адаптер переменного тока

Другие значения этого термина см. в разделе «Зарядное устройство» .

«Внешний источник питания» перенаправляется сюда. Информацию о европейском стандарте 2009 г. см. в разделе « Общий внешний источник питания» .

Не путать с выпрямителем .

Сетевой адаптер типа «бородавка» для бытовой игровой консоли. Выход имеет цилиндрический разъем .

Линейная конфигурация «силовой блок» со съемным шнуром переменного тока и вилкой NEMA 1–15 .

Адаптер переменного тока или адаптер переменного/постоянного тока (также называемый настенным зарядным устройством , адаптером питания , блоком питания или настенной бородавкой ) Это тип внешнего источника питания , часто заключенный в корпус, похожий на вилку переменного тока . Адаптеры переменного тока подают электроэнергию на устройства, у которых нет внутренних компонентов, которые могли бы сами получать напряжение и мощность от сети . Внутренняя схема внешнего источника питания часто очень похожа на схему, которая используется для встроенного или внутреннего источника питания.

При использовании с батарейным оборудованием с аккумулятор питанием адаптеры обычно не только питают оборудование, но и заряжают .

Помимо устранения необходимости во внутренних источниках питания, адаптеры обеспечивают гибкость: устройство может получать питание от сети 120 В переменного тока или 230 В переменного тока, аккумулятора автомобиля или аккумулятора самолета, просто используя разные адаптеры . Безопасность может быть еще одним преимуществом, поскольку опасное напряжение сети 120 или 240 В преобразуется в более низкое и безопасное напряжение в сетевой розетке перед подключением к прибору, которым управляет пользователь.

Режимы работы

Разобранный адаптер переменного тока, показывающий простую нерегулируемую линейную схему питания постоянным током: трансформатор, четыре диода в мостовом выпрямителе и один электролитический конденсатор для сглаживания формы сигнала.

Первоначально большинство адаптеров переменного/постоянного тока представляли собой линейные источники питания , содержащие трансформатор для преобразования напряжения сети в более низкое напряжение, выпрямитель для преобразования его в пульсирующий постоянный ток и фильтр для сглаживания пульсирующей формы сигнала в постоянный ток с остаточными пульсаций колебаниями . достаточно мал, чтобы не затронуть питаемое устройство. Размер и вес устройства во многом определялись трансформатором, который, в свою очередь, определялся выходной мощностью и частотой сети . Номинальная мощность более нескольких ватт делала устройства слишком большими и тяжелыми, чтобы их можно было физически поддерживать в настенной розетке. Выходное напряжение этих адаптеров менялось в зависимости от нагрузки; для оборудования, требующего более стабильного напряжения, линейного стабилизатора напряжения была добавлена ​​схема . Потери в трансформаторе и линейном регуляторе были значительными; КПД был относительно низким, и значительная мощность рассеивалась в виде тепла, даже когда нагрузка не приводилась в движение.

В начале двадцать первого века импульсные источники питания (ИМП) стали практически повсеместными для этой цели благодаря их компактным размерам и небольшому весу по сравнению с их выходной мощностью. Сетевое напряжение выпрямляется до высокого постоянного напряжения, приводящего в действие схему переключения, которая содержит трансформатор, работающий на высокой частоте и выдающий постоянный ток требуемого напряжения. Высокочастотные пульсации легче отфильтровать, чем сетевые. Высокая частота позволяет сделать трансформатор небольшим, что снижает его потери; и импульсный регулятор может быть намного более эффективным, чем линейный регулятор. В результате получается гораздо более эффективное, меньшее и легкое устройство. Безопасность обеспечивается, как и в более старой линейной схеме, поскольку трансформатор по-прежнему обеспечивает гальваническую развязку .

Линейная цепь должна быть рассчитана на определенный, 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 и в более широком диапазоне. очень широкий диапазон напряжений и частот; один блок на 100–240 В переменного тока сможет обеспечить работу практически любой сети электропитания в мире.

Многие недорогие импульсные адаптеры переменного тока не обеспечивают адекватной фильтрации и/или экранирования электромагнитных помех генерируемых ими . Природа этих высокоскоростных коммутационных конструкций с высокой энергией такова, что, если эти превентивные меры не реализованы, могут генерироваться и излучаться относительно высокоэнергетические гармоники в радиочасти спектра. Количество радиочастотной энергии обычно уменьшается с частотой; так, например, помехи в диапазоне средневолнового вещания (US AM) в диапазоне одного мегагерца могут быть сильными, тогда как помехи в диапазоне FM-вещания около 100 мегагерц могут быть значительно меньшими. Расстояние является фактором; чем ближе помеха к радиоприемнику, тем она будет интенсивнее. Даже прием Wi-Fi в гигагерцовом диапазоне может ухудшиться, если приемные антенны расположены очень близко к излучающему адаптеру переменного тока. Определить, исходят ли помехи от конкретного адаптера переменного тока, можно просто отсоединив подозрительный адаптер и наблюдая за уровнем помех, принимаемых в проблемном радиодиапазоне. В современном домашнем или деловом окружении может использоваться несколько адаптеров переменного тока; в таком случае отключите их все, а затем по одному подключайте снова, пока не будет найден виновник или виновники.

