це ТІЛЬКА причина 19 вольт. Він не має нічого спільного з власними внутрішніми портативними пристроями ноутбуків, за винятком внутрішнього регульованого джерела живлення, який адаптується до зміни напруги акумулятора, і забезпечує постійні, регульовані напруги для внутрішніх систем (процесор, таран, жорсткий диск тощо).

Час роботи ноутбука на батареях залежить від того, скільки ват споживає ноутбук порівняно з кількістю ват-годин, що містять батареї. Середнє споживання за часом досить фіксовано, хоча яскравість екрана, особливо великих, має помітний вплив.

Як зверталися інші, у ноутбуках є літієві батареї, і щоб отримати більше часу роботи, вам потрібно більше енергії (Вт. Годин), тому вам потрібні батареї більшої або більшої ємності. Розмір ноутбука, як правило, обмежує розмір акумулятора, тому більше енергії отримується за рахунок використання більшої кількості акумуляторів, і зазвичай ці батареї ставляться послідовно (потрібно менше замикання ланцюга (= дешевше) для належного зарядження, коли батареї послідовно, а не паралельно), які то призводить до необмеженої робочої напруги ноутбука. Внутрішні перетворювачі постійного та постійного струму приймають цю нерегульовану напругу і виробляють регульовані низькі напруги (3,3 В постійного струму тощо), необхідні електроніці.

Щоб зарядити ці батареї, внутрішній ланцюг зарядки потребує вхідної напруги, яка приблизно на вольт вище, ніж повністю заряджена напруга літієвих батарей. Крім того, зовнішній блок живлення китайців має вихідний допуск, який зазвичай становить +/- 5%. Варто зазначити, що фактична вихідна напруга повинна вимірюватися при робочому навантаженні. Він завжди буде вищим без навантаження через падіння (втрати) ІЧ (струму x опір) в кабелі постійного струму та регулювання навантаження зовнішнього джерела живлення, яке, як правило, трохи негативне.

Блоки живлення для критичних додатків мають функцію під назвою "Sense", яка вимірює вихідну напругу на навантаженні або роз'ємі і автоматично компенсує втрати ІЧ, але я ніколи не бачив цього у зовнішньому блоці живлення. (хоча ми створюємо індивідуальну програму для 5В / 80 Вт для військових, оскільки ІЧ-втрати помітні, коли 18А протікає лише через кілька футів мідного дроту)

Фактор у всьому цьому і звичайно використовувані 4 літієві батареї в серії для "більших" або довгих зарядів на ноутбуках батарейок, і вам потрібен номінальний зовнішній джерело живлення 19 В постійного струму, який фактично може бути будь-яким, де приблизно від 17 до 20 В постійного струму. Внутрішні перетворювачі постійного та постійного струму для генерації менших напруг постійного струму та схема зарядки акумулятора легко приймає цей діапазон плюс, можливо, ще кілька вольт. Ви можете перевірити нижню напругу приймання, використовуючи змінний джерело живлення та зменшуючи напругу до тих пір, поки «індикатор заряду» не згасне. Однак вам доведеться вимірювати цю напругу на роз'ємі. НЕ перевіряйте високу напругу приймання, оскільки ви можете легко підірвати перетворювачі постійного та постійного струму, що робить ваш ноутбук капутним, і це, як правило, ваш єдиний показник того, що напруга на вході занадто висока.

До речі, 19В постійного струму також потрібен, щоб отримати ват-годин на триваліший час роботи та зменшити струм у великих ноутбуках, оскільки всюдисущий роз'єм ствола призначений лише для роботи з 5А - і це справді добре. Більшість - 2-3А. Це головна причина, коли ви не хочете підключати та відключати цей роз'єм, коли ваш ПК увімкнено, оскільки ви згоряєте контакти в кінцевому підсумку, роблячи ненадійний контакт у цьому роз'ємі.

Щоб дізнатися більше про роз'єми для ПК, див: https://en.wikipedia.org/wiki/DC_connector

BTW2, ПК також має "газовий датчик" акумулятора, який говорить про те, скільки часу у вас залишилось під час роботи на батареях. Цей "датчик" повинен відстежувати струм, що надходить і вимикає батареї. (Залишок поточного балансу, а не енергії контролюється, оскільки ефективність струму розряду / заряду становить майже 100%, тоді як енергоефективність змінюється і значно менше 100%). Хоча в режимі реального часу вони досить точні, у них є помилки, які накопичуються з часом, а ємність літієвих батарей зменшується з віком, робочою температурою та циклами заряду. Це часто призводить до того, що ваш ПК "скаже" вам, що у вас не залишилося часу роботи, і він буде вимикатися, коли насправді акумулятор все ще може бути на 50% ємності, що призводить до того, що ви вийдете і придбаєте новий (і дорогий) акумулятор. Коли підключений акумулятор підключено до ПК, він розпізнає новий акумулятор та скидає налаштування його ємності. Заглиблення в (деякі / багато / більшість?) ПК є звичайним способом калібрування ємності акумулятора. Якщо ви можете отримати доступ до цього, ПК буде проходити процедуру розрядки та підзарядки акумулятора кілька разів, щоб повторно відкалібрувати ємність акумулятора, даючи ще рік-два на оригінальний комплект акумуляторів, хоча із скороченням часу роботи.

Якщо ви перевірите вольт, необхідний для LCD-екранів на своїх ноутбуках, я думаю, ви знайдете відповідь. Останнім часом я розтягував багато рідкокристалічних дисків, і я виявив, що вони вимагають високих вольт.

Напруга ділиться на 12V і 5V. Міні-комп’ютери, що не мають ноутбуків, використовують той же вхід 19 В без комірок або дисплея.

Дві рейки є материнською платою @ 12 V (+/- 5V і 3.3V надаються від цього) периферійними @ 5V для накопичувачів, а іноді і USB. Вони, як правило, розбиті через спінінг. Це може призвести до максимуму струму і вимагатиме, щоб плата була розроблена для нього (загляньте все до джерела живлення змінного струму, і ви побачите великі конденсатори та індуктори). Настільні ПК зазвичай розбивають USB +/- 5V з тієї ж причини з великою кількістю портів та ланцюжків / концентраторів Daisy. Вони також постачають додаткові рейки для GPU.

Все це для того, щоб намагатися підтримувати постійні напруги для материнської плати (процесор, пам'ять, введення / виведення). Периферія може набагато краще переносити змінні напруги (електричні двигуни та перетворювачі постійного струму постійного струму для ssd і USB).

Накопичувачі на жорсткому диску все ще є двигунами і працюють на рівні 12 В.

Коли архаїка поступиться твердому тілу, 19v зникне. Коли всі існуючі тверді стани на материнській платі, оскільки ефективніші, як ІМС перейшли від 12 В CMOS до низького рівня 1,8 до 3,3 В, сьогодні потреба у більшій, ніж 5 В, зникне. Акумулятор стане однією коміркою.

19В залишається з тих часів, коли "витяжним пристроям" - "Комп'ютери перед ноутбуками", довелося створити -5,5 і 12 вольт для материнської плати. У них був автономний блок живлення, який мав чотирипровідну вилку. Незабаром, це був лише 2-провідний штепсель, ноутбук створював 3 напруги всередині. Від -5 до 12 - 17 вольт, з додатковими 2 вольтами, я вважаю, що це заголовок для регулювання потужності. Залишилося від цього. jmarc@gmx.com