Fonte de alimentação Apple: cabo CA grosso, cabo DC fino - por que?

A fonte de alimentação da Apple consiste em um cabo CA inflexível e muito grosso (tomada da parede para o conversor) e um cabo DC flexível muito fino e flexível (conversor para o computador):

Por quê? As correntes através dos cabos devem ser comparáveis, certo?

EDIT: o rótulo no conversor diz:

• entrada: 110-240V ~ 1.5A 50-60Hz
• saída: 16.5V = 3.65A máx.

EDIT2: cf. Adaptador de energia ThinkPad (cabos típicos, semelhantes aos hp / dell & c)

Que possui uma peça DC mais grossa (que a Apple) e uma parte CA mais fina (que a Apple) e é classificada

• entrada: 100-240V ~ 1.5A 50 / 60Hz
• saída: 20V = 3,25A

As características parecem ser semelhantes - por que os cabos são tão diferentes na relação DC cable thickness/ AC cable thickness?

EDIT3: cf. Adaptador CA para o System76 Pangolin (que possui 3 fios - incluindo terra - na parte CA)

Ele possui classificação semelhante à anterior e possui uma parte DC mais espessa e uma parte CA mais fina que o cabo da Apple.

EDIT4: Parece que os cabos Lenovo / ThinkPad estão com pouca engenharia , o que explica a discrepância de espessura do cabo observada!

O tamanho dos cabos não se deve ao tamanho do condutor de cobre dentro deles - é uma parte bastante pequena do cabo. A maior parte do volume provém do isolamento elétrico.

O cabo elétrico precisa ser isolado para não causar curto-circuito. Quanto maior a tensão, mais espesso é o isolamento necessário.

O seu cabo de força grosso é isolado para suportar a tensão da rede. No seu país, são 110 VCA; no meu país são 230 VCA. Além disso, o isolamento deve suportar picos de tensão transitórios ("surtos") - o AS1660.3 especifica que um cabo flexível com vários núcleos deve suportar um teste hi-pot de 3.000V CA por cinco minutos, portanto o isolamento deve ser espesso o suficiente para suportar RMS de 3.000 V ou pico de 4.200 V .

O cabo DC fino, por outro lado, precisa suportar apenas 12 VCC. Não há nenhuma chance de picos de tensão nessa linha, porque o design da fonte de alimentação não os permitirá. Existe um risco mínimo de eletrocussão a partir de 12 VCC. Portanto, este cabo não precisa de muito isolamento e pode ser bastante fino.

Para enfatizar a relação entre tensão e espessura do isolamento, você pode obter cabos como este:

O condutor de cobre é relativamente pequeno em relação ao diâmetro geral do cabo. Observe a espessura do isolamento (o material branco). Esse curto corte de cabo não tinha marcações, mas é classificado para pelo menos 132.000 VCA e o isolamento é mais grosso.

A corrente através do cabo DC será de fato várias vezes a corrente através do cabo CA (a explicação segue um pouco), mas o motivo pelo qual o cabo CA é mais espesso é a segurança do operador, em vez da capacidade de carga atual.

O fio da rede elétrica possui um isolamento muito mais espesso (e, por pura coincidência, seção transversal mais espessa do condutor) para fornecer segurança adicional em caso de flexão, abrasão ou impacto repetidos e danos ao cabo resultantes.

Basicamente, uma pessoa pode ser seriamente prejudicada pelo contato com um condutor que carrega a tensão da rede, se o condutor for exposto de alguma forma devido a danos no isolamento. Com o fio DC, o contato não apresenta risco de eletrocussão, devido à menor tensão envolvida.

Estimação de corrente:

A energia através do cabo de alimentação será a eficiência do conversor de energia, multiplicada pela energia consumida no lado CC, além de um pouco de energia suspensa / inativa. Portanto, se assumirmos uma fonte de alimentação de 110 Volts, eficiência de 80%, potência quieta desprezível e uma saída de 5 Volts DC fornecendo 5 Watts de energia ao dispositivo, então:

• P = V x I, assim corrente DC I = 5/5 = 1 Ampere
• Potência consumida no lado AC: 5 / 0.8 = 6.25 Watts
• Corrente do fio AC I = 6.25/110 = 0.0568 Amperes = 58.6 mA

Portanto, certamente não se trata da capacidade de carga atual no lado CA!

