Por que os laptops precisam de transformadores maiores do que os celulares?


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Fiquei me perguntando por que um adaptador de energia para laptop é tão grande. A maioria dos laptops que eu vi usam uma fonte de alimentação de ~ 19V. Usando a equação do transformador, e considerando 100 voltas no primário (apenas uma suposição) e uma fonte de alimentação de 220V, calculei que deveria haver cerca de 8 voltas no secundário. Usando a mesma equação para um carregador de celular (5V) e considerando 100 voltas no primário, deve haver cerca de 3 turnos no secundário. Portanto, não deve haver muita diferença de tamanho entre o transformador usado em um carregador de telefone celular e um carregador de laptop. Então, por que os adaptadores de carregador de laptop são tão grandes enquanto um adaptador de carregador de celular é pequeno?


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FWIW, os adaptadores de energia para laptop mais recentes também tendem a ser muito menos volumosos. Meu adaptador atual pesa cerca de um quinto de um que recebi há cinco anos.
leftaroundabout

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Mina pesa mais, mas também é mais poderoso 105W vs 60W
Jasen

Respostas:


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Laptops e telefones celulares usam fontes de alimentação comutadas para que os adaptadores não sejam simples transformadores.

Para uma determinada tecnologia, existe uma relação entre capacidade de energia (medida em watts) e tamanho (volume, especificamente). Portanto, um telefone celular que precise de 2,1A a 5V (cerca de 10W) ​​pode usar um adaptador CA muito menor e mais leve que o de um notebook que requer 19V a 4,62A (cerca de 90W).


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Na verdade, nem laptops nem telefones celulares usam um transformador, por si só.

O que eles usam, em vez disso, é chamado de "Fonte de alimentação comutada" que retifica a entrada de 110 ou 220V CA em um capacitor DC e, em seguida, usa um microcontrolador de comutação multi-KHz para pulsar através de um indutor para "converter" a tensão para baixo . Isso requer muito menos espaço do que um transformador de 50Hz em um núcleo grande e pesado, e geralmente é mais eficiente.

Quanto ao motivo pelo qual o conversor do laptop geralmente é muito maior do que os carregadores USB para telefones celulares / tablets / etc. É uma questão de manuseio de energia. Devido à maior demanda de tensão e corrente do laptop, sua fonte de alimentação precisa de fios mais grossos, um indutor maior e componentes de comutação de maior potência. Além disso, com mais energia passando, há mais calor para se livrar.

Devido à necessidade de componentes maiores, mais pesados ​​e mais dissipação de calor, o carregador lappy simplesmente deve ser maior, desde que você não esteja disposto a pagar muitas vezes mais dinheiro por materiais raros e caros.


mas ambas as fontes de alimentação fazer usar um transformador, eles só operam a uma freqüência maior do que 50/60 Hz. O transformador é usado para fornecer isolamento entre a tensão da linha e a tensão de saída.
Markrages

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Na minha experiência, mesmo os realmente ruins têm um transformador (embora às vezes seja um transfromer mal feito). Você tem um link para uma desmontagem de um que não possui.
Peter Green

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Com menos de 100W, são na sua maioria conversores flyback, por isso, na verdade, é um indutor acoplado, não um transformador, mas usa o fluxo magnético acoplado para transferir energia enquanto fornece isolamento. então é como um transformador.
Jasen 07/02

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@jasen Qual é a diferença entre um transformador e um indutor acoplado?
Markrages

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indutores são projetados para armazenar energia no campo magnético, transformadores destinados a armazenar pouca energia ..
Jasen

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Todos os adaptadores CA ou fontes de alimentação modernos são circuitos / sistemas de modo comutado. Por segurança, a linha CA pode ser isolada com um transformador. É um transformador de alta frequência, portanto muito menor em tamanho físico.

CA é 50 / 60Hz (ciclos por segundo). Os reguladores de comutação são de 50kHz a Mega-Hz. Como tal, o transformador de isolamento é muito menor. Esta é a razão da mudança de um transformador massivo para um transformador de alto quilo-Hz muito menor.

