Tại sao máy tính xách tay cần máy biến áp lớn hơn điện thoại di động?

Tôi đã tự hỏi tại sao một bộ chuyển đổi điện máy tính xách tay là rất lớn. Hầu hết các máy tính xách tay mà tôi đã thấy sử dụng nguồn điện ~ 19V. Sử dụng phương trình biến áp và xem xét 100 vòng trong sơ cấp (chỉ là giả định) và nguồn điện 220 V, tôi đã tính toán rằng nên có khoảng 8 lượt trong phụ. Sử dụng cùng một phương trình cho bộ sạc điện thoại di động (5V) và xem xét 100 lượt trong sơ cấp, nên có khoảng 3 lượt trong phụ. Vì vậy, không nên có nhiều sự khác biệt về kích thước giữa máy biến áp được sử dụng trong bộ sạc điện thoại di động và bộ sạc máy tính xách tay. Vậy tại sao bộ sạc máy tính xách tay lại lớn như vậy trong khi bộ sạc điện thoại di động lại nhỏ?

Cả máy tính xách tay và điện thoại di động đều sử dụng nguồn điện chuyển đổi nên bộ điều hợp không phải là máy biến áp đơn giản.

Đối với một công nghệ nhất định, có một mối quan hệ giữa khả năng công suất (được đo bằng watt) và kích thước (khối lượng, cụ thể). Vì vậy, một điện thoại di động cần 2.1A ở 5V (khoảng 10W) ​​có thể sử dụng bộ chuyển đổi AC nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều so với máy tính xách tay cần 19V ở mức 4,62A (khoảng 90W).

Trên thực tế, cả máy tính xách tay hoặc điện thoại di động đều không sử dụng máy biến áp.

Thay vào đó, cái mà họ sử dụng được gọi là "Nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi" điều chỉnh đầu vào AC 110 hoặc 220 V thành tụ điện DC, sau đó sử dụng một vi điều khiển chuyển đổi đa KHz để phát xung qua một cuộn cảm để "chuyển đổi" điện áp xuống . Điều này đòi hỏi không gian ít hơn nhiều so với máy biến áp 50Hz trên lõi lớn, nặng và thường hiệu quả hơn.

Về lý do tại sao bộ chuyển đổi máy tính xách tay thường lớn hơn nhiều so với bộ sạc usb cho điện thoại di động / máy tính bảng / vv. Đó là vấn đề xử lý quyền lực. Do điện áp cao hơn và nhu cầu hiện tại của máy tính xách tay, nguồn điện của nó cần dây dày hơn, cuộn cảm lớn hơn và các bộ phận chuyển mạch công suất cao hơn. Ngoài ra, với nhiều năng lượng đi qua nó, sẽ có nhiều nhiệt hơn để thoát khỏi.

Do nhu cầu về các bộ phận lớn hơn, nặng hơn và tản nhiệt nhiều hơn, bộ sạc đơn giản phải lớn hơn, miễn là bạn không sẵn sàng trả nhiều tiền hơn nhiều lần cho các vật liệu hiếm và đắt tiền.

Tất cả các bộ điều hợp AC hiện đại hoặc nguồn cung cấp DC là các mạch / hệ thống chế độ chuyển đổi. Để an toàn, dòng AC có thể được cách ly với máy biến áp. Nó là một biến áp tần số cao, do đó kích thước vật lý nhỏ hơn nhiều.

AC là 50 / 60Hz (chu kỳ mỗi giây). Bộ điều chỉnh chuyển đổi là 50kHz sang Mega-Hz. Như vậy, biến áp cách ly nhỏ hơn nhiều. Đây là lý do của sự thay đổi từ máy biến áp lớn sang máy biến áp có tần số cao nhỏ hơn nhiều.

Tiết kiệm vật liệu (cuộn dây đồng, lõi sắt) và hiệu quả bằng cách chuyển đổi điện tử, giúp giảm chi phí thấp hơn nhiều, tiết kiệm năng lượng hơn và kích thước nhỏ hơn.

Giống như thiết kế máy biến áp cũ ở đây: Phía 'đầu ra' (thứ hai) của máy biến áp được chỉnh lưu thành điện áp DC thô. Đối với kích thước nhỏ nhất, tỷ lệ cuộn dây máy biến áp có thể là 1: 1 (đầu ra tại 110 VAC, Hoa Kỳ). Điện cao thế! Hoặc bất cứ tỷ lệ nào cho thiết kế tổng thể tốt nhất. Sự khác biệt: DC thô là nguồn cung cấp DC cho mạch chuyển mạch, không phải cho đầu ra. Đầu ra mạch chuyển đổi là nguồn cung cấp DC cuối cùng.