Преимущества

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

• Безопасность. Внешние адаптеры питания могут избавить разработчиков продуктов от беспокойства о некоторых проблемах безопасности. Большая часть оборудования этого типа использует только достаточно низкое напряжение, чтобы не создавать внутренней угрозы безопасности , хотя источник питания по необходимости должен использовать опасное сетевое напряжение. Если используется внешний источник питания (обычно через разъем питания, часто коаксиального типа ), нет необходимости проектировать оборудование с учетом опасного напряжения внутри корпуса. Это особенно актуально для оборудования с легкими корпусами, которые могут сломаться и обнажить внутренние электрические части.
• Снижение температуры. Нагрев снижает надежность и долговечность электронных компонентов и может привести к неточной работе или неисправности чувствительных схем. Отдельный источник питания отводит от аппарата источник тепла.
• Снижение электрического шума. Поскольку излучаемый электрический шум падает пропорционально квадрату расстояния, в интересах производителя преобразовать потенциально шумную сетевую мощность переменного тока или автомобильную мощность в «чистый», отфильтрованный постоянный ток во внешнем адаптере на безопасном расстоянии от чувствительная к шуму схема.
• Уменьшение веса и размера. Удаление силовых компонентов и вилки сетевого подключения из оборудования, питающегося от аккумуляторных батарей, уменьшает вес и размер, которые необходимо переносить.
• Простота замены. Блоки питания более склонны к сбоям, чем другие схемы, из-за их подверженности скачкам напряжения и внутреннего выделения тепла . Внешние источники питания могут быть быстро заменены пользователем без необходимости ремонта питаемого устройства.

Адаптер переменного тока, поддерживающий четыре различные системы 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 аккумуляторный блок) 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 спектра источников питания и должен соответствовать правилам безопасности продукта во многих юрисдикциях, обычно требующих дорогостоящей сертификации национальными или региональными агентствами по безопасности, такими как как Underwriters Laboratories или Technischer Überwachungsverein . Одна и та же версия устройства может использоваться на многих рынках, при этом разные требования к питанию удовлетворяются разными внешними источниками питания, поэтому необходимо изготовить, хранить и тестировать только одну версию устройства. Если конструкция устройства со временем изменяется (частое явление), саму конструкцию блока питания не нужно повторно тестировать (и наоборот).
• Постоянное напряжение создается с помощью адаптера определенного типа, используемого для компьютеров и ноутбуков . Эти типы адаптеров широко известны как элиминаторы.

Проблемы

Опрос потребителей показал широкое недовольство стоимостью, неудобством и расточительностью обилия адаптеров питания, используемых электронными устройствами.

Эффективность

Проблема неэффективности некоторых источников питания стала широко известна, когда президент США Джордж Буш в 2001 году назвал такие устройства «энергетическими вампирами». В ЕС и ряде штатов США принимаются законы, направленные на снижение уровня энергопотребления некоторых из этих устройств. К таким инициативам относятся резервное питание и инициатива «Один ватт» .

Но другие утверждают, что эти неэффективные устройства маломощны, например, устройства, которые используются для небольших зарядных устройств , поэтому даже если они имеют низкий КПД, количество энергии, которую они тратят, составляет менее 1% от потребления электроэнергии домохозяйствами.

Учитывая общий КПД источников питания для небольшого электронного оборудования, в отчете 2002 года было обнаружено, что более старые источники питания на основе линейного трансформатора сетевой частоты имеют КПД от 20 до 75% и имеют значительные потери энергии даже при включении питания, но без подачи питания. власть. Импульсные источники питания (SMPS) гораздо более эффективны; хорошая конструкция может быть эффективной на 80–90%, а также намного меньше и легче. В 2002 году большинство внешних адаптеров питания типа «настенная бородавка», обычно используемых для маломощных устройств бытовой электроники , имели линейную конструкцию, а также были источниками питания, встроенными в некоторое оборудование.

Внешние источники питания обычно оставляют 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, заменив все линейные источники питания (средний КПД 40–50%) на усовершенствованные переключающие конструкции. (КПД 80–90%), за счет замены устаревших импульсных источников питания (КПД менее 70%) на более совершенные конструкции (КПД не менее 80%) и снижения потребления источников питания в режиме ожидания до не более 1 Вт.

