Dispositivi AC e DC

Perché gli elettrodomestici come una luce, una TV e una ventola utilizzano l'alimentazione CA direttamente dall'alimentazione, ma un telefono e un laptop utilizzano un adattatore per convertire la corrente alternata in corrente continua?

Ciò è dovuto principalmente al fatto che la tensione di linea è "alta" rispetto a ciò di cui ha bisogno l'elettronica normale e ciò che è sicuro.

I dispositivi che utilizzano una potenza significativa, come luci e ventole, sono costruiti per funzionare direttamente dalla tensione della linea di alimentazione. Il costo di proteggere l'utente dalla tensione più elevata è compensato dall'uso più efficiente della potenza e dal non doverlo convertire.

I dispositivi dotati di elettronica richiedono bassa tensione per far funzionare l'elettronica. Ciò significa un alimentatore aggiuntivo , che converte l'alta tensione di linea in bassa tensione richiesta dall'elettronica. Si converte anche in DC, perché l'elettronica ha bisogno di DC per funzionare.

Dato che esiste questo convertitore tra la tensione di linea e gli interni effettivi del dispositivo, i produttori possono scegliere dove posizionarlo. In alcuni casi, ha senso mettere questo convertitore esterno al dispositivo. Ciò allevia la necessità di proteggere l'utente dalle alte tensioni sul dispositivo. Vado più in dettaglio qui .

Alcuni dispositivi elettronici sono abbastanza grandi da avere un senso all'interno dell'alimentatore. Il tuo esempio TV è in questa categoria. È ancora un dispositivo elettronico che funziona internamente con corrente continua a bassa tensione, ma è abbastanza grande che l'alimentazione sia interna.

Devi iniziare da "perché la tensione della rete elettrica è 110VAC / 220VAC". Quindi è AC perché in questo modo è facile convertire la tensione dai trasformatori o spostare i motori (AC). Entrambe le ragioni erano lì molto prima che arrivasse l'elettronica.

Per l'elettronica, come TV, laptop, qualunque cosa, avrai sempre bisogno di CC e significativamente inferiore a 160 V / 315 V (CA rettificato). Questo perché i semiconduttori funzionano, diversamente dai tubi a vuoto (di cui non ho idea, non sono così vecchio).

Quindi perché a volte abbiamo un alimentatore all'interno di un dispositivo e talvolta all'esterno? È perché considerazioni sull'applicazione. Laptop: non vuoi avere un alimentatore all'interno quando sei in movimento. Quindi usi qualcosa di esterno che puoi lasciare a casa.

Per la TV non importa, quindi normalmente è meglio che il cliente l'abbia all'interno. Anche se a volte per dispositivi estremamente sottili l'alimentatore sarà comunque esterno.

Ho la sensazione che anche se la maggior parte delle spiegazioni fornite qui sono per lo più corrette, in realtà non rispondono a ciò che l'OP ha chiesto. Il che è divertente, perché penso che la spiegazione dovrebbe essere lunga solo poche frasi.

Il motivo principale per cui CA esce dalla presa è perché è molto inefficiente trasportare DC su lunghe distanze (e specialmente DC a bassa tensione). (Oltre a ciò: l'elettricità è anche AC quando viene generata, almeno per la maggior parte delle fonti.) Quando arriva in casa, viene praticamente sempre convertita in DC prima dell'uso, perché quasi tutti i dispositivi moderni hanno bisogno di DC. Quelli che hanno bisogno di un qualche tipo di AC genereranno il proprio, e non useranno l'AC fornito dalla presa.

Ci sono solo alcune eccezioni. (Posso pensare solo a 3 per il momento, ma probabilmente c'è di più):

• motori: la maggior parte dei (grandi) elektromotori funzionano a corrente alternata, quindi possono usarli immediatamente dalla presa.

• lampade ad incandescenza: richiedono calore per far illuminare la lampada. Non importa se il calore proviene da AC o DC, quindi non c'è motivo di convertirlo.

• elementi riscaldanti: stessi delle lampade a incandescenza

La tua TV non è una delle eccezioni, perché si converte internamente in DC, proprio come fa il tuo laptop con un adattatore esterno.

Un altro motivo per avere un convertitore CA / CC separato è la sicurezza . Dispositivi come laptop e cellulari sono generalmente pensati per essere gestiti dall'utente con un contatto ravvicinato con la pelle. Un piccolo errore con un convertitore CA / CC interno può essere molto pericoloso.

La soluzione più semplice è quella di gestire la tensione di linea all'esterno e lontano dal dispositivo con un adeguato isolamento nell'adattatore. Il dispositivo vede solo la bassa tensione CC.

