Tại sao nhiều máy tính xách tay chạy trên 19 volt?

Thông thường các thiết bị di động có nguồn cung cấp điện chính sẽ chấp nhận điện áp là bội của một số điện áp pin đơn. Ví dụ: 4,5 volt là 1,5 volt (pin chính AA) 3 lần và 36 volt là 3,6 volt (pin Li-Ion) 10 lần.

Bây giờ có máy tính xách tay sử dụng nguồn điện bên ngoài được đánh giá ở mức chính xác 19 volt. Đó không phải là nhiều thứ phù hợp. Câu đố cho tôi rất nhiều.

Điện áp này bắt nguồn từ đâu?

Sự lựa chọn 19 volt là bởi vì nó thoải mái dưới 20 volt là điện áp đầu ra tối đa của các nguồn cung cấp có thể được chứng nhận là LPS (Nguồn điện giới hạn) với các giới hạn cung cấp điện không cố hữu.

Nếu bạn có thể giữ ở mức hoặc dưới 20 volt, toàn bộ điều chứng nhận an toàn sẽ trở nên dễ dàng và rẻ hơn.

Để đảm bảo bạn nằm trong giới hạn kế toán cho dung sai sản xuất, hãy giảm 5%, tức là 19 volt. Bạn đây rồi. Nó không có gì để làm với tổ chức pin hoặc màn hình LCD.

Bây giờ có máy tính xách tay sử dụng nguồn điện bên ngoài được đánh giá ở mức chính xác 19 volt. Đó không phải là nhiều thứ phù hợp. Câu đố cho tôi rất nhiều.

Đây không phải là một câu hỏi thiết kế như được đặt ra, nhưng nó có liên quan đến thiết kế hệ thống sạc pin.

Tóm lược:

• Điện áp cao hơn một chút so với bội số của điện áp được sạc đầy của pin Lithium Ion, loại được sử dụng trong hầu hết mọi máy tính xách tay hiện đại.

• Hầu hết các máy tính xách tay sử dụng pin Lithium Ion.

• 19 V cung cấp một điện áp phù hợp để sử dụng để sạc tới 4 x pin Li-ion nối tiếp sử dụng bộ chuyển đổi buck để giảm điện áp dư thừa một cách hiệu quả.

• Sự kết hợp khác nhau của các chuỗi và các ô song song có thể được cung cấp.

• Điện áp hơi dưới 19 V có thể được sử dụng nhưng 19 V là điện áp tiêu chuẩn hữu ích sẽ đáp ứng hầu hết các tình huống.

Hầu như tất cả các máy tính xách tay hiện đại đều sử dụng pin Lithium Ion (LiIon). Mỗi pin bao gồm ít nhất một số ô LiIon trong một chuỗi 'chuỗi' và có thể bao gồm một số kết hợp song song của một số chuỗi chuỗi.

Một tế bào Lithium Ion có điện áp sạc tối đa là 4.2 V (4.3 V cho sự dũng cảm và điên rồ). Để sạc một tế bào 4.2 V, ít nhất phải có điện áp cao hơn một chút để cung cấp cho một số headroom của Google để cho phép các thiết bị điện tử điều khiển sạc hoạt động. Ít nhất khoảng 0,1 V có thể làm thêm nhưng thường thì ít nhất 0,5 V sẽ hữu ích và có thể được sử dụng nhiều hơn.

Một ô = 4.2 V
Hai ô = 8.4 V
Ba ô = 12.6 V
Bốn ô = 16.8 V
Năm ô = 21 V.

Thông thường, bộ sạc sẽ sử dụng nguồn điện chế độ chuyển đổi (SMPS) để chuyển đổi điện áp có sẵn thành điện áp cần thiết. SMPS có thể là bộ chuyển đổi Boost (bước tăng điện áp) hoặc bộ chuyển đổi Buck (bước giảm điện áp) hoặc hoán đổi từ cái này sang cái khác theo yêu cầu. Trong nhiều trường hợp, bộ chuyển đổi buck có thể được thực hiện hiệu quả hơn bộ chuyển đổi boost. Trong trường hợp này, sử dụng bộ chuyển đổi buck, có thể sạc tối đa 4 ô theo chuỗi.

Tôi đã thấy pin máy tính xách tay với

3 ô trong chuỗi (3S),
4 ô trong chuỗi (4S),
6 ô trong 2 chuỗi song song 3 (2P3S),
8 ô trong 2 chuỗi song song 4 (2P4S)

và với điện áp nguồn 19 V, có thể sạc 1, 2, 3 hoặc 4 ô LiIon nối tiếp và bất kỳ số chuỗi song song nào trong số này.