С момента публикации отчета ИИП действительно в значительной степени заменили линейные источники питания, даже в настенных бородавках. По оценкам отчета 2002 года, 6% электроэнергии, используемой в США, «проходит через» источники питания (не считая только настенных бородавок). На веб-сайте, на котором был опубликован отчет, в 2010 году говорилось, что, несмотря на распространение импульсных источников питания, «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 электроэнергия выделяется в виде тепла , неэффективный источник питания становится горячим на ощупь, как и тот, который тратит энергию без электрической нагрузки. Это отходящее тепло само по себе является проблемой в теплую погоду, поскольку может потребоваться дополнительное кондиционирование воздуха для предотвращения перегрева и даже для удаления нежелательного тепла от крупных источников питания.

Универсальные адаптеры питания

См. также: Разъем постоянного тока и коаксиальный разъем питания.

Шестиконтактный разъем «универсального» источника питания постоянного тока, состоящий из четырехконтактного разъема X и двух отдельных отдельных разъемов (один из которых предназначен для девятивольтовой батареи ). X-разъем здесь обеспечивает телефонные штекеры 3,5 и 2,5 мм и коаксиальный разъем питания двух размеров.

Универсальный блок питания для ноутбука с регулируемым напряжением от 12 до 24 Вольт.

Внешние адаптеры питания могут выйти из строя или отсоединиться от продукта, для питания которого они предназначены. Следовательно, существует рынок сменных адаптеров. Замена должна соответствовать входному и выходному напряжениям, соответствовать допустимому току или превышать его и быть оснащена соответствующим разъемом. На многих электротехнических изделиях имеется плохая маркировка с информацией о требуемом источнике питания, поэтому разумно заранее записать характеристики исходного источника питания, чтобы облегчить замену, если оригинал впоследствии будет утерян. Тщательная маркировка адаптеров питания также может снизить вероятность перепутывания, которое может привести к повреждению оборудования.

Некоторые «универсальные» сменные источники 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 200–240 В переменного тока. адаптеры, которые также можно использовать с питанием от автомобилей и самолетов (см. EmPower ) . Доступны

Четырехконтактные разъемы X или шестиконтактные звездообразные разъемы , также известные как разъемы-пауки , с разъемами разных размеров и типов широко распространены в обычных источниках питания. Другие сменные блоки питания имеют приспособления для замены разъема питания, причем при покупке в комплекте доступно от четырех до девяти различных альтернатив. Это позволяет собирать вместе 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 являться надежным указанием фактического напряжения, которое он подает в различных условиях. Многие недорогие источники питания являются « нерегулируемыми », поскольку их напряжение может значительно меняться в зависимости от нагрузки. Если они слегка нагружены, они могут выдавать напряжение, намного превышающее номинальное, 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 питаемого оборудования. Источники с линейными (в отличие от импульсных) регуляторами тяжелы, громоздки и дороги.

Современные импульсные источники питания (SMPS) меньше, легче и эффективнее. Они выдают гораздо более постоянное напряжение, чем нестабилизированные источники питания, поскольку входное напряжение и ток нагрузки изменяются. Когда они были представлены, их цены были высокими, но к началу 21 века цены на импульсные компоненты упали до такой степени, что это позволило даже дешевым источникам энергии использовать эту технологию, сэкономив на стоимости более крупного и тяжелого трансформатора сетевой частоты.

Адаптеры с автоматическим определением

Некоторые универсальные адаптеры автоматически устанавливают выходное напряжение и максимальный ток в зависимости от того, какой из сменных наконечников установлен; доступны советы по установке и подаче соответствующего питания 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 напряжением от 100 до 240 В с соответствующей вилкой; Также может поддерживаться работа от стандартного источника питания 12 В постоянного тока для транспортных средств и самолетов. При наличии соответствующего адаптера, аксессуаров и насадок различное оборудование можно питать практически от любого источника питания.

Была предложена система «Зеленая вилка», основанная на технологии USB , с помощью которой потребляющее устройство сообщало внешнему источнику питания, какой тип мощности необходим.

Выпрямитель батареи

Реклама в журнале, ноябрь 1925 г., о выпрямителе батарей.

Выпрямитель батареи — это адаптер, предназначенный для работы устройства, предназначенного для работы от батареи, например радиоприемника, от розетки переменного тока.

Первые коммерческие устройства для устранения батарей были произведены компанией Эдварда С. Роджерса-старшего в 1925 году как дополнение к его линейке радиоприемников «без батарей» .

Другим ранним производителем устройств для вытеснения аккумуляторов была Galvin Manufacturing Corporation (позже известная как Motorola ), которая была открыта 25 сентября 1928 года Полом Гэлвином и его братом Джозефом Э. Гэлвином.