La casa è fornita di corrente alternata perché i normali trasformatori polari e i loro cugini più grandi richiedono corrente alternata, e la maggior parte dei primi dispositivi elettrici domestici non importava se avevano corrente alternata o CC. E per una serie di altri motivi è più facile gestire l'AC nel processo di distribuzione.

Praticamente tutti i dispositivi che elaborano audio o video (incluse vecchie radio e televisori a tubo) utilizzano DC internamente per la maggior parte delle loro operazioni. Ma la conversione da CA a CC su piccola scala non è particolarmente difficile.

Parte della ragione è storica. La conversione della tensione comportava un hardware molto più grande e più costoso di quanto non faccia oggi e molti dispositivi elettrici richiedevano una tensione più elevata rispetto a oggi. I LED bianchi, che sono il primo progetto di lampada elettrica per uso generale che non necessita di alta tensione (né per efficienza né per farla funzionare), sono arrivati ​​sul mercato solo verso il 2010. Le "verruche da parete" lineari erano ancora all'ordine del giorno nel 2000, così come i televisori a tubo catodico. Le radio e le TV che utilizzavano i tubi a vuoto internamente (forse accanto ai transistor) erano ancora all'ordine del giorno nei primi anni '80.

Pertanto, gli usi più vecchi dell'elettricità, come lampade ed elettrodomestici, tendono ad essere progettati per funzionare direttamente sulla tensione di rete, sia perché la disponibilità della tensione di rete era più utile per loro, sia perché era più economico farlo in quel modo.

Qualsiasi dispositivo domestico che acquisti oggi, che funziona ancora direttamente sulla tensione di linea, probabilmente ha un motore o un riscaldatore ad alta potenza all'interno; quelle sono le applicazioni per le quali è ancora più efficiente utilizzare direttamente la tensione di linea. Le lampadine a LED sono un caso speciale: avrebbe un certo senso alimentare loro 12VDC o giù di lì, ma poiché le case hanno già tutti i cavi e l'hardware della lampada impostati per l'illuminazione a tensione di linea, hanno invece convertitori di potenza integrati.

(Domanda per la galleria di arachidi: quali tensioni vengono utilizzate internamente all'interno dell'attrezzatura audio di consumo attuale di generazione? Quelli tendono anche a ricevere un ingresso di alimentazione di tensione di linea, ma potrebbe essere proprio il "possiamo adattare il convertitore all'interno del case "scenario menzionato in altre risposte. Non conosco in un modo o nell'altro.)

Le luci fluorescenti e a incandescenza possono scaricarsi direttamente dalla corrente alternata, fondamentalmente perché sono elettricamente semplici (possono effettivamente funzionare a corrente alternata o continua senza molte modifiche) e sono progettate per consentire alte tensioni. Puoi fare un video al rallentatore e vedrai che si accendono e si spengono mentre la corrente oscilla.

I motori come quello nella tua ventola possono anche funzionare a corrente alternata perché non è molto difficile progettare un motore che possa funzionare in questo modo.

Le luci a LED e le TV si convertono effettivamente in DC internamente, usando circuiti simili al power brick per il tuo laptop. I motivi principali per cui i tuoi dispositivi elettronici portatili hanno un convertitore CA-CC separato sono il calore a disagio in qualcosa che stai trattenendo e la portabilità, che non sono problemi con la TV e la luce a LED.

Per quanto riguarda il motivo per cui i progettisti scelgono di utilizzare DC anziché AC, ci sono molte ragioni. Per applicazioni come telefono e laptop che devono scaricare le batterie; avrebbero bisogno di aggiungere un inverter per convertire da DC ad AC che aggiungerebbe calore e peso al prodotto che dovrebbe essere portatile. Inoltre, essenzialmente tutti i circuiti digitali funzionano a corrente continua e sarebbe incredibilmente costoso se non impossibile progettare da zero un telefono o una TV che utilizza solo l'alimentazione CA. Come per tutte le domande di progettazione, un costo principale è il costo: è più economico progettare il mio motore per accettare la corrente alternata o inserire un trasformatore per la conversione da corrente alternata a corrente continua?

Il motivo principale è il calore. I piccoli dispositivi / apparecchi hanno difficoltà a dissipare il calore dalla conversione CA a CC. Posizionando il convertitore CA / CC all'esterno del telaio, i piccoli dispositivi / apparecchi allontanano la fonte di calore dagli altri componenti e riducono i costi non dovendo occuparsene all'interno del telaio.