Perché questo adattatore di alimentazione è senza trasformatore?

Ho visto un caricabatterie che converte 220 V CA in 6 V CC senza trasformatore.

Ora mi chiedo perché molti (se non tutti) gli adattatori di corrente utilizzano un trasformatore, si tratta di efficienza o di deriva nel tempo?

Aggiornamento: questo circuito è all'interno di questa torcia

L'alimentatore che hai trovato in questo dispositivo è di un tipo noto come contagocce capacitivo . (Maggiori informazioni nell'articolo di Wikipedia " Alimentatore capacitivo ".)

Il motivo principale per cui non si vede spesso questo tipo di alimentatore è semplice: non è sicuro . Questo perché una gamba dell'alimentazione CA deve, per necessità, essere collegata direttamente al circuito. Idealmente, questa dovrebbe essere la gamba neutra, ma è difficile garantirlo: le prese cablate male, o le spine non polarizzate, possono far sì che parte del circuito venga eccitato dalla gamba calda dell'alimentazione CA.

Questo è un rifornimento di contagocce capacitivo come altri hanno già detto, ma ho intenzione di avere una visione leggermente diversa della sicurezza delle cose .....

Se è incorporato direttamente nella torcia in modo che nessuna parte della torcia o del circuito di ricarica sia accessibile senza l'uso di uno strumento (quindi, batteria, LED, interruttore, qualsiasi altra cosa) è tutto sigillato all'interno di una scatola di plastica con un'adeguata presa di rete per la ricarica, allora è perfetto e perfettamente sicuro. Il problema si presenta solo quando si tenta di fornire un modo per connettere una cosa del genere al mondo esterno, per fornire circa 10 mA per caricare una batteria in una torcia di emergenza, questo tipo di cose è molto, molto standard.

La cosa verde è una resistenza, per lo più lì per limitare la corrente assorbita da picchi veloci quando il tappo non fa molto bene, la maggior parte della tensione viene fatta passare attraverso il condensatore, quindi viene dissipata poca energia, ma il fattore di potenza è terribile.

Ci sono un paio di posti in cui la distanza della piega sembra un po 'sospetta, ma a parte questo, ho visto molto peggio.

La maggior parte dei paesi richiede che i dispositivi non conducano una quantità significativa di corrente tra uno dei cavi di alimentazione di rete e qualsiasi superficie metallica esposta, anche quando viene applicata una differenza potenziale significativa (ad esempio 1000 volt) tra i cavi di alimentazione e quella superficie.

Esistono tre modi in cui i dispositivi possono soddisfare questo requisito:

1. Non avere alcun collegamento tra qualsiasi cosa che utilizza l'elettricità e qualsiasi superficie metallica esposta.

2. Per i dispositivi che richiedono quantità di energia assolutamente minime, collegare l'alimentazione solo attraverso dispositivi che non passano molta corrente in nessuna condizione. Un simile approccio potrebbe essere praticabile per un orologio LCD che richiede solo 10uA, ma non è adatto per essere molto più di questo.

3. Converti l'elettricità in qualche altra forma di energia e poi riconvertila in elettricità. Per i casi che richiedono un isolamento estremo, si potrebbe usare un motore ad alimentazione di rete (che converte l'elettricità in un campo magnetico mobile, che poi gira un albero) collegato tramite un albero non conduttivo a un generatore (che utilizza l'albero rotante per generare un magnete mobile campo, che userebbe per produrre elettricità). Un trasformatore è un'alternativa più economica, che omette le due fasi centrali di conversione e quindi evita le perdite di conversione associate.

L'approccio n. 1 è il più economico quando è pratico. L'approccio n. 2 è raramente pratico. Molti dispositivi non possono utilizzare il n. 1 o il n. 2 e quindi implementare il n. 3. I trasformatori non sono l'unico modo per ottenere il 3 ° posto, ma sono spesso più economici e più pratici di qualsiasi alternativa.

Si tratta di efficienza e costi. La tendenza nel settore dell'elettronica per i dispositivi di gestione dell'alimentazione è quella di eliminare il più possibile i trasformatori (e con esso il rame e il suo peso). Il modo in cui lo fanno legittimamente è con una classe di circuiti generalmente chiamati alimentatori a commutazione (SMPS) e convertitori.