Mạch chuyển mạch được đơn giản hóa: Khi bật công tắc, DC thô sẽ sạc cuộn dây. Khi tắt, DC thô bị ngắt khỏi cuộn dây. Bây giờ, theo bản chất của cuộn dây, cuộn dây buộc năng lượng ra khỏi chính nó (hãy thử tự giải tỏa!). Các công tắc tại các thiết bị đầu cuối của nó 'xảy ra' được bật và kết nối với một tụ điện. Các cuộn dây đổ năng lượng của nó vào tụ điện. Tụ điện này là tụ điện làm mịn DC đầu ra, tăng gấp đôi như một bộ lưu trữ năng lượng thứ hai.

Tải ở đầu ra, có nghĩa là trong khi, tiếp tục làm cạn kiệt năng lượng tụ điện. Các cuộn dây sạc lại tụ điện theo thời gian. DC thô bổ sung năng lượng cuộn dây, theo thời gian.

Trong trường hợp không cách ly, không có máy biến áp và AC 110 V (Hoa Kỳ) là chỉnh lưu trực tiếp (điện áp cao nguy hiểm!) Để tạo thành DC thô (khoảng 120-150Vdc).

Phần còn lại của điện tử điều chỉnh điện áp đầu ra. Khi tụ điện đạt đến điện áp mong muốn, cuộn dây sẽ tắt khỏi tụ điện, ngăn không cho sạc đến điện áp cao hơn và cao hơn. Đồng thời, cuộn dây được kết nối lại với DC thô để sạc lại. Khi đầu ra cạn kiệt quá thấp, cuộn dây được kết nối lại với tụ điện để sạc lại.

Tần số chuyển đổi được chọn cho kết quả tối ưu, được xem xét giữa kích thước vật lý, hiệu quả và chi phí.

Tóm lại: Chỉnh lưu; điện áp một chiều cao; sạc cuộn dây; đổ năng lượng cuộn dây vào tụ điện đầu ra; nói lại.

Về bản chất, mạch chuyển mạch KHÔNG được cách ly (chuyển đổi DC sang DC). Ít nhất một dây là phổ biến, một kết nối trực tiếp từ đầu vào đến đầu ra.

Nếu không cần cách ly (ví dụ, bên trong một gói kín, chẳng hạn như bóng đèn), có thể không có máy biến áp. Cách ly là an toàn, vì vậy một máy biến áp được thêm vào. Tần số càng thấp, chuyển đổi từ tính điện càng kém hiệu quả. Chắc chắn, ở tần số quá cao, hiệu suất chuyển đổi bắt đầu giảm.) Tóm tắt cuộn dây: Một biến áp cách ly tùy chọn. Ít nhất một cuộn dây để lưu trữ năng lượng như một cách để truyền năng lượng từ đầu vào sang đầu ra.

Thêm cho tâm trí tìm hiểu: Bỏ qua cuộn dây! Tất cả những gì bạn cần là một công tắc để sạc tụ điện đầu ra (chuyển chế độ tụ điện!), Trực tiếp từ DC thô! Khi đạt đến điện áp đầu ra mong muốn, tắt. Làm xong! Lưu một thành phần cuộn dây! Bạn muốn nói: Điện áp không thể lái một nắp? OK, thêm một điện trở giới hạn hiện tại. Điện trở vẫn rẻ hơn nhiều so với một cuộn dây. Tại sao cần một cuộn dây? Khác ... Tại sao không chỉnh lưu AC 110, sau đó cung cấp DC thô cho máy phát tần số cao để điều khiển máy biến áp tần số cao? Thay vì 60Hz, giờ đây bạn có hệ thống AC 50kHz! Máy biến áp nhỏ giống nhau. Tiếp theo, biến áp bước xuống điện áp AC. Khắc phục, Voila! [Gợi ý: hiệu quả và công suất đầu ra].

[Hiệu quả: Năng lượng trên tụ = (1/2) xCV ^ 2; cuộn dây tương đương: (1/2) Li ^ 2. Khi điện áp cao hơn trên nắp [hoặc tương đương với cuộn dây], nó sẽ hiệu quả hơn: V bình phương. Bình phương 5V = 25. Quảng trường 100V = 10.000! Đổ 5V vào tụ / cuộn chỉ là nhiều. Bán 105V (110 V-5Vout) trên một cuộn dây, wow!]