Perché i laptop hanno bisogno di trasformatori più grandi dei telefoni cellulari?

Mi chiedevo perché un adattatore di alimentazione per laptop fosse così grande. La maggior parte dei laptop che ho visto usano un alimentatore di ~ 19V. Usando l'equazione del trasformatore e considerando 100 giri nel primario (solo un presupposto) e un alimentatore a 220 V, ho calcolato che dovrebbero esserci circa 8 giri nel secondario. Usando la stessa equazione per un caricabatterie per telefoni cellulari (5 V) e considerando 100 turni nel primario, dovrebbero esserci circa 3 turni nel secondario. Quindi non dovrebbe esserci molta differenza di dimensioni tra il trasformatore utilizzato in un caricabatterie per telefoni cellulari e un caricabatterie per laptop. Quindi perché gli adattatori per caricabatterie per laptop sono così grandi mentre un adattatore per caricabatterie per cellulare è piccolo?

Computer portatili e telefoni cellulari utilizzano entrambi alimentatori a commutazione, quindi gli adattatori non sono semplici trasformatori.

Per una data tecnologia esiste una relazione tra capacità di potenza (misurata in watt) e dimensioni (volume, in particolare). Quindi un cellulare che necessita di 2,1 A a 5 V (circa 10 W) può utilizzare un adattatore CA che è molto più piccolo e leggero di quello per un computer portatile che richiede 19 V a 4,62 A (circa 90 W).

In realtà, né i laptop né i telefoni cellulari utilizzano un trasformatore, di per sé.

Quello che usano, invece, è chiamato "alimentatore switching" che rettifica l'ingresso 110 o 220 V CA in un condensatore CC, quindi utilizza un microcontrollore a commutazione multi-KHz per impulso che attraverso un induttore per "convertire" la tensione verso il basso . Ciò richiede molto meno spazio di un trasformatore da 50Hz su un core grande e pesante, ed è generalmente più efficiente.

Per quanto riguarda il motivo per cui il convertitore per laptop è generalmente molto più grande dei caricabatterie USB per telefoni cellulari / tablet / ecc. Questa è una questione di gestione dell'alimentazione. A causa della maggiore tensione e demandex di corrente del laptop, il suo alimentatore richiede fili più spessi, un induttore più grande e componenti di commutazione ad alta potenza. Inoltre, con più energia che lo attraversa, c'è più calore da eliminare.

A causa della necessità di componenti più grandi e pesanti e di una maggiore dissipazione del calore, il caricabatterie lappy deve semplicemente essere più grande, a condizione che non si desideri pagare molte volte più denaro per materiali rari e costosi.

Tutti i moderni adattatori CA o alimentatori CC sono circuiti / sistemi in modalità commutata. Per sicurezza, la linea CA potrebbe essere isolata con un trasformatore. È un trasformatore ad alta frequenza, quindi molto più piccolo di dimensioni fisiche.

AC è 50 / 60Hz (cicli al secondo). I regolatori di commutazione sono da 50kHz a Mega-Hz. Pertanto, il trasformatore di isolamento è molto più piccolo. Questa è la ragione del passaggio da un trasformatore massiccio a un trasformatore ad alto chilo-Hz molto più piccolo.

Il risparmio di materiale (avvolgimento in rame, nucleo di ferro) e l'efficienza mediante commutazione elettronica, con un costo molto più basso, molta più efficienza energetica e dimensioni più ridotte.

Come il vecchio design del trasformatore qui: il lato 'output' (2 °) del trasformatore viene rettificato in tensione CC grezza. Per dimensioni minime, il rapporto della bobina del trasformatore potrebbe essere 1: 1 (uscita a 110 V CA, USA). Alta tensione! O qualunque sia il rapporto per il miglior design complessivo. La differenza: il DC grezzo è l'alimentatore DC solo per un circuito di commutazione, non per l'uscita. L'uscita del circuito commutato è l'alimentazione CC finale.

Circuito commutato semplificato: quando l'interruttore è acceso, il DC non alimentato carica la bobina. Quando è spento, il DC grezzo viene scollegato dalla bobina. Ora, per natura della bobina, la bobina forza l'energia da se stessa (prova ad alleviare se stessa!). Gli interruttori ai suoi terminali "sono" accesi e collegati a un condensatore. La bobina scarica la sua energia sul condensatore. Questo condensatore è il condensatore di livellamento CC in uscita, raddoppiando come accumulo di energia secondario.

Il carico in uscita, nel frattempo, continua a esaurire l'energia del condensatore. La bobina ricarica di tanto in tanto il condensatore. La CC grezza rifornisce di volta in volta l'energia della bobina.

In caso non isolato, nessun trasformatore e l'AC 110 V (USA) viene rettificato direttamente (alta tensione pericolosa!) Per formare la corrente continua grezza (circa 120-150 Vcc).

Il resto dell'elettronica regola la tensione di uscita. Quando il condensatore raggiunge la tensione desiderata, la bobina viene spenta dal condensatore, impedendo la carica a una tensione sempre più alta. Allo stesso tempo, la bobina viene ricollegata a CC grezzo per ricaricare. Quando l'uscita è esaurita troppo in basso, la bobina viene ricollegata al condensatore per ricaricarla.

La frequenza di commutazione viene scelta per risultati ottimali, considerati tra dimensioni fisiche, efficienza e costi.

In sintesi: rettifica; alta tensione DC; caricare la bobina; scaricare l'energia della bobina sul condensatore di uscita; ripetere.

Per natura, il circuito di commutazione NON è isolato (commutazione da CC a CC). Almeno un filo è comune, una connessione diretta da input a output.

Se non è necessario l'isolamento (ad esempio, all'interno di un pacchetto chiuso, come una lampadina), forse nessun trasformatore. L'isolamento è per sicurezza, quindi viene aggiunto un trasformatore. Più bassa è la frequenza, meno efficiente nella conversione elettromagnetica. Sicuramente, a una frequenza troppo elevata, l'efficienza di conversione inizia a diminuire.) Riepilogo bobina: un trasformatore di isolamento opzionale. Almeno una bobina per immagazzinare energia come modo per trasferire energia dall'ingresso all'uscita.

Extra per la mente indagatrice: salta la bobina! Tutto ciò che serve è un interruttore per caricare il condensatore di uscita (modalità condensatore commutato!), Direttamente dalla corrente continua! Quando si raggiunge la tensione di uscita desiderata, spegnere. Fatto! Salva un componente bobina! Diresti: la tensione non può guidare un cappuccio? OK, aggiungi un resistore di limitazione corrente. Il resistore è ancora molto più economico di una bobina. Perché serve una bobina? Altro ... Perché non rettificare in modo grezzo l'AC 110 V, quindi l'alimentazione DC grezza per un generatore ad alta frequenza per pilotare un trasformatore ad alta frequenza? Invece di 60Hz, ora hai un sistema AC a 50kHz! Lo stesso piccolo trasformatore. Successivamente, il trasformatore abbassa la tensione CA. Rettifica, Voila! [Suggerimento: efficienza e potenza di uscita].

[Efficienza: energia sul condensatore = (1/2) xCV ^ 2; equivalente bobina: (1/2) Li ^ 2. Man mano che la tensione aumenta sul cappuccio [o equivalente per bobina], è più efficiente: V è quadrata. Quadrato 5 V = 25. Quadrato 100 V = 10.000! Scaricare 5 V sul condensatore / bobina è solo molto. Dumping 105 V (110 V-5 Vout) su una bobina, wow!]