АС адаптер - AC adapter
Адаптер переменного тока , адаптер переменного тока / постоянного тока или преобразователь переменного / постоянного тока представляет собой тип внешнего источника питания , часто заключены в случае , аналогичном переменного тока вилки . Другие названия включают общие плагин пакет , плагин адаптер , адаптер блока , адаптер внутренних сетей , адаптер питания линии , стены бородавки , мощность кирпича , стены зарядного устройства и адаптер питания . Адаптеры для оборудования с батарейным питанием могут быть описаны как зарядные устройства или зарядными устройства (смотрите также зарядное устройство ). Адаптеры переменного тока используются с электрическими устройствами, которые требуют питания, но не содержат внутренних компонентов для получения необходимого напряжения и мощности от сети . Внутренняя схема внешнего источника питания очень похожа на конструкцию, которая будет использоваться для встроенного или внутреннего источника питания.
Внешние источники питания используются как с оборудованием, не имеющим других источников питания, так и с оборудованием с батарейным питанием , где источник питания при подключении может иногда заряжать батарею в дополнение к питанию оборудования.
Использование внешнего источника питания позволяет переносить оборудование с питанием от сети или 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 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 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
Первоначально большинство адаптеров переменного / постоянного тока были линейными источниками питания , содержащими трансформатор для преобразования сетевого электрического напряжения в более низкое напряжение, выпрямитель для преобразования его в пульсирующий постоянный ток и фильтр для сглаживания пульсирующей формы волны на постоянный ток с остаточными вариациями пульсаций. достаточно малы, чтобы оставить включенное устройство незатронутым. Размер и вес устройства во многом определялись трансформатором, который, в свою очередь, определялся выходной мощностью и частотой сети . При номинальной мощности более нескольких ватт устройства стали 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 почти повсеместными для этой цели из-за их компактных размеров и небольшого веса по сравнению с их выходной мощностью. Напряжение сети выпрямляется до высокого постоянного напряжения, приводящего в действие схему переключения, которая содержит трансформатор, работающий на высокой частоте, и выдает постоянный ток с желаемым напряжением. Высокочастотные пульсации легче отфильтровываются, чем сетевые. Высокая частота позволяет трансформатору быть малогабаритным, 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 старой линейной схеме, поскольку трансформатор по-прежнему обеспечивает гальваническую развязку .
Линейная схема должна быть разработана для определенного 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 может работать практически с любой электросетью 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, отчасти из-за сложной схемы и использования полупроводников. Если эти адаптеры не спроектированы правильно, они могут быть легко повреждены перегрузками, даже кратковременными , которые могут возникнуть в результате молнии , кратковременного перенапряжения в сети (иногда вызванного неисправностью лампы накаливания в той же силовой цепи), деградации компонентов и т. Д. Очень распространенный режим выход из строя происходит из-за использования электролитических конденсаторов , эквивалентное последовательное сопротивление которых (ESR) увеличивается с возрастом; Импульсные регуляторы очень чувствительны к высокому ESR (в более старых линейных схемах также использовались электролитические конденсаторы, но эффект деградации гораздо менее драматичен). В хорошо спроектированных схемах учитывается ESR, номинальный ток пульсации, импульсный режим и номинальная температура конденсаторов.
Многие недорогие импульсные адаптеры переменного тока не обеспечивают адекватной фильтрации и / или экранирования электромагнитных помех, которые они создают. Природа этих высокоскоростных схем переключения с высокой энергией такова, что, когда эти превентивные меры не реализованы, могут генерироваться и излучаться относительно высокие гармоники энергии 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 уровнем помех, получаемых 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 дизайнеров от проблем с безопасностью. Большая часть оборудования этого типа использует только достаточно низкие напряжения, чтобы не представлять опасности для внутренней безопасности , 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 - тепло снижает надежность и долговечность электронных компонентов и может привести к неточности или неисправности чувствительных цепей. Отдельный блок питания удаляет источник тепла от аппарата.
- Снижение электрического шума. Поскольку излучаемый электрический шум уменьшается пропорционально квадрату расстояния, изготовителю выгодно преобразовать потенциально зашумленное сетевое питание переменного тока или автомобильное питание в «чистый» отфильтрованный постоянный ток во внешнем адаптере на безопасном расстоянии от чувствительная к шуму схема.
- Уменьшение веса и размеров. Удаление компонентов питания и вилки сетевого шнура из оборудования, работающего от аккумуляторных батарей, уменьшает вес и размер, которые необходимо переносить.
- Легкость замены - Источники питания более склонны к сбоям, чем другие схемы, из-за воздействия скачков мощности и внутреннего образования отработанного тепла . Пользователь может быстро заменить внешние блоки питания без необходимости ремонта подключенного устройства.
- 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 продукции - 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 требующих дорогостоящей сертификации национальными или региональными агентствами по безопасности, такими как 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 (частое явление), сама конструкция источника питания не нуждается в повторных испытаниях (и наоборот).
- Постоянное напряжение вырабатывается адаптером определенного типа, который используется для компьютеров и ноутбуков . Эти типы адаптеров широко известны как каплеуловители.
Проблемы
Опрос потребителей показал широко распространенное недовольство стоимостью, неудобствами и расточительностью из-за обилия адаптеров питания, используемых электронными устройствами. Писатель-фантаст и сатирик Дуглас Адамс написал эссе, сетуя на изобилие и путаницу адаптеров питания и призывая к большей стандартизации.
Эффективность
Проблема неэффективности некоторых источников питания стала хорошо известна, когда 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 резервное питание и инициатива « Один ватт» .