Đối với các ô ở 16,8 V, chừa một khoảng trống (19−16,8) = 2,4 volt cho thiết bị điện tử. Hầu hết những thứ này là không cần thiết và sự khác biệt được cung cấp bởi bộ chuyển đổi buck, hoạt động như một hộp số điện tử của Cameron, lấy năng lượng ở một điện áp và đưa nó ra ở điện áp thấp hơn và dòng điện cao hơn một cách thích hợp.

Với khoảng 0,7 V của khoảng không, thông thường có thể sử dụng 16,8 V + 0,5 V = 17,5 V từ nguồn cung cấp điện nhưng sử dụng 19 V đảm bảo rằng có đủ cho bất kỳ tình huống nào và phần thừa không bị lãng phí khi bộ chuyển đổi buck chuyển đổi điện áp xuống theo yêu cầu. Sự sụt giảm điện áp ngoài pin có thể xảy ra trong công tắc SMPS (thường là MOSFET ), điốt SMPS (hoặc bộ chỉnh lưu đồng bộ), nối dây, đầu nối, các thành phần cảm giác dòng điện trở và mạch bảo vệ. Càng ít thả càng tốt là mong muốn để giảm thiểu lãng phí năng lượng.

Khi một tế bào Lithium Ion gần được xả hoàn toàn, điện áp đầu cực của nó là khoảng 3 V. Chúng được phép phóng điện thấp đến mức nào phải tuân theo các cân nhắc kỹ thuật liên quan đến tuổi thọ và công suất. Ở 3 V / ô 1/2/3/4 ô có điện áp đầu cực 3/6/9/12 volt. Bộ chuyển đổi buck cung cấp điện áp giảm này để duy trì hiệu quả sạc. Một thiết kế bộ chuyển đổi buck tốt có thể vượt quá 95% hiệu quả và trong loại ứng dụng này không bao giờ có hiệu suất dưới 90% (mặc dù một số có thể).

Gần đây tôi đã thay thế một pin netbook có 4 cell với phiên bản dung lượng mở rộng với 6 cell. Phiên bản 4 ô hoạt động trong cấu hình 4S và phiên bản 6 ô trong 2P3S. Mặc dù điện áp thấp hơn của pin mới, mạch sạc có thể thay đổi, nhận ra pin và điều chỉnh cho phù hợp. Thực hiện loại thay đổi này trong một hệ thống KHÔNG được thiết kế để chứa pin điện áp thấp hơn có thể gây tổn hại cho sức khỏe của pin, thiết bị và người dùng.

Câu trả lời của Russell ( https://electronics.stackexchange.com/a/31621/88614 ) thực hiện công việc tuyệt vời khi xem xét các chi tiết. Câu trả lời này tập trung nhiều hơn vào các khía cạnh rộng hơn của câu hỏi của bạn.

Thông thường các thiết bị di động có nguồn cung cấp điện chính sẽ chấp nhận điện áp là bội của một số điện áp pin đơn.

Tôi không nghĩ rằng điều này nói chung là đúng.

Đúng là một số thiết bị có đầu vào nguồn có điện áp định mức là một số bội của điện áp di động danh nghĩa. Chúng có xu hướng là thiết bị có thể hết pin hoặc pin nhưng không sạc được pin của chúng từ nguồn cung cấp chính. Các thiết bị tự sạc pin là một vấn đề khác.

Nói chung, bạn muốn điện áp đầu vào cho mạch sạc của bạn cao hơn điện áp pin trong toàn bộ chu kỳ sạc.

Một tế bào ion ion / polymer là 3,7V hoặc hơn nhưng điện áp cần thiết để sạc đầy nó giống như 4.2V và điện áp khi được nạp đầy đủ có thể giống như 3V. Pin máy tính xách tay thường có 3-4 tế bào trong loạt. Vì vậy, 19V cung cấp một lượng đạn hợp lý của khoảng không cho mạch sạc.

Điện thoại di động, máy tính bảng và các thiết bị di động tương tự có pin lithium ion đơn có xu hướng sử dụng điện áp đầu vào là 5V. Tôi chắc chắn rằng điều này một phần được thúc đẩy bởi mong muốn chạy hết USB nhưng cũng bởi vì nó cung cấp một khoảng không gian hợp lý để sạc pin lithium ion / polymer đơn bào.

Đây là một câu hỏi thiết kế kỹ thuật "đảo ngược" tuyệt vời.

Tất cả các máy tính di động có thể sử dụng triết lý bộ sạc pin dc-dc chuyển đổi xuống tương tự nhưng có thể sử dụng các chip và cấu hình khác nhau, được quản lý bởi máy tính xách tay, không phải bộ sạc ngoài. Thường thì một phạm vi rộng hơn của điện áp bộ sạc với nhiều công suất hơn có thể được sử dụng, vì khả năng bên trong bước xuống một phạm vi đầu vào thường rộng hơn quy định. Phạm vi cực đoan có thể làm giảm hiệu quả và tăng công suất tối đa trong khi sạc chết trong khi màn hình hiển thị ở độ sáng tối đa. Đèn nền là điểm thu hút ổn định lớn nhất và CPU / GPU có các đỉnh lớn nhất để sử dụng hiệu suất cao. (lõi tứ i7, v.v.)

