Alimentatore Apple: cavo AC spesso, cavo DC sottile - perché?

L'alimentatore Apple è costituito da un cavo CA molto spesso e non flessibile (dalla presa a muro al convertitore) e da un cavo CC molto sottile e flessibile (dal convertitore al computer):

Perché? Le correnti attraverso i cavi dovrebbero essere comparabili, giusto?

EDIT: l'etichetta sul convertitore dice:

• ingresso: 110-240 V ~ 1,5 A 50-60 Hz
• uscita: 16,5 V = 3,65 A max

EDIT2: cfr. Adattatore di alimentazione ThinkPad (cavi tipici, simile a hp / dell & c)

Che ha una parte DC più spessa (rispetto alla Apple) e una parte AC più sottile (rispetto alla Apple) ed è classificata

• ingresso: 100-240 V ~ 1,5 A 50 / 60Hz
• uscita: 20 V = 3,25 A.

Le caratteristiche sembrano essere simili - perché i cavi sono così diversi nel rapporto DC cable thickness/ AC cable thickness?

EDIT3: cfr. Adattatore CA per System76 Pangolin (che ha 3 fili - compresa la terra - nella parte CA)

È classificato come sopra e ha una parte CC più spessa e una parte CA più sottile rispetto al cavo Apple.

EDIT4: sembra che i cavi Lenovo / ThinkPad siano sottosviluppati , il che spiega la discrepanza dello spessore dei cavi osservata!

Le dimensioni dei cavi non sono dovute alle dimensioni del conduttore di rame al loro interno: questa è una parte abbastanza piccola del cavo. Gran parte della maggior parte proviene dall'isolamento elettrico.

Il cavo elettrico deve essere isolato in modo da non cortocircuitare. Maggiore è la tensione, più spesso è richiesto l'isolamento.

Il cavo di alimentazione di rete spesso è isolato per resistere alla tensione di rete. Nel tuo paese, questo è 110 V CA; nel mio paese è 230 VAC. Inoltre, l'isolamento deve resistere a picchi transitori di tensione ("sovratensioni") - AS1660.3 specifica che un cavo flessibile multi-core deve resistere a un test hi-pot da 3.000 V CA per cinque minuti, quindi l'isolamento deve essere abbastanza spesso da resistere a 3000 V RMS o 4.200 V di picco .

Il sottile cavo CC, d'altra parte, deve resistere solo a 12 V CC. Non esiste alcuna possibilità di picchi di tensione su questa linea perché il design dell'alimentatore non li consente. Esiste un rischio minimo di elettrocuzione da 12 V CC. Pertanto questo cavo non ha bisogno di molto isolamento e può essere piuttosto sottile.

Per enfatizzare la relazione tra tensione e spessore dell'isolamento, è possibile ottenere cavi come questo:

Il conduttore di rame è relativamente piccolo rispetto al diametro complessivo del cavo. Notare lo spessore dell'isolante (il materiale bianco). Questo corto taglio del cavo non aveva segni, ma è valutato per almeno 132.000 V CA e l'isolamento è più spesso corrispondente.

La corrente attraverso il cavo CC sarà in effetti più volte la corrente attraverso il cavo CA (la spiegazione segue un po '), ma la ragione per cui il cavo CA è più spesso riguarda la sicurezza dell'operatore, piuttosto che la capacità di carico della corrente.

Il filo di rete ha un isolamento molto più spesso (e puramente per inciso, anche una sezione del conduttore più spessa) per fornire una sicurezza aggiuntiva in caso di piegatura ripetuta, abrasione o impatto e danni al cavo risultanti.

Fondamentalmente, una persona potrebbe essere seriamente danneggiata dal contatto con un conduttore che trasporta la tensione di rete, se il conduttore dovesse in qualche modo essere esposto a causa di danni all'isolamento. Con il filo CC, il contatto non comporta rischi di folgorazione, a causa della bassa tensione in questione.

Stima della corrente:

La potenza attraverso il cavo di alimentazione sarà l'efficienza del convertitore di potenza, moltiplicata per la potenza assorbita dal lato CC, oltre a un po 'di energia ambientale / di riposo. Quindi, se ipotizziamo un'alimentazione a 110 Volt, un'efficienza dell'80%, una potenza di riposo trascurabile e un'uscita di 5 Volt CC che fornisce 5 Watt di potenza al dispositivo, quindi:

• P = V x I, quindi corrente continua I = 5/5 = 1 Ampere
• Potenza assorbita dal lato CA: 5 / 0.8 = 6.25 Watts
• Corrente del filo c.a. I = 6.25/110 = 0.0568 Amperes = 58.6 mA

Quindi non si tratta certamente della capacità di carico corrente sul lato CA!