Но другие утверждали, что эти неэффективные устройства маломощны, например, устройства, которые используются для небольших зарядных устройств , поэтому, даже если они имеют низкую эффективность, количество энергии, которую они тратят, составляет менее 1% от потребления электроэнергии домохозяйством. .
Принимая во внимание общую эффективность источников питания для небольшого электронного оборудования, в отчете за 2002 год было обнаружено, что более старые источники питания на основе линейных трансформаторов сетевой частоты имеют КПД от 20 до 75% и имеют значительные потери энергии даже при включении, но отсутствии питания. власть. Импульсные источники питания (SMPS) намного более эффективны; Хорошая конструкция может иметь КПД 80–90%, а также намного меньше и легче. В 2002 году большинство внешних сменных адаптеров питания, 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 потребляют от нескольких ватт до 35 ватт мощности в этом состоянии. В отчете сделан вывод о том, что около 32 миллиардов киловатт-часов (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 коммутации. (КПД 80–90%) за счет замены старых импульсных источников питания (КПД менее 70%) на усовершенствованные конструкции (КПД не менее 80%) и за счет снижения потребления источников питания в режиме ожидания до уровня не более 1 Вт.
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 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 тот, 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
Внешние адаптеры питания могут выйти из строя и отделиться 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 необходимом им источнике питания, поэтому целесообразно заранее записать характеристики оригинального источника питания, чтобы упростить 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 ) .
Четырехпозиционная X разъемы или шесть-полосная звезда разъемы , также известные как разъемы паука , с разными размерами и типами подключаемых являются общими для универсальных источников питания. В других запасных блоках питания предусмотрены приспособления для замены разъема питания, при покупке в комплекте доступно от четырех до девяти различных альтернативных вариантов. RadioShack продает универсальные адаптеры переменного тока различной 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 быть ненадежным указателем фактического напряжения, которое он подает в различных условиях. Многие недорогие источники питания являются « нерегулируемыми », так как 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 заметно 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 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 века цены на переключаемые компоненты упали до такой степени, что позволяла использовать эту технологию даже в дешевых источниках, что позволило сэкономить 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, позволяющие установить и подать соответствующее питание на многие ноутбуки и мобильные устройства. 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 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, какая мощность требуется.
Зарядное устройство для ноутбука
В ранних портативных компьютерах блоки питания были внутренними, как и в настольных компьютерах . Для облегчения портативности за счет экономии физического пространства и уменьшения веса блоки питания были вынесены за пределы корпуса.
Когда портативный компьютер работает во время зарядки, интегральная схема, которая управляет зарядкой, использует оставшуюся мощность электрического тока блока питания . Это позволяет подавать питание на компоненты устройства во время использования, сохраняя при этом бескомпромиссную постоянную скорость зарядки.
Использование USB
USB разъем (и напряжения) стала стандартом де - факто в маломощные сетевые блоки питания 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 (« украшения USB ») были разработаны для подключения к USB только для питания постоянного тока, а не для обмена данными. USB реализаторы форум в марте 2007 года выпустил USB для зарядки аккумулятора Спецификации , которая определяет, «... пределы, а также выявление, контроль и механизмы, позволяющие устройства отчетности провести ток в избытке 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 исходным разъемом USB, но физически меньше.
В 2012 году была предложена спецификация USB Power Delivery Specification, 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 указывается зарядное устройство, аналогичное во многих отношениях предложенному GSMA / OMTP и европейскому стандарту. Общий внешний источник питания . Рекомендация ITU была расширена и обновлена в июне 2011 года. Есть надежда на то, что значительно сократится изобилие невзаимозаменяемых адаптеров питания.
Европейский союз определил Общий внешний источник питания для «ручных данных с поддержкой мобильных телефонов» ( смартфоны ) , которые продаются с 2010 года, призваны заменить многие несовместимые патентованные блоки питания и ликвидацию отходов пути сокращения общего количества поставок , произведенных. Соответствующие источники питания подают 5 В постоянного тока через разъем micro-USB с предпочтительным входным напряжением 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, с новыми зданиями, оборудованными проводкой на 12 В постоянного тока , что сделало ненужным внешний адаптер переменного тока в постоянный.
IEC разработал стандарт для сменных блоков питания для портативных компьютеров, IEC 62700 (полное название «Технические спецификации IEC 62700: источник питания постоянного тока для портативных компьютеров»), который был опубликован 6 февраля 2014 года.
Смотрите также
- Вилки и розетки переменного тока описывает обычные источники питания для адаптера переменного тока.
- Адаптер
- Средство для удаления батарей
- Коаксиальный разъем питания охватывает множество используемых коаксиальных разъемов питания постоянного тока.
- Общий внешний источник питания описывает стандарты зарядных устройств для аккумуляторов мобильных телефонов.
- Ферритовый шарик
- Power MOSFET , широко используемый в большинстве адаптеров переменного тока мобильных устройств.
- Блок питания описывает другие типы блоков питания.
- Выпрямитель , электрическое устройство, преобразующее переменный ток (AC) в постоянный (DC).
- Приложения импульсных источников питания (SMPS)
- USB Power описывает стандарты USB для подачи питания постоянного тока на подключенные устройства.
- Универсальный адаптер питания для мобильных устройств
использованная литература
внешние ссылки
- Как выбрать стенку для небольшой бытовой техники и как от нее избавиться
- Внешние источники питания Информация Energy star о технических характеристиках и тестировании внешнего источника питания
- ИСПЫТАНИЕ адаптеров питания переменного тока Джонатан Гордон, бесплатная электронная книга iTunes