Адаптеры постоянного тока: почему так мало усилителей?

9

Если у меня есть устройство, которое потребляет 5 ампер при 12 вольт, я могу использовать любой 12 вольт адаптер постоянного тока, который может обеспечить как минимум 5 ампер.

Почему не все адаптеры постоянного тока способны обеспечить нагрузку усилителей !? Если бы все адаптеры постоянного тока имели, например, 1000 А, нам нужно было бы заботиться только о значении напряжения.

Слишком много усилителей делают адаптеры постоянного тока громоздкими, неэффективными или дорогими?

Богатые
источник
13
Там нет такого понятия, как бесплатный обед.
whatsisname
18
Почему двигатель мощностью 500 л.с. стоит дороже и весит больше, чем двигатель мощностью 50 л.с.?
Олин Латроп
1
Спасибо всем за ваши ответы! Я бы поддержал вас всех, если бы у меня была репутация ... Я также задавался вопросом, было ли это безопасным делом? ограничить ток, если было короткое замыкание или что-то. Но я не думаю, что это правильно ...?
Богатая
1
@Rich, безопасность определенно вступает в игру. Если вы когда-нибудь нарисовали дугу при 12V1000A (легко нарисовать дугу при 12V), эта дуга потенциально может быть намного больше, чем сварочная дуга - не столько прямая опасность для жизни, но, конечно, опасность пожара. Даже если бы не что-то иное, это превратило бы ваши кабели в лужу расплавленного металла.
TDHofstetter
5
Но мне нравится таскать свой 21-килограммовый блок питания для зарядки телефона!
Джелтон

Ответы:

30

Компоненты, из которых состоят адаптеры постоянного тока (индукторы, транзисторы, конденсаторы, диоды и т. Д.), Рассчитаны на определенный ток и / или рассеиваемую мощность. Компоненты, которые могут обрабатывать 1000А, по сравнению с компонентами, которые могут обрабатывать 5А, отличаются друг от друга по стоимости, размеру и доступности.

Для примера давайте рассмотрим индуктор, который можно использовать в источнике питания на 1000 А против источника питания на 5 А.

Цена: индуктор , что может сделать 5 $ 0,17 на Digikey, в индукторе , который может сделать 200A составляет $ 400.

Размер: 5А индуктор 5 мм х 5 мм, а 200 А индуктивность 190 мм х 190 мм.

Доступность: Digikey предлагает более 5000 различных индукторов, способных выдерживать 5А. У этого даже не было ничего, оцененного для больше чем 200A. В нем только 7, которые могут сделать больше, чем 100А.

Теперь повторите этот эксперимент для всех компонентов, найденных в обычном настенном адаптере, и вы быстро получите ответ на свой вопрос.

Подводя итог: если бы у вас было два устройства, которым требовалось 5А и 6А соответственно, вы бы предпочли купить что-то, что стоит в диапазоне тысяч долларов и больше, чем ваша ванна, чтобы вы могли использовать его на обоих, или вы предпочли бы купить два адаптера размером с ладонь за 30 долларов?

ДСА
источник
Трансформатор 5 кВА находится в диапазоне 500-1000 $
Владимир Краверо
1
Общий настенный адаптер, к которому вы подключены, похоже, является линейным источником питания. Импульсные источники питания (в основном все современные настенные адаптеры) еще более сложны.
ntoskrnl
1
@ntoskrnl, ты прав! Я отредактировал ссылку, чтобы показать ту, которая делает. Я думаю, что это того стоило, потому что в моем примере я использовал индуктор, а в этом не было индуктора!
ACD
1
@ACD Я не уверен, стоит ли вам использовать 2 блока питания размером с ладонь для доставки 5А. Нажатие 5А в цепи с блоком питания, рассчитанным на менее чем половину, наверняка повредит его (личный опыт: P)
короткая теория
2
@shortstheory Я не это имел в виду, но это сбивало с толку, поэтому я уточнил резюме.
ACD
11

На самом деле есть несколько причин, в том числе все, что вы упомянули:

Там только так много тока

В США средняя розетка представляет собой цепь 120 В, 15 А. Это означает, что он может обеспечить максимум 1800 Вт (P = V * I) (то есть мощность равна напряжению, умноженному на ток). Для цепи 12 В это означает, что доступно только 150 А (1800 Вт / 5 В = 150 А). Чтобы получить цепь 12 В, 1000 А, вам потребуется минимум 100 А, подаваемых на розетку - гораздо больше, чем она могла бы обеспечить. Очевидно, что схема 5А или 10А хорошо вписалась бы в возможности питания стандартной розетки.