Nei circuiti in modalità switch, un oscillatore (solitamente ad onda quadra, con frequenze che vanno da? 20kHz fino al basso MHZ in alcuni casi) controlla un interruttore, di solito un MOSFET, acceso / spento, che controlla un elemento di accumulo di energia, cioè un induttore o condensatore, a seconda della topologia del circuito, e ce ne sono alcuni, come imparerai nel tuo corso ECE se e quando farai una materia di elettronica di potenza introduttiva.

Spero che il caricabatterie che hai visto sia probabilmente un esempio di convertitore buck ACDC. (In caso contrario, sei in profondità.) Ci sono anche convertitori ACAC e DCDC. Se aumentano la tensione primaria, sono convertitori di boost . Se abbandonano il primario, sono convertitori buck . Per non essere da meno, ci sono anche convertitori buck-boost, che, ad esempio, vengono utilizzati per prolungare la durata delle batterie nei circuiti alimentati a batteria, per quando la tensione della batteria scende al di sotto della tensione di alimentazione richiesta. (Non ho sentito molto parlare dei convertitori boost-buck, ma non sarei sorpreso se avessero alcune applicazioni).

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Poiché è presente molta energia nei circuiti di alimentazione in modalità switch e, poiché funzionano vicino ai limiti delle tolleranze dei componenti, tendono a spostarsi nel tempo (per i chip, cercare l'elettromigrazione e "fisica di fallimento"). L'elevata energia è ciò che rende questi circuiti pericolosi con cui lavorare. I progettisti utilizzano componenti di classe energetica a causa di questi requisiti e sono più costosi, ma più robusti, del componente passivo di serie.

Molti produttori di semiconduttori producono chip per la gestione della potenza e della batteria, e ora chip per la raccolta di energia, e di solito hanno un'ottima letteratura tecnica sull'argomento, quindi inizia a esplorare.

Benvenuti nel mondo dell'elettronica di potenza.

MODIFICARE

Il circuito che hai mostrato è il modo di non farlo. Se ho letto correttamente la scheda, il grande componente verde è molto probabilmente un resistore a filo avvolto ad alta potenza, di alto valore, che abbassa la tensione e limita la corrente dalla tensione di rete, quindi rettifica questa tensione CA ancora e la attenua con un grosso condensatore enorme (componente rosso-arancione). Funzionerà fino a quando il resistore fallisce. Se fallisce come circuito aperto, il caricabatterie non funzionerà, ma se fallisce come cortocircuito, farà esplodere i diodi raddrizzatori e il condensatore. Questo non è un circuito sicuro. Riprendilo e ricevi un rimborso, se puoi, o buttalo via prima che qualcuno si faccia male. (O utilizzarlo per parti in progetti non critici :-) - i componenti sono probabilmente economici e di bassa qualità.)

Sia per motivi di sicurezza sia perché è più pratico ottenere (diciamo) 5V @ 2.1A con un piccolo rifornimento di flyback. Un'alimentazione contagocce capacitiva dovrebbe richiedere un'enorme VA per ottenere una quantità relativamente piccola di potenza.

È possibile realizzare un caricabatterie a bassa corrente per isolare le connessioni della batteria dall'utente, mentre un adattatore di alimentazione avrà un cavo e il dispositivo potrebbe avere metallo, porte ecc. Esposti Se l'utente è esposto al collegamento diretto alla rete, potrebbe essere fulminato.

Questo alimentatore è senza trasformatore perché il produttore cerca di spremere ogni centesimo dal prodotto mantenendo bassi i costi. Questo tipo di alimentatori è già stato discusso in precedenza , con l'utente che ha riferito di aver ricevuto scosse elettriche dal dispositivo. Ora, il tuo dispositivo sembra essere meglio isolato, con solo il piccolo LED rosso e l'interruttore è al potenziale di rete mentre sporge dalla custodia.

Non sarei troppo preoccupato, ma manterrei le mani il più lontano possibile dal LED e dall'interruttore mentre la torcia si sta caricando.

Questi dropper capacitivi vengono spesso mostrati sul canale YouTube di Big Clive, dove discute su come funzionano e sui problemi con essi. Come dice duskwuff, esiste una connessione di rete diretta. Alcuni circuiti diventano ancora più entusiasmanti inserendo un interruttore unipolare sull'ingresso e utilizzando una connessione di rete non polarizzata, quindi hai una probabilità 50/50 di avere un interruttore in tensione o un neutro, rendendo l'apparecchio al potenziale di rete mentre è spento!

https://www.youtube.com/watch?v=QwqFkelUs_g mostra una torcia con contagocce capacitivo e una porta USB al potenziale di rete. Molto eccitante!