La corrente nel lato DC sarà molto più alta. Ma è anche limitato dal power brick, ed è una tensione molto più bassa. Il cavo CA deve essere spesso perché deve essere resistente. Gran parte dello spessore sarà isolante.

Trattandosi di un prodotto Apple, la risposta è probabilmente il design. È progettato per essere il più sottile possibile e soddisfare ancora i requisiti legali.

In realtà, la corrente sarebbe inferiore nel cavo CA. Probabilmente ha più a che fare con i requisiti di durabilità (resistenza ai danni fisici) del cavo CA che trasporta una tensione di linea più elevata.

I requisiti UL si applicano, in particolare, al lato CA dell'adattatore di alimentazione e specificano un set o requisiti specifici che devono essere soddisfatti per qualsiasi cavo che conduca le tensioni domestiche CA. Apple ha reso il cavo il più sottile possibile pur soddisfacendo tutte quelle condizioni: capacità di gestione corrente, isolamento, archi e guasti ad alto potenziale e durata fisica, inclusi taglio, calore, flessione e resistenza all'usura.

Se i soli requisiti fossero stati in grado di resistere a 120 V CA RMS senza arco e condurre fino a 1 amp, avrebbero potuto renderlo molto, molto più sottile.

I requisiti UL sono piuttosto rigorosi.

Esistono quattro vincoli sulla dimensione minima del cavo CC:

1. tensione nominale
2. corrente nominale
3. valutazione di degradazione (nel corso della vita del prodotto prevediamo che non perda più del x% della capacità di tensione / corrente a causa di usura / abuso)
4. disponibilità del cavo

Esistono quattro vincoli sulla dimensione minima del cavo CA, ed ecco lo shock, sono esattamente gli stessi quattro vincoli. Le differenze riguardano interamente i valori di tensione e corrente. In entrambi i casi il cavo deve essere dimensionato dalla fonte di alimentazione. Nel caso in cc la fonte è l'alimentatore (che è a sua volta dimensionato dal carico). Nel caso ac la fonte è la presa. Secondo una rigorosa interpretazione del NEC, la presa può fornire 20 ampere a 115 volt, anche se poiché l'alimentazione ha una tensione nominale di 220 volt, si deve supporre che il cavo verrà inserito in una spina dell'adattatore e ci sono installazioni che mettono 20 prese da 30 ampere su 30 circuiti di amplificazione (a prigioni e scuole piace farlo). Quindi il cavo dovrebbe essere in grado di gestire un guasto a 220 volt 30 amp.

Non ho mai visto un cavo valutato per 110 volt o 220 volt. Il cavo da 300 volt e 600 volt è comune. In genere usano un cavo da 300 volt per il cablaggio a bassa tensione e 600 volt per il lato CA. Un filo calibro 14 può trasportare 20 ampere, anche se può surriscaldarsi e probabilmente non si guasterà sotto un picco di 30 amp.

La dimensione dei cavi di rete flessibili per piccoli dispositivi è determinata principalmente da considerazioni di sicurezza. I nuclei devono essere abbastanza spessi da non rompersi da sollecitazioni meccaniche e abbastanza spessi che nell'improbabile evento di un cortocircuito non si vaporizzano prima del fusibile / interruttore. L'isolamento e la guaina devono essere abbastanza spessi che, anche dopo molti anni di usura, forniscono comunque un isolamento adeguato.

Il cavo Apple ha un filo di terra (anche se stranamente gli adattatori che ti consentono di utilizzare il power brick senza che il cavo siano scoperti). Un filo di terra è desiderabile su alimentatori a commutazione più grande perché consente di ridurre drasticamente le correnti di contatto.

Sospetto che anche lo strano connettore abbia un'influenza. Apple potrebbe non voler progettare varianti di quel connettore per diversi tipi di cavo e potrebbe invece aver scelto un tipo / dimensione che sarebbe accettabile ovunque. D'altra parte, i cavi a quadrifoglio sono realizzati in grandi quantità, quindi ha più senso progettare varianti per le specifiche di ciascun paese e la commoditisatoin offre molto più spazio ai venditori malvagi in Cina per distribuire prodotti non conformi.

D'altra parte, il cavo di uscita CC non è considerato un rischio significativo per la sicurezza, quindi le sue dimensioni dipendono principalmente dal compromesso del fornitore tra efficienza e bellezza. Apple vuole che le sue macchine appaiano eleganti nel negozio, tanto è sottile il cavo.