A economia de material (enrolamento de cobre, núcleo de ferro) e a eficiência por comutação eletrônica, gerando custos muito mais baixos, muito mais eficientes em termos energéticos e tamanho menor.

O mesmo que o projeto antigo do transformador aqui: O lado de 'saída' (2º) do transformador é retificado para a tensão contínua DC. Para tamanhos menores, a relação da bobina do transformador pode ser de 1: 1 (saída a 110VAC, EUA). Alta voltagem! Ou qualquer relação para o melhor design geral. A diferença: O CC bruto é a fonte de alimentação CC apenas para um circuito de comutação, não para a saída. A saída do circuito comutado é a fonte CC final.

Circuito comutado simplificado: Quando o interruptor está ligado, o CC bruto carrega a bobina. Quando desligado, o DC bruto é desconectado da bobina. Agora, por natureza da bobina, a bobina força a energia para fora de si mesma (tente se aliviar!). Os interruptores nos terminais 'estão' ligados e conectados a um capacitor. A bobina descarrega sua energia para o capacitor. Este capacitor é o capacitor de suavização DC de saída, dobrando como um armazenamento de energia secundário.

A carga na saída, enquanto isso, continua a esgotar a energia do capacitor. A bobina recarrega o capacitor de tempos em tempos. O CD bruto reabastece a energia da bobina de tempos em tempos.

No caso não isolado, nenhum transformador e o AC 110V (EUA) são retificados diretamente (alta tensão perigosa!) Para formar a CC bruta (cerca de 120-150Vcc).

O restante dos componentes eletrônicos regula a tensão de saída. Quando o capacitor atinge a tensão desejada, a bobina é desligada do capacitor, impedindo o carregamento para uma tensão cada vez maior. Ao mesmo tempo, a bobina é reconectada ao DC bruto para recarregar. Quando a saída é muito baixa, a bobina é reconectada ao capacitor para recarregá-la.

A frequência de comutação é escolhida para obter ótimos resultados, considerados entre tamanho físico, eficiência e custo.

Em resumo: retificar; alta tensão DC; carregue a bobina; descarregar a energia da bobina para o capacitor de saída; repetir.

Por natureza, o circuito de comutação NÃO é isolado (comutação CC para CC). Pelo menos um fio é comum, uma conexão direta da entrada para a saída.

Se o isolamento não for necessário (por exemplo, dentro de uma embalagem fechada, como uma lâmpada), talvez não haja transformador. O isolamento é por segurança, portanto, um transformador é adicionado. Quanto menor a frequência, menos eficiente na conversão eletromagnética. Certamente, com frequência muito alta, a eficiência de conversão começa a diminuir.) Resumo da bobina: Um transformador de isolamento opcional. Pelo menos uma bobina para armazenar energia como uma maneira de transferir energia da entrada para a saída.

Extra para a mente indagadora: Ignore a bobina! Tudo o que você precisa é de um comutador para carregar o capacitor de saída (modo de capacitor comutado!), Diretamente do DC bruto! Quando atingir a tensão de saída desejada, desligue. Feito! Salve um componente da bobina! Você diria: A tensão não pode acionar uma tampa? OK, adicione um resistor limitador de corrente. O resistor ainda é muito mais barato que uma bobina. Por que precisa de uma bobina? Mais ... Por que não retificar bruto o AC 110V, depois a fonte contínua de CC de um gerador de alta frequência para acionar um transformador de alta frequência? Em vez de 60Hz, agora você tem um sistema CA de 50kHz! Mesmo transformador pequeno. Em seguida, o transformador reduz a tensão CA. Retifique, Voila! [Dica: eficiência e potência de saída].

[Eficiência: energia no capacitor = (1/2) xCV ^ 2; equivalente da bobina: (1/2) Li ^ 2. À medida que a tensão aumenta na tampa [ou equivalente à bobina], é mais eficiente: V é elevado ao quadrado. Quadrado 5V = 25. Quadrado 100V = 10.000! Despejar 5V no capacitor / bobina é apenas isso. Despejando 105V (110V-5Vout) em uma bobina, uau!]

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