Адаптер переменного тока

редактировать
Адаптер переменного тока типа «стенная бородавка» для домашней игровой консоли Адаптер переменного тока для Lenovo ноутбук Схема внутреннего адаптера

Адаптер переменного тока, адаптер переменного / постоянного токаили преобразователь переменного / постоянного тока- это тип внешнего блок питания, часто заключенный в корпус, похожий на вилку переменного тока. Другие распространенные названия включают штекерный блок, сменный адаптер, блок адаптера, адаптер домашней сети, сетевой адаптер, стенная бородавка, блок питанияи адаптер питания. Адаптеры для оборудования с батарейным питанием могут быть описаны как зарядные устройстваили зарядные устройства(см. Также зарядное устройство ). Адаптеры переменного тока используются с электрическими устройствами, которым требуется питание, но не содержат внутренних компонентов для получения необходимого напряжения и питания от сети. Внутренняя схема внешнего источника питания очень похожа на конструкцию, которая будет использоваться для встроенного или внутреннего источника питания.

Внешние блоки питания используются как с оборудованием, не имеющим других источников питания, так и с оборудованием с питанием от батареи, где источник питания при подключении может иногда заряжать аккумулятор в дополнение к питанию оборудование.

Использование внешнего источника питания позволяет переносить оборудование с питанием от сети или батареи 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 120 В или 230 В переменного тока, автомобильного или авиационного аккумулятора с помощью другого адаптера. Еще одним преимуществом этих конструкций может быть повышенная безопасность; поскольку опасное сетевое питание 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.

Содержание

  • 1 Режимы работы
  • 2 Преимущества
  • 3 Проблемы
  • 4 Эффективность
  • 5 Универсальные адаптеры питания
    • 5.1 Адаптеры с автоматическим распознаванием
  • 6 Использование USB
  • 7 Стандарты
  • 8 См. Также
  • 9 Ссылки
  • 10 Внешние ссылки

Режимы работы

Разборка адаптера переменного тока показывает простую, нерегулируемую цепь линейного питания постоянного тока: трансформатор, четыре диода в мостовой выпрямитель и электролитический конденсатор для сглаживания формы волны

Первоначально большинство адаптеров переменного / постоянного тока были линейными источниками питания, содержащими трансформатор для преобразования сетевого напряжения в более низкое напряжение, выпрямитель для преобразования его в пульсирующий постоянный ток и фильтр для сглаживания пульсирующей формы волны на постоянный ток, с изменениями остаточной пульсации, достаточно малыми, чтобы не влиять на питание устройства. Размер и вес устройства во многом определялся трансформатором, который, в свою очередь, определялся выходной мощностью и частотой 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, добавлена ​​схема линейного регулятора напряжения. Потери в трансформаторе и линейном регуляторе были значительными; КПД был относительно низким, и значительная мощность рассеивалась в виде тепла даже при отсутствии нагрузки.

В начале двадцать первого века импульсные источники питания (SMPS) стали для этой цели почти повсеместными. 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 гарантируется, как и в более старой линейной схеме, поскольку трансформатор по-прежнему обеспечивает гальваническую развязку.

Линейная цепь должна быть рассчитана на конкретный узкий диапазон 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 широком диапазоне 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 спроектированы очень тщательно и не будут использоваться подходящие компоненты, переходные адаптеры могут выйти из строя с большей вероятностью, чем более старые модели, отчасти из-за сложной схемы и использования полупроводников. Если эти адаптеры не спроектированы правильно, они могут быть легко повреждены перегрузками, даже кратковременными, которые могут исходить от молнии, кратковременного перенапряжения в сети (иногда вызванного лампой накаливания при отказе той же силовой цепи), ухудшении характеристик компонентов и т. д. Очень распространенный вид отказа происходит из-за использования электролитических конденсаторов, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) которых 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). Хорошо спроектированные схемы обращают внимание на ESR, номинальный ток пульсации, импульсный режим и номинальную температуру конденсаторов.

