Адаптеры постоянного тока: почему так мало усилителей?

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?

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?

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.

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.

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.

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.

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

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

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 :)

**

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