Передача энергии неэффективна

Даже если бы питание было доступно, каждый отдельный компонент, включая провод, имеет некоторое сопротивление. Чем больше сопротивление, тем ниже эффективность схемы. Это означает, что если вы хотите использовать определенное количество энергии (скажем, для зарядки сотового телефона), вам нужно потреблять больше энергии, чем вам действительно нужно. Если цепь эффективна на 80%, что на самом деле неплохо, то для обеспечения 1000 А потребуется напряжение 1250 А (1000 / 0,80 = 1250). Даже при КПД 95% потребуется потянуть дополнительные 53А. Что еще хуже, номинальная эффективность применяется только тогда, когда мощность устройства приближается к максимальной. Если ваш адаптер может выдавать 1000 А, но вы используете только 5 А, КПД при этом энергопотреблении может быть менее 1%, что означает, что ваше устройство использует 5 А, но сам адаптер использует 10 А внутри только для того, чтобы продолжать работать.

Отработанная энергия - это тепло

Потраченная энергия в этой цепи будет почти полностью потеряна в виде тепла. Это означает, что для нашего 80% эффективного зарядного устройства, если оно заряжается при полном токе, потерянный ток (250 А) будет нагревать воздух (и компоненты) вокруг него. Это примерно так же, как горелка на электрической плите на полной мощности - много тепла. Сегодняшние пластиковые адаптеры не будут длиться ни минуты!

Размер имеет значение

Эта ссылка (прокрутите вниз до таблицы) показывает, что провод 12-го калибра (обычная проводка в домах) может передавать около 41 А (используя столбец «Максимальный ток для проводки шасси»). 12 AWG проволока диаметром около 2 мм. 6 AGW может передавать более 100А, но его толщина превышает 4 мм. Толстая проволока на диаграмме, OOOO, имеет толщину почти полдюйма (11,7 мм), но может выдерживать только напряжение 380 А. Для 1000А вам понадобится провод намного толще - как вы могли догадаться, который не очень хорошо будет крепиться к телефону!

Меньше - больше

Зачастую устройства и их адаптеры подбираются специально. Адаптер «настроен» для работы с определенным диапазоном тока, и использование его при гораздо более низком токе, чем тот, для которого он был разработан, может сделать его гораздо менее эффективным или даже повредить адаптер с течением времени.

Ток опасен

Хотя источник высокого тока не обязательно означает, что каждый усилитель будет проходить через линию, есть случаи, когда даже возможность подачи больших токов может быть очень опасной. Большинство адаптеров напряжения, с высоким током или нет, используют индукторы в той или иной форме - это помогает уменьшить «выпуклости» при преобразовании переменного тока в постоянный. Один из способов думать об индукторах состоит в том, что они добавляют «инерцию» к току, делая быстрые изменения очень трудными. Адаптер может работать совершенно безопасно при высоком токе, пока он используется правильно, но если вилка внезапно выдергивается из устройства, этот ток 1000 А будет продолжать проталкиваться через разъем индуктивностью, вызывая опасные (хотя и короткие -живое) сильнотоковое, высоковольтное искрение.

Даже без индуктивности, если адаптер должен быть закорочен водой, металлом или другим веществом с низким сопротивлением, результирующий ток будет достаточно мощным, чтобы мгновенно сварить, сварить или сжечь все, к чему он прикоснулся. Облизывание конца этого провода может очень хорошо тебя убить. Создание сильноточной цепи намного сложнее, чем слаботочной, и, следовательно, намного дороже.

ArmanX
источник
1
Прикосновение к источнику питания 12 В, рассчитанному на 1000 А, с сухой кожей безопасно (пробовали ли вы автомобильный аккумулятор?). Только не прикасайтесь к нему языком, как если бы вы были на 9В. Источники напряжения к северу от 50 ... 100 В или около того опасны, если они способны на что-то большее, чем несколько миллиапс.
ntoskrnl
3
Я собирался поднять голос до тех пор, пока не попал в раздел « Текущие убийства ». Это просто неправильно. 1 А - это намного больше, чем нужно, чтобы убить или серьезно сжечь вас (в зависимости от того, где в вашем теле течет ток). Если источник питания 12 В 1 A безопасен для прикосновения, то значение 12 В при напряжении более 1 А тоже. Пожалуйста исправьте.
Олин Латроп
Пункты 2 и 3 относятся к тому, почему сложно построить источник питания 1000А, чтобы поставить 1000А, и на самом деле не отвечает на этот вопрос. Использование источника питания 1000 А для нагрузки 5 А не приведет к потере тонны энергии в виде тепла или будет неэффективным для передачи.
ACD
@ACD: Конечно, это потратило бы кучу энергии. У неэффективности обычно есть компонент, который пропорционален фактической ничьей, плюс компонент, пропорциональный максимальной ничьей. Даже если вторая доля меньше, если вы превышаете спецификацию на три порядка, она может легко стать доминирующей.
Бен Фойгт
2
@ACD: Да, при той же нагрузке сильно переоцененный компонент в большинстве случаев будет менее эффективен. Не говоря уже о том, что нет никаких исключений, но компоненты высокой мощности физически больше, почти без исключения, что увеличивает количество паразитов, что приводит к увеличению отходов. Например, силовые полевые транзисторы имеют гораздо большие затворы, что означает, что входная емкость выше. Другие силовые компоненты имеют более длинные выводы, чем маломощные SMD-электроники, увеличивая индуктивность, даже если эти провода толще, чтобы поддерживать низкое сопротивление.
Бен Фойгт
9

Адаптер 12 В, который может быть источником 1000 А, должен быть подключен, по крайней мере, к источнику 120 В 100 А или к источнику 240 В 50 А, в любом случае гораздо больше, чем может обеспечить ваша настенная розетка.

TDHofstetter
источник
Если вы думаете об этом, единственные источники, которые надежно поставляют 12V @ 1000A, являются автомобилями соревнования аудио. Для этого нужны целый V8 и дюжина генераторов, у маленького маленького штепселя нет шансов (как вы сказали). +1
Брайан Бетчер
Я слышал идеи, где DC будет распространяться на несколько устройств, например, в этой статье . Идея состоит в том, чтобы найти баланс между постоянным током генератора и бородавками на стенах: распределить его вдоль переменного тока в одном доме или небольшом числе связанных зданий, например, в студенческом городке.
1
@Snowman, что это идея, но это очень плохой. Война потоков должна была научить нас этому ... но, может быть, мы забыли нашу историю Эдисона / Теслы. Даже Volkswagen и его знаменитая электрическая система 6V должны были стать хорошим уроком, а также более свежим.
TDHofstetter
7

Все это. Самый простой пример - кабель должен выдерживать 5000 ампер. Это будет массивный кабель. Я не имею в виду такую ​​же толщину, как ваша рука или нога, это еще хуже.

MSalters
источник
2
Даже со сверхбыстрым оптоволоконным кабелем ?! Я шучу, я шучу. Спасибо!
Богатая
4

Так же, как и все остальное, большая мощность больше, дороже, а компоненты дороже в сборке. Другим элементом 12 В является величина пульсации (компонента переменного тока) источника постоянного тока. Поэтому, как и все остальное, есть ряд элементов, которые делают выбор источника питания более сложным.

Рич Пытелевски
источник
0

Ответ очень прост: только внутренний резистор адаптера. Я даю вам пример 1-разомкнутой цепи (без тока), только напряжение вашего адаптера.введите описание изображения здесь

2 - случай 5А: теоретически вы получаете 5А, если у вас есть нагрузка 2,4 Ом. I = V / RI = 12 / 2,4 = 5А. В моем моделировании я получил 4,998, что близко к 5А, но нагрузка - это внутренний резистор, который составляет 2,4. ом введите описание изображения здесь

3 - 1000А теоретически вы получаете 5А, если у вас есть нагрузка 0,012 Ом I = V / RI = 12 / 0,012 = 1000 А, которая является внутренним резистором для такого внутреннего резистора, у вас должен быть реактор, а не адаптер :) введите описание изображения здесь

**

Независимо от полярности адаптера, отношение будет одинаковым, например, если у нас есть трансформатор ((большинство адаптеров имеют трансформатор внутри)), чем у нас есть переменный ток, то есть полярность будет изменяться, но внутреннее сопротивление будет таким же (без изменений), и это будет влиять на ток, если вы хотите сделать небольшое внутреннее сопротивление, у вас должен быть большой трансформатор с большим диаметром на катушке, чтобы сделать как можно меньшее сопротивление, поэтому чем больше трансформатор (адаптер), тем ниже сопротивление и эффективнее адаптер


Я говорю о внутреннем сопротивлении, если это адаптер постоянного тока (батарея электрохимического элемента), но если это переменный ток (трансформатор или генератор), то это будет сопротивление

м салим
источник
Это не отвечает на вопрос. Если создание источника питания 12 В 1000 A является просто вопросом уменьшения внутреннего сопротивления, то почему бы нам просто не сделать это?
Фотон
@ThePhoton - потому что уменьшить внутреннее сопротивление не просто и не бесплатно. Но концептуально, снижение внутреннего импеданса (при данной нагрузке) - это, по сути, то, что делается для создания более высокого тока.
Крис Страттон
@ChrisStratton, я это знаю. Я прошу автора улучшить свой ответ, включив эту информацию.
Фотон
Это будет зависеть от внутренних деталей неуказанного адаптера - возможны только предположения.
Крис Страттон
2
@ChrisStratton, я думаю, что другие ответы показывают, что можно дать полезный ответ. Этот ответ бесполезно отвечает на вопрос, который был задан. Если вы думаете, что это так, вы можете дать ему +1. В то же время, я не уверен, почему вы злитесь на меня за то, что вы предлагаете мне способы улучшить свой ответ.
Фотон