Многие недорогие импульсные адаптеры переменного тока не обеспечивают адекватную фильтрацию и / или экранирование для электромагнитных помех. помехи, которые они создают. Природа этих высокоскоростных схем переключения с высокой энергией такова, что, когда эти профилактические меры не реализованы, могут генерироваться и излучаться относительно высокоэнергетические гармоники в радиочасти 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 к радиоприемнику находится помеха, тем она 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 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 относятся:

  • Безопасность - внешние адаптеры питания могут избавить разработчиков от забот о некоторых проблемах безопасности. Большая часть оборудования этого типа использует только достаточно низкие напряжения, чтобы не быть угрозой 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 тепла - тепло снижает надежность и долговечность электронных компонентов и может привести к неточности или неисправности чувствительных цепей. Отдельный источник питания удаляет источник тепла от устройства.
  • Снижение электрического шума - поскольку излучаемый электрический шум уменьшается пропорционально квадрату расстояния, изготовителю выгодно преобразовать потенциально шумное сетевое питание или автомобильное питание для «очистки» отфильтрованного постоянного тока во внешнем адаптере на безопасном расстоянии от чувствительных к шуму схем.
  • Уменьшение веса и габаритов - удаление компонентов питания и сетевой вилки из оборудования, питаемого от аккумуляторных батарей, сокращает вес и размер, которые необходимо переносить.
  • Легкость замены - Источники питания более склонны к сбоям, чем другие схемы, из-за воздействия скачков напряжения и внутреннего образования отработанного тепла. Пользователь может быстро заменить внешние источники питания без необходимости ремонта устройства.
Адаптер переменного тока с поддержкой четырех различных систем вилок переменного тока
  • Универсальность конфигурации - электронные продукты 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 продукции - электронный продукт, который продается и используемые на международном уровне, должны получать питание от широкого диапазона источников питания и должны соответствовать нормам безопасности продукции во многих юрисдикциях, обычно требующих дорогостоящей сертификации национальными или региональными агентствами по безопасности, такими как Underwriters Laboratories или Technischer Überwachungsverein. Одна версия устройства может использоваться на многих рынках, при этом различные требования к питанию удовлетворяются различными внешними источниками питания, поэтому необходимо производить, хранить и тестировать только одну версию устройства. Если конструкция устройства изменяется с течением времени (что случается часто), саму конструкцию источника питания не нужно повторно проверять (и наоборот).
  • Постоянное напряжение вырабатывается адаптером определенного типа, используемым для компьютеры и ноутбуки. Эти типы адаптеров широко известны как каплеуловители.

Проблемы

Конфигурация «блок питания» в линию с съемным шнуром переменного тока

Опрос потребителей показал широко распространенное недовольство стоимостью, неудобствами и расточительство изобилия адаптеров питания, используемых электронными устройствами. Автор научной фантастики и сатирик Дуглас Адамс написал эссе, оплакивая изобилие и путаницу с адаптерами питания, и требует большей стандартизации.

Эффективность

Ежегодно миллионы все еще используемых адаптеров переменного тока выбрасываются из-за плохой или неизвестной совместимости с новым оборудованием.

Проблема неэффективности некоторых источников питания имеет стали широко известны благодаря тому, что президент США Джордж Буш в 2001 году упомянул такие устройства, как «Energy Vampires». В ЕС и ряде штатов США принимается законодательство, направленное на снижение уровня потерь энергии некоторыми из этих устройств. К таким инициативам относятся резервная мощность и инициатива в один ватт.

. Но другие утверждали, что эти неэффективные устройства маломощны, например, устройства, которые используются для небольших зарядных устройств, поэтому даже если у них низкий КПД, количество энергии, которое они тратят, составляет менее 1% от потребления электроэнергии домохозяйством.

Учитывая общую эффективность источников питания для небольшого электронного оборудования, более старые сети В отчете за 2002 год было обнаружено, что частотный источник питания с линейным трансформатором имеет КПД от 20 до 75% и имеет значительные потери энергии даже при включении, но без подачи питания. 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 типа «настенная бородавка», обычно используемых для маломощных устройств бытовой электроники, имели линейную конструкцию, а также были встроенными в некоторое оборудование источниками питания.

Внешние источники питания обычно остаются подключенными, даже когда они не используются, и в этом состоянии потребляют от нескольких до 35 Вт мощности. В отчете сделан вывод, что около 32 миллиардов киловатт-часов (кВтч) в год, около 1% от общего потребления электроэнергии, можно сэкономить в Соединенных Штатах за счет замены всех линейных источников питания (средний КПД 40-50 %) с усовершенствованными схемами коммутации (эффективность 80–90%), заменой старых коммутационных источников (эффективность менее 70%) на усовершенствованные конструкции (эффективность не менее 80%) и снижением потребления источников питания в режиме ожидания до не более 1 ватт.

С момента публикации отчета SMPS действительно в значительной степени заменили линейные источники питания, даже при повреждениях стен. 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 источники питания потребляют не менее 2% всей электроэнергии, производимой в США. Более эффективные конструкции источников питания могут сократить это потребление вдвое».