A corrente no lado DC será muito maior. Mas também é limitado pelo bloco de potência e é uma voltagem muito menor. O cabo CA precisa ser grosso, pois precisa ser durável. A maior parte da espessura será de isolamento.

Como é um produto da Apple, a resposta provavelmente é design. Ele foi projetado para ser o mais fino possível e ainda atender aos requisitos legais.

Na verdade, a corrente seria menor no cabo CA. Provavelmente tem mais a ver com os requisitos de durabilidade (resistência a danos físicos) do cabo CA que está carregando uma tensão de linha mais alta.

Os requisitos da UL aplicam-se, em particular, ao lado CA do adaptador de energia e especificam um conjunto ou requisitos específicos que devem ser atendidos para qualquer cabo que conduz tensões domésticas CA. A Apple tornou o cabo o mais fino possível, enquanto ainda atende a todas essas condições - capacidade de manuseio atual, isolamento, arcos e falhas de alto potencial e durabilidade física, incluindo resistência ao corte, ao calor, à flexão e ao desgaste.

Se os únicos requisitos fossem suportar 120VAC RMS sem arco, e conduzir até 1 amp, eles poderiam ter tornado muito, muito mais fino.

Os requisitos da UL são bastante rigorosos.

Existem quatro restrições no tamanho mínimo do cabo dc:

1. tensão nominal
2. corrente nominal
3. classificação de degradação (ao longo da vida útil do produto, esperamos que ele não perca mais de x% da capacidade de carga / tensão devido ao desgaste / abuso)
4. disponibilidade de cabos

Existem quatro restrições no tamanho mínimo do cabo de corrente alternada, e aqui está o choque, são exatamente as mesmas quatro restrições. As diferenças estão inteiramente nas classificações de tensão e corrente. Nos dois casos, o cabo deve ser dimensionado pela fonte de energia. No caso dc, a fonte é a fonte de alimentação (que por sua vez é dimensionada pela carga). No caso de corrente alternada, a fonte é a tomada. Pela estrita interpretação do NEC, a tomada pode fornecer 20 amperes a 115 volts, embora, como a fonte de alimentação esteja classificada para 220 volts, você deve assumir que o cabo será conectado a um plugue adaptador e existem instalações que colocam tomadas de 20 A em 30 volts. circuitos de amplificador (prisões e escolas gostam de fazer isso). Portanto, o cabo deve ser capaz de lidar com uma falha em 220 volt 30 amp.

Eu nunca vi fios classificados para 110 volts ou 220 volts. Cabo de 300 volts e 600 volts é comum. Normalmente, eles usam cabo de 300 volts para fiação de baixa tensão e 600 volts para o lado de corrente alternada. O fio de calibre 14 pode transportar 20 amperes, embora possa aquecer e provavelmente não falhará com um aumento de 30 amp.

O tamanho dos cabos de rede flexíveis para dispositivos pequenos é determinado principalmente por considerações de segurança. Os núcleos devem ser espessos o suficiente para não romper com tensões mecânicas e espessos o suficiente para que, no improvável evento de curto-circuito, eles não vaporizem antes do fusível / disjuntor. O isolamento e a bainha devem ser espessos o suficiente para que, mesmo depois de muitos anos de desgaste, eles ainda forneçam isolamento adequado.

O cabo da apple possui um fio terra (mesmo que estranhamente as partes do adaptador que permitem o uso da fonte de alimentação sem o cabo estejam desenterradas). Um fio terra é desejável em fontes de alimentação de modo comutado maiores, pois permite que as correntes de toque sejam drasticamente reduzidas.

Eu suspeito que o conector estranho também tenha influência. A Apple pode não querer projetar variantes desse conector para diferentes tipos de cabos e, em vez disso, pode optar por um tipo / tamanho aceitável em qualquer lugar. Os cabos de trevo, por outro lado, são fabricados em grandes quantidades, por isso faz mais sentido projetar variantes para as especificações de cada país e a commodityatoin oferece muito mais espaço para fornecedores desonestos da China empurrarem produtos não compatíveis.

O cabo de saída CC, por outro lado, não é considerado um risco de segurança significativo, portanto, seu tamanho depende principalmente do comprometimento dos fornecedores entre eficiência e boa aparência. A Apple quer que suas máquinas pareçam elegantes na loja, é um cabo tão fino.