Источники питания 110-250 В расходуют энергию при более высоких напряжениях?

В качестве примера приведу стандартный адаптер Mains-> USB.

Мы знаем, что выход USB останется неизменным независимо от того, какое напряжение между разрешенным диапазоном подается на вход.

Если мы используем этот адаптер в Великобритании, то мы будем подавать 230 В на вход. Мы тратим энергию на это напряжение по сравнению с использованием устройства с более низким напряжением, скажем, 110В?

Вы говорите о трансформаторах и адаптерах питания, как будто они одинаковы, но это не так.

(Старомодный) адаптер питания на основе трансформатора будет большим и тяжелым и обычно подходит только для 110 В или 240 В переменного тока. Не то и другое, если только для него нет настройки, которая выбирает другой сигнал на трансформаторе.

Современные адаптеры питания отличаются друг от друга, намного меньше и легче по весу (при той же номинальной мощности) и могут работать в широком диапазоне входного напряжения, например, от 80 до 240 В переменного тока. Эти адаптеры представляют собой изолированные адаптеры питания с переключаемым режимом и содержат очень маленький трансформатор, работающий на высокой частоте.

Ваш USB-адаптер, несомненно, будет второго (коммутирующего) типа. Он легко помещается в вашем кармане? Тогда это переключатель.

В зависимости от конструкции адаптера питания с переключаемым режимом он более или менее эффективен при 110 В или 240 В переменного тока. Конструкция может быть оптимизирована для 110 В и, следовательно, менее эффективна при 240 В. Или наоборот. Здесь нет общей истины.

Возможно, вы думаете, что избыточное напряжение при использовании 240 В вместо 110 В будет «сожжено». Что ж, это не так, коммутируемые преобразователи обрабатывают это более эффективно, так что при любом входном напряжении и любом выходном токе теряется только небольшое количество энергии.

То, как такие переключающие преобразователи управляют таким широким диапазоном входного напряжения, является результатом работы этих преобразователей. Электрическая энергия от входа преобразуется в магнитную энергию в трансформаторе , а затем обратно в электрическую энергию снова. Транзистор на входной стороне трансформатора переключает входную мощность (при частоте 100 кГц или около того) и тем самым определяет количество энергии, поступающей в трансформатор. Таким образом, в трансформатор не поступает больше энергии, чем необходимо (на выходе)! Это очень эффективное решение для контроля мощности и, следовательно, напряжения на выходе.

Ток переключения ниже при более высоких напряжениях (как и должно быть при одинаковой выходной мощности), поэтому потери при проводимости будут меньше при более высоком входном напряжении.

Расходные материалы, рассчитанные только на вход 120 В переменного тока, часто имеют удвоитель входа для создания шины 300 В, однако 600 В слишком велики для комфорта, поэтому это редко, если вообще когда-либо, делают для источников, которые могут обрабатывать вход 240 В переменного тока (включая входные источники широкого диапазона).

Низкая эффективность подводы коммутации (при заданной выходной мощности , которая находится в пределах нормальных рабочих пастбищах говорят более чем на 10% от номинальной выходной мощности) , как правило , при минимальных входном напряжении .

Для данного входного напряжения КПД обычно достигает пика для тока нагрузки где-то в нормальном рабочем диапазоне (это выпуклая кривая с максимумами).

Чтобы прояснить это, однако, это эффект второго порядка , эффективность может быть (для определенной нагрузки) 80% при 240 В и 75% при 120 В. Не должно быть огромной разницы, при условии, что источник питания хорошо спроектирован. (все ставки с контрафактным мусором сняты).

Сетевой адаптер USB почти наверняка является источником питания в режиме переключения и, вероятно, содержит схему, подобную этой.

Если бы это был простой трансформатор, он был бы тяжелым и либо становился действительно (опасно) горячим при использовании 250 В переменного тока, либо имел бы переключатель для подключения двух основных проводов параллельно при использовании сети 110 В и последовательно при использовании сети 230 В.

Этот тип цепи называется источником питания Flyback и работает при включении коммутационного устройства и накоплении тока в первичной сети. Когда выключатель выключается, трансформатор возвращается назад, и ток может течь во вторичную обмотку.

Трансформатор и оптоизолятор обеспечивают изоляцию по соображениям безопасности, и трансформатор переключается на относительно высокой частоте (высокие десятки или низкие сотни кГц), чтобы минимизировать размер и стоимость необходимого трансформатора.

Этот тип схемы обычно более эффективен при высокой сети, чем при низкой, то есть он потребляет меньше энергии при высокой сети. Тем не менее, это очень эффективно в любой сети. Управляющая ИС не обязательно должна быть переключателем TOPS: для этого многие производители делают ИС.

Это зависит от типа вашего трансформатора. Обычно они сделаны для стандартного напряжения, например, 230 В, и их потери мощности для этого напряжения могут составлять около 1% или даже меньше. Если вы измените входное напряжение, оно может упасть, но только на несколько%, а не наполовину для 110В. Если половина энергии будет потрачена впустую, это будет означать, что она преобразуется в тепло.