Поскольку потраченная впустую электрическая энергия выделяется в виде тепла, неэффективный источник питания остается горячим 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

Шестиконтактный разъем на «универсальном» блоке питания постоянного тока, состоящий из четырехконтактного X-разъема и двух отдельных отдельных разъемов (один из них - девятивольтовая батарея разъем). В X-разъеме имеются 3,5 и 2,5 мм телефонные штекеры 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 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. 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. Доступны адаптеры, которые также могут использоваться с двигателями автомобилей и самолетов (см. EmPower ).

Четырехпроводные X-соединителиили шестиконтактные звезды Разъемы, также известные как звездообразные разъемы, с несколькими размерами и типами вилок, распространены 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 разной мощности под торговой маркой «Enercell Adaptaplug», оснащенные двухконтактными розетками, совместимыми с их линейкой разъемов Adaptaplug. 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 не служить надежным ориентиром для фактического напряжения, которое он обеспечивает в различных условиях. Многие недорогие источники питания являются «нерегулируемыми », поскольку их напряжение может значительно изменяться с нагрузкой. Если они слегка нагружены, они могут выдавать напряжение, намного превышающее номинальное напряжение, указанное на заводской табличке, что может привести к повреждению нагрузки. Если они сильно нагружены, выходное напряжение может значительно упасть, в некоторых случаях значительно ниже номинального напряжения, указанного на этикетке, даже в пределах номинального номинального тока, что приведет к неисправности или повреждению поставляемого оборудования. Поставки с линейными (в отличие от переключаемых) регуляторами тяжелые, громоздкие и дорогие.

Современные импульсные блоки 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 автоматическим распознаванием

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 нужно правильно устанавливать 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.

Была предложена система «Green Plug», основанная на технологии USB, с помощью которой потребляющее устройство сообщало бы внешнему источнику питания, какой тип питания требуется.

Использование USB

Стандартные размеры USB-адаптеров переменного тока

Разъем USB (и напряжение) стал де-факто стандартом в адаптерах переменного тока малой мощности для многих портативных устройств. В дополнение к последовательному обмену цифровыми данными стандарт USB также обеспечивает питание 5 В постоянного тока, до 500 мА (900 мА через USB 3.0). Многочисленные дополнительные устройства («USB-украшения ») были разработаны для подключения к USB только для питания постоянного тока, а не для обмена данными. Форум разработчиков USB в марте 2007 г. выпустил спецификацию USB Battery Charging Specification, которая определяет «... ограничения, а также механизмы обнаружения, управления и отчетности, позволяющие устройствам потреблять ток сверх спецификации USB 2.0. для зарядки... ". Электрические вентиляторы, лампы, будильники, подогреватели кофе, зарядные устройства и даже игрушки были разработаны для отвода энергии от USB-разъема. Широко доступны сменные адаптеры, оснащенные разъемами USB, для преобразования питания 120 В или 240 В переменного тока или автомобильного питания 12 В постоянного тока в питание 5 В постоянного тока через USB (см. Фото справа).

Тенденция к более компактным электронным устройствам привела к переходу на разъемы micro-USB и mini-USB, которые электрически совместимы по функциям с оригинальными Разъем USB, но физически меньше.

В 2012 году была предложена Спецификация подачи питания через USB, чтобы стандартизировать мощность 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, аналогичное большинству соблюдает предложение GSMA / OMTP и европейский общий внешний источник питания. Рекомендация ITU была расширена и обновлена ​​в июне 2011 года. Есть надежда на то, что значительно сократится изобилие незаменяемых адаптеров питания.

Европейский союз определил общий внешний источник питания для «портативных мобильных телефонов с возможностью передачи данных» (смартфонов ), продаваемых с 2010 года. , предназначенный для замены многих несовместимых фирменных блоков питания и устранения отходов за счет сокращения общего количества производимых блоков 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 году Ларри Пейдж, основатель Google, предложил стандарт на 12 В и до 15 А почти для всего оборудования, требующего внешнего преобразователя, в новых зданиях. снабжен проводкой 12 В постоянного тока, что делает ненужным внешний адаптер переменного тока в постоянный.

IEC создал стандарт для сменных блоков питания для портативных компьютеров, IEC 62700 (полное название «Технические спецификации IEC 62700 : Источник питания постоянного тока для портативного компьютера »), который был опубликован 6 февраля 2014 года.

См. Также

  • Энергетический портал
На Викискладе есть материалы, связанные с Адаптерами питания .

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-07 19:38:17
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте