Зачем ноутбукам нужны большие трансформаторы, чем мобильным телефонам?

Мне было интересно, почему адаптер питания ноутбука так огромен. Большинство ноутбуков, которые я видел, используют источник питания ~ 19 В. Используя уравнение трансформатора и учитывая 100 витков в первичной обмотке (только предположение), и источник питания 220 В, я рассчитал, что во вторичной обмотке должно быть около 8 витков. Используя то же уравнение для зарядного устройства мобильного телефона (5 В) и учитывая 100 витков в первичной обмотке, должно быть около 3 оборотов во вторичной обмотке. Таким образом, не должно быть большой разницы в размерах между трансформатором, используемым в зарядном устройстве для сотового телефона и ноутбуком. Так почему же адаптеры для зарядных устройств для ноутбуков такие большие, а адаптеры для зарядных устройств для мобильных телефонов маленькие?

В ноутбуках и сотовых телефонах используются импульсные источники питания, поэтому адаптеры - это не простые трансформаторы.

Для данной технологии существует взаимосвязь между мощностью (измеряемой в ваттах) и размером (в частности, объемом). Таким образом, сотовый телефон, которому требуется 2,1 А при 5 В (около 10 Вт), может использовать адаптер переменного тока, который намного меньше и легче, чем для ноутбука, которому требуется 19 В при 4,62 А (около 90 Вт).

На самом деле, ни ноутбуки, ни мобильные телефоны не используют трансформатор как таковой.

Вместо этого то, что они используют, называется «импульсным источником питания», который выпрямляет вход переменного тока 110 или 220 В в конденсатор постоянного тока, а затем использует многокГцный переключающий микроконтроллер для подачи импульса через индуктор для «преобразования» напряжения вниз , Это требует гораздо меньше места, чем трансформатор 50 Гц на большом, тяжелом сердечнике, и обычно более эффективно.

Что касается того, почему конвертер для ноутбука, как правило, намного больше, чем USB-зарядные устройства для сотовых телефонов / планшетов / и т.д. Это вопрос управления мощностью. Из-за более высокого напряжения и тока demandex от ноутбука его блок питания нуждается в более толстых проводах, увеличенной индуктивности и более мощных переключающих компонентах. Кроме того, чем больше энергии проходит через него, тем больше тепла нужно избавляться.

Из-за необходимости иметь более крупные и тяжелые компоненты и больше рассеивать тепло зарядное устройство просто должно быть больше, если вы не готовы платить много раз больше денег за редкие и дорогие материалы.

Все современные адаптеры переменного тока или источники постоянного тока являются переключаемыми схемами / системами. В целях безопасности линия переменного тока может быть изолирована с помощью трансформатора. Это высокочастотный трансформатор, поэтому он намного меньше по физическим размерам.

AC составляет 50/60 Гц (циклов в секунду). Регуляторы переключения от 50 кГц до мегагерц. Таким образом, изолирующий трансформатор намного меньше. Это является причиной перехода от массивного трансформатора к гораздо меньшему трансформатору с высоким кГц.

Экономия материала (медная обмотка, железный сердечник) и эффективность благодаря электронному переключению, что позволяет значительно снизить затраты, значительно повысить энергоэффективность и уменьшить размеры.

То же, что и старая конструкция трансформатора: «Выходная» сторона (2-ая) трансформатора выпрямляется до необработанного постоянного напряжения. Для наименьшего размера отношение обмоток трансформатора может составлять 1: 1 (выход при 110 В переменного тока, США). Высокое напряжение! Или любое соотношение для лучшего общего дизайна. Разница: необработанный постоянный ток является источником постоянного тока только для коммутационной цепи, а не для выхода. Выход коммутируемой цепи является конечным источником постоянного тока.

Упрощенная схема переключения: когда переключатель включен, необработанный постоянный ток заряжает катушку. Когда выключено, необработанный DC отключен от катушки. Теперь, по природе катушки, катушка выталкивает энергию из себя (попробуйте освободиться!). Переключатели на его клеммах «включены» и подключены к конденсатору. Катушка сбрасывает свою энергию на конденсатор. Этот конденсатор является выходным постоянным сглаживающим конденсатором, удваивающимся как вторичный накопитель энергии.

Нагрузка на выходе, тем временем, продолжает истощать энергию конденсатора. Катушка перезаряжает конденсатор время от времени. Необработанный DC время от времени пополняет энергию катушки.

В неизолированном случае трансформатор отсутствует, и переменный ток 110 В (США) напрямую выпрямляется (опасно высокое напряжение!) Для формирования необработанного постоянного тока (около 120-150 В постоянного тока).

Остальная часть электроники регулирует выходное напряжение. Когда конденсатор достигает желаемого напряжения, катушка отключается от конденсатора, предотвращая зарядку до более высокого и более высокого напряжения. В то же время катушка подключается к необработанному постоянному току для перезарядки. Когда выходная мощность слишком низкая, катушка снова подключается к конденсатору, чтобы перезарядить его.

Частота переключения выбирается для получения оптимальных результатов с учетом физических размеров, эффективности и стоимости.

В итоге: Исправить; высокое напряжение постоянного тока; зарядить катушку; сбросить энергию катушки на выходной конденсатор; повторение.

По своей природе схема переключения НЕ изолирована (переключение постоянного тока в постоянное). По крайней мере один провод является общим, прямое соединение от входа до выхода.

Если изоляция не требуется (скажем, внутри закрытой упаковки, например, лампочки), возможно, нет трансформатора. Изоляция для безопасности, поэтому добавлен трансформатор. Чем ниже частота, тем менее эффективно электромагнитное преобразование. Конечно, при слишком высокой частоте эффективность преобразования начинает снижаться.) Краткое описание катушки: один дополнительный изолирующий трансформатор. По крайней мере, одна катушка для хранения энергии как способ передачи энергии от входа к выходу.

Дополнительный для пытливого ума: Пропустить катушку! Все, что вам нужно, это переключатель для зарядки выходного конденсатора (режим переключаемого конденсатора!), Непосредственно от необработанного постоянного тока! При достижении желаемого выходного напряжения выключите. Готово! Сохраните компонент катушки! Вы скажете: «Не может ли напряжение управлять заглушкой? ОК, добавьте ограничитель тока. Резистор все же намного дешевле катушки. Зачем нужна катушка? Подробнее ... Почему бы не выполнить непосредственное выпрямление переменного тока 110 В, а затем подать необработанный источник постоянного тока для высокочастотного генератора для управления высокочастотным трансформатором? Вместо 60 Гц теперь у вас есть система переменного тока 50 кГц! Такой же маленький трансформатор. Затем трансформатор понижает напряжение переменного тока. Исправь, Вуаля! Подсказка: эффективность и выходная мощность.

[Эффективность: энергия на конденсаторе = (1/2) xCV ^ 2; эквивалент катушки: (1/2) Li ^ 2. Когда напряжение на крышке становится выше (или эквивалент для катушки), оно становится более эффективным: V возводится в квадрат. Квадрат 5В = 25. Квадрат 100В = 10000! Сброс 5 В на конденсатор / катушку - это всего лишь много. Сбрасывает 105V (110V-5Vout) на катушку, вау!]