АС адаптер - AC adapter

О других значениях этого термина см. зарядное устройство.
«Внешний источник питания» перенаправляется сюда. См. Европейский стандарт внешнего источника питания для смартфонов 2009 г. Общий внешний источник питания.
Адаптер переменного тока типа "бородавка" для домашней игровой приставки.
Адаптер переменного тока для Lenovo ноутбук
Схема внутреннего адаптера

An АС адаптер, Адаптер переменного / постоянного тока, или же Преобразователь AC / DC[1] это вид внешнего источник питания, часто заключенный в футляр, похожий на Вилка переменного тока. Другие общие имена включают комплект вилок, вставной адаптер, блок адаптера, бытовой сетевой адаптер, сетевой адаптер, настенная бородавка, силовой кирпич, и Адаптер питания. Адаптеры для оборудования с батарейным питанием можно описать как зарядные устройства или же зарядные устройства (смотрите также зарядное устройство ). Адаптеры переменного тока используются с электрическими устройствами, требующими мощность но не содержат внутренних составные части вывести необходимый Напряжение и мощность от сетевое питание. внутренний схема внешнего источника питания очень похож на дизайн, который будет использоваться для встроенного или внутреннего источника питания.

Внешние источники питания используются как с оборудованием, не имеющим других источников питания, так и с аккумулятор - оборудование с питанием от источника питания, при котором источник питания при включении может иногда заряжать аккумулятор в дополнение к питанию оборудования.

Использование внешнего источника питания позволяет переносить оборудование с питанием от сети или от аккумулятора без дополнительных внутренних компонентов питания и делает ненужным производство оборудования для использования только с указанным источником питания; одно и то же устройство может питаться от сети переменного тока 120 В или 230 В переменного тока, автомобильного или авиационного аккумулятора, используя другой адаптер. Еще одним преимуществом этих конструкций может быть повышенная безопасность; поскольку опасное сетевое напряжение 120 или 240 вольт преобразуется в более низкое и безопасное напряжение в сетевой розетке, и прибор, с которым работает пользователь, питается от этого более низкого напряжения.

Режимы работы

Разобрав адаптер переменного тока, можно увидеть простую нерегулируемую линейную цепь питания постоянного тока: трансформатор, четыре диода в мостовой выпрямитель, и электролитический конденсатор сгладить форму волны

Первоначально большинство адаптеров переменного / постоянного тока были линейные источники питания, содержащий трансформатор преобразовать сети электроэнергии напряжение до более низкого напряжения, а выпрямитель преобразовать это в пульсирующий постоянный ток, и фильтр для сглаживания пульсирующего сигнала до постоянного тока с остаточным рябь вариации достаточно малы, чтобы не повлиять на включенное устройство. Размер и вес устройства во многом определялись трансформатором, который, в свою очередь, определялся выходной мощностью и частота сети. При номинальной мощности более нескольких ватт устройства были слишком большими и тяжелыми, чтобы их можно было использовать в розетке. Выходное напряжение этих адаптеров менялось в зависимости от нагрузки; для оборудования, требующего более стабильного напряжения, линейный регулятор напряжения схемотехника была добавлена. Потери в трансформаторе и линейном регуляторе были значительными; КПД был относительно низким, и значительная мощность рассеивалась в виде тепла, даже когда нагрузка не двигалась.

В начале двадцать первого века импульсные источники питания (SMPS) стали практически повсеместными для этой цели. Напряжение сети выпрямляется до высокого постоянного напряжения, приводящего в действие схему переключения, которая содержит трансформатор, работающий на высокой частоте, и выдает постоянный ток с заданным напряжением. Высокочастотные пульсации легче отфильтровываются, чем сетевые. Высокая частота позволяет трансформатору быть небольшими, что снижает его потери; а импульсный регулятор может быть намного эффективнее линейного регулятора. В результате получается гораздо более эффективное, компактное и легкое устройство. Безопасность обеспечивается, как и в более старой линейной схеме, потому что трансформатор по-прежнему обеспечивает гальваническая развязка.

Линейная схема должна быть разработана для конкретного узкого диапазона входных напряжений (например, 220–240 В переменного тока) и должна использовать трансформатор, соответствующий частоте (обычно 50 или 60 Гц), но импульсный источник питания может эффективно работать в очень широкий диапазон напряжений и частот; один блок на 100–240 В переменного тока будет работать практически с любой сетью питания в мире.

Однако, если они не будут тщательно спроектированы и не будут использоваться подходящие компоненты, переключатели переходников с большей вероятностью выйдут из строя, чем более старые типы, частично из-за сложной схемы и использования полупроводников. Если эти адаптеры не спроектированы правильно, они могут быть легко повреждены перегрузками, даже преходящий те, которые могут исходить от молния, кратковременное перенапряжение сети (иногда вызванное лампа накаливания при отказе одной и той же силовой цепи), ухудшении характеристик компонентов и т. д. Очень распространенный вид отказа возникает из-за использования электролитические конденсаторы чей эквивалентное последовательное сопротивление (СОЭ) увеличивается с возрастом; импульсные регуляторы очень чувствительны к высокому ESR (в более старых линейных схемах также использовались электролитические конденсаторы, но эффект деградации был гораздо менее значительным). В хорошо спроектированных схемах учитывается ESR, номинальный ток пульсации, импульсный режим и номинальная температура конденсаторов.[2]

Многие недорогие импульсные адаптеры переменного тока не обеспечивают адекватную фильтрацию и / или экранирование для электромагнитная интерференция что они производят. Природа этих высокоскоростных схем переключения с высокой энергией такова, что, когда эти профилактические меры не реализованы, могут генерироваться и излучаться относительно высокоэнергетические гармоники в радиочастоте спектра. Количество радиочастотной энергии обычно уменьшается с увеличением частоты; так, например, помехи в диапазоне вещания на средних волнах (US AM) в диапазоне одного мегагерца могут быть сильными, в то время как помехи в диапазоне вещания FM около 100 мегагерц могут быть значительно меньше. Расстояние - это фактор; чем ближе помехи к радиоприемнику, тем они интенсивнее. Даже прием Wi-Fi в диапазоне гигагерц может ухудшиться, если приемные антенны расположены очень близко к излучающему адаптеру переменного тока. Определить, исходят ли помехи от конкретного адаптера переменного тока, можно, просто отключив подозрительный адаптер, наблюдая за величиной помех, полученных в проблемном радиодиапазоне. В современной домашней или деловой среде может использоваться несколько адаптеров переменного тока; в таком случае отключите их все, а затем снова подключите их по очереди, пока не будет найден виновник или виновные.

Преимущества

Внешние адаптеры переменного тока широко используются для питания небольших или портативных электронных устройств. К преимуществам можно отнести:

  • Безопасность - Внешние адаптеры питания могут избавить разработчиков продукта от беспокойства о некоторых проблемах безопасности. Большая часть оборудования этого типа использует только достаточно низкие напряжения, чтобы не угроза безопасности внутри, хотя источник питания по необходимости должен использовать опасное сетевое напряжение. Если используется внешний источник питания (обычно через разъем питания, часто коаксиального типа ), оборудование не нужно проектировать с учетом опасного напряжения внутри корпуса. Это особенно актуально для оборудования с легкими корпусами, которое может сломаться и обнажить внутренние электрические детали.
  • Снижение нагрева - нагрев снижает надежность и долговечность электронных компонентов и может привести к неточности или неисправности чувствительных цепей. Отдельный блок питания удаляет источник тепла от аппарата.
  • Снижение электрических шумов. Поскольку излучаемый электрический шум уменьшается пропорционально квадрату расстояния, изготовителю выгодно преобразовать потенциально зашумленное сетевое питание переменного тока или автомобильную мощность в «чистый» отфильтрованный постоянный ток во внешнем адаптере на безопасном расстоянии от шумочувствительная схема.
  • Уменьшение веса и размеров. Удаление компонентов питания и вилки сетевого шнура из оборудования, питаемого от аккумуляторных батарей, снижает вес и размер, которые необходимо переносить.
  • Простота замены - блоки питания более склонны к сбоям, чем другие схемы, из-за воздействия скачков мощности и внутреннего образования отходящее тепло. Пользователь может быстро заменить внешние блоки питания без необходимости ремонта подключенного устройства.
Адаптер переменного тока с поддержкой четырех различных систем вилок переменного тока
  • Универсальность конфигурации - электронные изделия с внешним питанием можно использовать с различными источниками питания по мере необходимости (например, 120 В переменного тока, 240 В переменного тока, 12 В постоянного тока или внешний аккумулятор) для удобного использования в полевых условиях или во время путешествий.
  • Упрощенная инвентаризация, распространение и сертификация продукта - электронный продукт, который продается и используется на международном уровне, должен питаться от широкого диапазона источников питания и должен соответствовать нормам безопасности продукта во многих юрисдикциях, обычно требуя дорогостоящей сертификации на национальном или региональном уровне. агентства безопасности Такие как Underwriters Laboratories или же Technischer Überwachungsverein. Одна версия устройства может использоваться на многих рынках, при этом различные требования к питанию удовлетворяются различными внешними источниками питания, так что необходимо производить, хранить и тестировать только одну версию устройства. Если конструкция устройства изменяется с течением времени (частое явление), сама конструкция источника питания не нуждается в повторных испытаниях (и наоборот).
  • Постоянное напряжение обеспечивается адаптером определенного типа, который используется для компьютеры и ноутбуки. Эти типы адаптеров широко известны как каплеуловители.

Проблемы

«Силовой кирпич» рядной конфигурации, с съемный шнур переменного тока

Опрос потребителей показал широко распространенное недовольство стоимостью, неудобствами и расточительностью из-за обилия адаптеров питания, используемых электронными устройствами.[3] Научная фантастика автор и сатирик Дуглас Адамс написал эссе, сетуя на изобилие и путаницу с адаптерами питания и призывая к большей стандартизации.[4]

Эффективность

Миллионы все еще используемых адаптеров питания переменного тока выбрасываются ежегодно из-за плохой или неизвестной совместимости с новым оборудованием.

Проблема неэффективности некоторых источников питания стала хорошо известна президенту США. Джордж Буш имея в виду в 2001 году такие устройства, как «Энергетические вампиры».[5] В ЕС и ряде штатов США принимается законодательство, направленное на снижение уровня потерь энергии некоторыми из этих устройств. Такие инициативы включают резервная мощность и Инициатива в один ватт.

Но другие[ВОЗ? ] утверждали, что эти неэффективные устройства маломощны, например, устройства, которые используются для небольших зарядные устройства Таким образом, даже если они имеют низкий КПД, количество энергии, которую они тратят, составляет менее 1% от потребления электроэнергии домохозяйством.[нужна цитата ]

Принимая во внимание общую эффективность источников питания для небольшого электронного оборудования, в отчете за 2002 год было обнаружено, что более старые источники питания на базе линейного трансформатора сетевой частоты имеют КПД от 20 до 75% и имеют значительные потери энергии даже при включении, но отсутствии питания. мощность. Импульсные источники питания (SMPS) намного эффективнее; Хорошая конструкция может иметь КПД 80–90%, а также намного меньше и легче. В 2002 году большинство внешних подключаемых адаптеров питания с «настенной бородавкой», обычно используемых для маломощных бытовая электроника устройства имели линейную конструкцию, как и принадлежности, встроенные в часть оборудования.

Внешние источники питания обычно остаются подключенными, даже когда они не используются, и потребляют от нескольких до 35 Вт мощности в этом состоянии. В отчете сделан вывод, что около 32 миллиардов киловатт-часы (кВтч) в год, около 1% от общего потребления электроэнергии, можно сэкономить в Соединенных Штатах, заменив все линейные источники питания (средний КПД 40–50%) на усовершенствованные конструкции переключения (КПД 80–90%), заменив старые импульсные блоки питания (КПД менее 70%) с усовершенствованными конструкциями (КПД не менее 80%) и за счет снижения потребления источников питания в режиме ожидания до не более 1 Вт.[6]

С тех пор, как был опубликован отчет, SMPS действительно в значительной степени заменили линейные источники питания, даже при бородавках. В отчете за 2002 год подсчитано, что 6% электроэнергии, используемой в США, «проходит через» источники питания (не считая только бородавок на стене). На веб-сайте, на котором был опубликован отчет, в 2010 году говорилось, что, несмотря на распространение SMPS, «сегодняшние блоки питания потребляют не менее 2% всей электроэнергии, производимой в США. Более эффективные конструкции блоков питания могут сократить это потребление вдвое».[7]

Поскольку потраченная впустую электрическая энергия выделяется как высокая температура, неэффективный источник питания нагревается на ощупь, как и источник, который расходует энергию без электрической нагрузки. Это отработанное тепло само по себе является проблемой в теплую погоду, поскольку может потребоваться дополнительное кондиционирование воздуха для предотвращения перегрева и даже для отвода нежелательного тепла от больших источников тепла.

Универсальные адаптеры питания

Смотрите также: Разъем постоянного тока и Коаксиальный разъем питания
Шестиконтактный разъем на "универсальном" блоке питания постоянного тока, состоящий из четырехконтактного X-разъема и двух отдельных отдельных разъемов (один из них батарея на девять вольт разъем). Х-коннектор здесь обеспечивает 3,5 и 2,5 мм телефонные вилки и два размера коаксиального разъема питания

Внешние адаптеры питания могут выйти из строя и отсоединиться от продукта, для которого они предназначены. Следовательно, есть рынок сменных адаптеров. Замена должна соответствовать входному и выходному напряжению, соответствовать допустимому току или превышать его, а также должна иметь соответствующий разъем. На многих электротехнических продуктах не указана информация о требуемом блоке питания, поэтому целесообразно заранее записать характеристики оригинального блока питания, чтобы облегчить замену, если оригинал впоследствии будет утерян. Тщательная маркировка адаптеров питания также может снизить вероятность перепутывания, которое может вызвать повреждение оборудования.

Некоторые «универсальные» сменные блоки питания позволяют переключать выходное напряжение и полярность в соответствии с диапазоном оборудования.[8] С появлением импульсных источников питания стали широко доступны адаптеры, которые могут работать с любым напряжением от 110 до 240 В переменного тока; ранее использовались версии на 100–120 В переменного тока или на 200–240 В переменного тока. Адаптеры, которые также могут использоваться с двигателями автомобилей и самолетов (видеть EmPower ) доступны.[9]

Четырехходовой Разъемы X или шестисторонний звездообразные соединители, также известный как соединители пауков, с вилками разных размеров и типов, которые обычно используются в обычных источниках питания. В других запасных блоках питания предусмотрены приспособления для замены разъема питания, при покупке в комплекте доступно от четырех до девяти различных альтернатив. RadioShack продает универсальные адаптеры переменного тока различной мощности под торговой маркой "Enercell Adaptaplug", оснащенные двухконтактными розетками, совместимыми с их Adaptaplug модельный ряд разъемов. Это позволяет собирать множество различных конфигураций адаптеров переменного тока без необходимости пайки. Philmore и другие конкурирующие бренды предлагают аналогичные адаптеры переменного тока со сменными разъемами.

Этикетка на блоке питания может быть ненадежным указателем фактического напряжения, которое он подает в различных условиях. Многие недорогие блоки питания "нерегулируемый ", в том смысле, что их напряжение может значительно измениться с нагрузкой. Если они слабо нагружены, они могут выдавать напряжение, намного превышающее номинальное, указанное на заводской табличке, что может повредить нагрузку. Если они сильно нагружены, выходное напряжение может поник заметно, что в некоторых случаях напряжение значительно ниже номинального, указанного на этикетке, даже в пределах номинального номинального тока, что приводит к неисправности или повреждению поставляемого оборудования. Расходные материалы с линейными (в отличие от переключаемых) регуляторами тяжелые, громоздкие и дорогие.

Современное импульсные источники питания (SMPS) меньше, легче и эффективнее. Они выдают гораздо более постоянное напряжение, чем нерегулируемые источники питания, поскольку входное напряжение и ток нагрузки меняются. Когда они были введены, их цены были высокими, но к началу 21-го века цены на переключаемые компоненты упали до такой степени, что даже в дешевых источниках энергии можно было использовать эту технологию, сэкономив на стоимости более крупного и тяжелого трансформатора сетевой частоты.

Адаптеры с автоопределением

Некоторые универсальные адаптеры автоматически устанавливают выходное напряжение и максимальный ток в зависимости от того, какой из сменных наконечников установлен; имеются подсказки, которые подходят для питания многих ноутбуков и мобильных устройств и обеспечивают их питание. Разные наконечники могут использовать один и тот же разъем, но автоматически подавать разное питание; Важно использовать правильный наконечник для устройства, на которое подается питание, но пользователю не требуется правильно настраивать переключатель. Появление импульсных блоков питания позволило адаптерам работать от любой сети переменного тока от 100 до 240 В с соответствующей вилкой; также может поддерживаться работа от стандартных источников питания 12 В постоянного тока для транспортных средств и самолетов. При наличии соответствующего адаптера, аксессуаров и наконечников различное оборудование может получать питание практически от любого источника питания.

Предложена система «зеленой розетки», основанная на USB технология, с помощью которой потребляющее устройство сообщает внешнему источнику питания, какая мощность требуется.[10]

Зарядное устройство для ноутбука

Внешний импульсный источник питания для ноутбука от Hewlett Packard

В ранних портативных компьютерах блоки питания были внутренними, как в настольные компьютеры. Для облегчения портативности за счет экономии физического пространства и уменьшения веса блоки питания были вынесены за пределы корпуса.[11]

Когда портативный компьютер работает во время зарядки, интегральная схема который контролирует зарядку, использует оставшуюся часть блока питания электрический ток емкость. Это позволяет подавать питание на компоненты устройства во время использования, сохраняя при этом бескомпромиссную постоянную скорость зарядки.

Использование USB

Смотрите также: Оборудование USB § Питание
Распространенные размеры USB-адаптеров переменного тока

В USB разъем (и напряжение) стал де-факто стандартом в маломощных адаптерах переменного тока для многих портативных устройств. Помимо серийных цифровые данные обмен, стандарт USB также обеспечивает Питание 5 В постоянного тока, вплоть до 500 мА (900 мА через USB 3.0). Многочисленные аксессуары для гаджетов ("USB-украшения ") были разработаны для подключения к USB только для питания постоянного тока, а не для обмена данными. Форум разработчиков USB в марте 2007 года была выпущена спецификация USB-зарядки аккумулятора, которая определяет «... ограничения, а также механизмы обнаружения, контроля и отчетности, позволяющие устройствам потреблять ток сверх спецификации USB 2.0 для зарядки ...».[12] Электрические вентиляторы, лампы, будильники, подогреватели кофе, зарядные устройства и даже игрушки были разработаны для отвода энергии от USB-разъема. Сменные адаптеры, оснащенные разъемами USB, широко доступны для преобразования 120 В переменного тока или же 240 В переменного тока мощность или 12 В постоянного тока автомобильная мощность 5 В постоянного тока Питание от USB (см. Фото справа).

Тенденция к более компактным электронным устройствам привела к сдвигу в сторону микро-USB и мини-USB разъемы, которые электрически совместимы по функциям с исходным разъемом USB, но физически меньше.

В 2012 г. Спецификация питания USB было предложено стандартизировать доставку до 100 Вт, подходящую для таких устройств, как портативные компьютеры которые обычно зависят от проприетарных адаптеров.

Стандарты

МСЭ опубликовал Рекомендацию ITU-T L.1000 «Универсальный адаптер питания и зарядное устройство для мобильных терминалов и других портативных устройств ИКТ», в которой указано зарядное устройство, во многих отношениях аналогичное предложению GSMA / OMTP и европейскому стандарту. Общий внешний источник питания. Рекомендация ITU была расширена и обновлена ​​в июне 2011 года.[13] Есть надежда, что значительно сократится изобилие невзаимозаменяемых адаптеров питания.

В Евросоюз определил Общий внешний источник питания для "портативных мобильных телефонов с возможностью передачи данных" (смартфоны ), проданный с 2010 года, предназначенный для замены многих несовместимых фирменных источников питания и устранения отходов за счет сокращения общего количества производимых источников питания. Соответствующие источники питания подают 5 В постоянного тока через разъем micro-USB с предпочтительным входным напряжением в диапазоне от 90 до 264 В переменного тока.

В 2006 г. Ларри Пейдж, основатель Google предложил 12 В и до 15 А стандарт почти для всего оборудования, требующего внешнего преобразователя, с новыми зданиями, оснащенными 12 В постоянного тока проводка, что делает ненужным внешний адаптер переменного тока в постоянный.[14][15]

IEC создал стандарт для сменных блоков питания для ноутбуков, IEC 62700 (полное название «Технические условия IEC 62700: Блоки питания постоянного тока для портативных компьютеров»), которая была опубликована 6 февраля 2014 года.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ли, Ричард М.Л. «Патент США 5245220». USPTO. Патенты Google.
  2. ^ Статья о ESR конденсатора и его влиянии
  3. ^ Моррисон, Дэвид. «Исследование показало, что потребители устают от бородавок». Технология силовой электроники. Penton Media, Inc. В архиве из оригинала 15 июля 2011 г.. Получено 2011-06-03.
  4. ^ Адамс, Дуглас. "Дерзкие вещи". douglasadams.com. Цифровая деревня, ООО. В архиве из оригинала 11 июня 2011 г.. Получено 2011-06-03.
  5. ^ Буш нацелился на "бородавки" В архиве 2007-11-13 на Wayback Machine - Статья о Extreme Tech
  6. ^ Калвелл, Крис и Трэвис Ридер (2002), Источники питания: скрытая возможность экономии энергии, Совет по защите природных ресурсов, стр. 4–9. Проверено 19 февраля 2010.
  7. ^ КПД источников питания в активном режиме
  8. ^ Computer Times: обзор удовлетворительного универсального адаптера переменного тока от стороннего производителя, 2006 г. В архиве 2014-10-13 на Wayback Machine
  9. ^ Эндрю Ку (2 сентября 2011 г.). «Универсальные адаптеры питания для ноутбуков для воздуха, дороги и стены». Оборудование Тома.
  10. ^ Green Plug пытается заменить бородавки от беспокойства Engadget май 2008 г.
  11. ^ https://www.pcworld.idg.com.au/slideshow/353969/gallery-25-years-toshiba-laptops/. Отсутствует или пусто | название = (помощь)
  12. ^ «USB-IF расширяет возможности зарядки аккумуляторов с новыми характеристиками» (PDF). 2007-04-17. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-28. Получено 2011-02-21.
  13. ^ «Универсальный адаптер питания и зарядное устройство для мобильных терминалов и других портативных ИКТ-устройств». Международный союз электросвязи. 2011-06-13. Получено 2013-03-23.
  14. ^ Марков, Джон (26 сентября 2006 г.). "Google стремится к повышению эффективности использования электроэнергии в ПК". Нью-Йорк Таймс. Получено 2011-06-03.
  15. ^ Альтер, Ллойд. "Google продвигает идею повышения эффективности использования электроэнергии на ПК; побочный эффект: больше никаких проблем". treehugger.com. Discovery Communications, Ltd. В архиве из оригинала 17 июля 2011 г.. Получено 2011-06-03.
  16. ^ Диксон-Уоррен, Синджин (16 июля 2019 г.). "Адаптеры переменного тока: GaN, SiC или Si?". EE Times. Получено 21 декабря 2019.

внешняя ссылка