Зарядное устройство для ноутбука

В ранних портативных компьютерах блоки питания были внутренними, как и в настольных компьютерах . Чтобы облегчить портативность за счет экономии физического пространства и снижения веса, блоки питания были вынесены наружу.

Когда портативный компьютер работает во время подзарядки, встроенная схема , управляющая зарядкой, использует оставшуюся мощность электрического тока блока питания . Это позволяет снабжать компоненты устройства электроэнергией во время использования, сохраняя при этом бескомпромиссную постоянную скорость зарядки.

Использование USB

См. Также: USB-оборудование § Питание.

Распространенные размеры USB-адаптеров переменного тока

Разъем USB (и напряжение) стал фактическим стандартом маломощных адаптеров переменного тока 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 аксессуары-гаджеты (« USB-украшения ») были предназначены для подключения к USB только для питания постоянным током, а не для обмена данными. Форум разработчиков USB в марте 2007 года опубликовал Спецификацию зарядки аккумулятора USB, которая определяет «... ограничения, а также механизмы обнаружения, контроля и отчетности, позволяющие устройствам потреблять ток, превышающий спецификацию USB 2.0 для зарядки ...» . Электрические вентиляторы, лампы, будильники, подогреватели кофе, зарядные устройства и даже игрушки рассчитаны на питание от USB-разъема. Широко доступны сменные адаптеры, оснащенные разъемами USB, для преобразования питания 120 В переменного или 240 В переменного тока или 12 В постоянного автомобильного питания тока в питание USB 5 В постоянного тока (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 по размеру.

В 2012 году была предложена спецификация USB Power Delivery, стандартизирующая мощность до 100 Вт, подходящая для таких устройств, как портативные компьютеры , которые обычно зависят от фирменных адаптеров.

Стандарты

МСЭ устройств ИКТ», в которой указано зарядное устройство , опубликовал Рекомендацию МСЭ-Т L.1000 «Универсальный адаптер питания и зарядное устройство для мобильных терминалов и других портативных во многом аналогичное зарядному устройству, представленному в предложении GSMA/OMTP, а также европейскому стандарту. Общий внешний источник питания . Рекомендация МСЭ была расширена и обновлена ​​в июне 2011 года. Надежда состоит в том, чтобы заметно сократить количество невзаимозаменяемых адаптеров питания.

Европейский Союз определил общий внешний источник питания для «ручных мобильных телефонов с поддержкой передачи данных» ( смартфонов ), продаваемых с 2010 года, предназначенный для замены многих несовместимых запатентованных источников питания и устранения отходов за счет сокращения общего количества производимых блоков питания. Соответствующие источники питания подают напряжение 5 В постоянного тока через разъем micro-USB, при этом предпочтительное входное напряжение составляет от 90 до 264 В переменного тока.

В 2006 году Ларри Пейдж , основатель Google , предложил стандарт на 12 В и до 15 А практически для всего оборудования, требующего внешнего преобразователя, при этом новые здания оснащаются проводкой на 12 В постоянного тока , что делает ненужной схему внешнего адаптера переменного тока в постоянный.

IEC создала стандарт для сменных блоков питания ноутбуков IEC 62700. (полное название «Техническая спецификация IEC 62700: Источник питания постоянного тока для ноутбуков»), опубликованная 6 февраля 2014 г.

См. также

• Вилки и розетки переменного тока описывают обычные источники питания для адаптера переменного тока.
• Адаптер
• Выпрямитель батареи
• Коаксиальный разъем питания широко охватывает множество используемых коаксиальных разъемов питания постоянного тока.
• Общий внешний источник питания описывает стандарты для зарядных устройств для аккумуляторов мобильных телефонов.
• Ферритовый шарик
• MagSafe — серия разъемов питания Apple.
• Силовой МОП-транзистор , широко используемый в большинстве адаптеров переменного тока мобильных устройств.
• Блок питания описывает другие типы источников питания.
• Блок питания (компьютер)
• Выпрямитель — электрическое устройство, преобразующее переменный ток (AC) в постоянный ток (DC).
• Приложения импульсного источника питания (SMPS)
• USB Power описывает стандарты USB для подачи постоянного тока на подключенные устройства.
• Универсальный адаптер питания для мобильных устройств
• Трансформатор
• Электронный фильтр
• Блок питания , для настольного компьютера. эквивалент адаптера переменного тока для ноутбука
• USB-C
• Чистая синусоидальная волна

Внешние ссылки

• Как выбрать бородавку для мелкой бытовой техники и как от нее избавиться
• Внешние источники питания. Архивировано 4 декабря 2020 г. на сайте Wayback Machine Energy Star. Информация о характеристиках и тестировании внешнего источника питания.
• TEST AC Power Adaptors , Джонатан Гордон, бесплатная электронная книга в iTunes