Bộ sạc pin đa năng.
Tôi đã mua một bộ sạc Universal trong một chuyến đi đường dài. Sau này tôi đã chọn sử dụng nó để lái 60 Watts LED. Bộ sạc được chỉ định @ 15 ~ 24V, tối đa 63W. Nó có một tiêu đề 6 pin ngay trước khi cắm nguồn đồng trục có thể hoán đổi cho nhau. Một trong những chân là một dòng cảm giác từ xa cho điện áp cắm để bù cho sự mất dòng DC. Tôi đã mô tả đầu vào và thấy nó có thể được sử dụng để điều chỉnh đầu ra từ 5 ~ 50V với phạm vi điều khiển đầu vào 2.5V tập trung ở khoảng 3V. Tôi đã sử dụng Log Pot, một vài điện trở LED và nắp để điều khiển bộ điều chỉnh độ sáng tùy chỉnh này từ 10 đến 100% bằng cách sử dụng năng lượng có sẵn và vợ tôi rất hài lòng với ánh nắng mặt trời LED trên cửa sổ bay với vỏ trứng màu đen chói. Nó sáng hơn khoảng 3 lần so với ánh sáng mặt trời trực tiếp.

Trong mọi trường hợp, mọi máy tính di động đều phải điều tiết nguồn cung cấp bên ngoài để điện áp chính xác không quá quan trọng và bạn có thể thoát khỏi phạm vi rộng hơn. Điện áp đầu vào càng thấp, ngược lại hiện tại và thị thực càng cao, nó sẽ hoạt động nhưng hiệu quả có thể thay đổi trong phạm vi.

Hầu hết các điện thoại di động có xu hướng chạy ở điện áp di động thấp hơn để giảm ESR của gói ảnh hưởng đến sụt áp dưới tải và gợn điều tiết chéo từ lan truyền đến các bộ điều chỉnh tiếp theo bước xuống và bước lên trên cho CPU / I / O bên trong và các thiết bị ngoại vi, ví dụ 5 & ​​12 V.

Gói PC di động lớn hơn bao gồm;

9 ô = 10,1V (3P3S) 10 ô = 7,4V (5P2S) 12 ô = 14,8 (3P4S)

Thông tin hữu ích: Bạn có thể chạy một máy tính di động không lắp pin vì bộ điều chỉnh quản lý pin đơn giản là không được sử dụng để chạy bộ điều chỉnh DC-DC bên trong. Điều này phục vụ để giảm tải nhiệt trên máy tính xách tay cũ và giảm lão hóa pin ngay cả khi chúng vẫn ở mức 100% mà không bị cạn kiệt. (Nhưng bạn sẽ tắt máy khi gặp sự cố.)

Bạn cũng có thể sử dụng bộ sạc điện lớn hơn với điện áp phù hợp để giảm điện áp pin và nó sẽ không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất miễn là có đủ năng lượng.

19 volt là để sạc bộ pin có nhiều tế bào Li-ion nối tiếp. Các thiết bị điện tử bên trong máy tính xách tay được cung cấp bởi bộ điều chỉnh chuyển đổi từ điện áp pin và / hoặc 19 volt từ bộ chuyển đổi AC. Điều này mang lại thời gian hoạt động tốt cho máy tính xách tay khi điện áp pin giảm khi xả trong quá trình sử dụng. Đây là lý do DUY NHẤT cho 19 volt. Nó KHÔNG CÓ gì để làm với các bộ phận máy tính xách tay thực tế, ngoại trừ nguồn cung cấp năng lượng được chuyển đổi bên trong thích ứng với điện áp pin thay đổi, và cung cấp điện áp ổn định, được điều chỉnh cho các hệ thống bên trong (CPU, ram, đĩa cứng, v.v.)

Thời gian hoạt động của máy tính xách tay trên pin phụ thuộc vào mức độ tiêu thụ của máy tính xách tay so với bao nhiêu giờ pin. Mức tiêu thụ trung bình theo thời gian là khá cố định, mặc dù độ sáng của màn hình, đặc biệt là màn hình lớn, có tác động đáng chú ý.

Như những người khác đã giải quyết, máy tính xách tay có pin lithium và để có thêm thời gian hoạt động, bạn cần nhiều năng lượng hơn (giờ watt) vì vậy bạn cần pin dung lượng lớn hơn hoặc lớn hơn. Kích thước của máy tính xách tay thường giới hạn kích thước pin để có được nhiều năng lượng hơn bằng cách sử dụng nhiều pin hơn và nói chung các pin đó được đặt thành chuỗi (cần ít mạch hơn (= rẻ hơn) để sạc đúng cách khi pin được nối tiếp thay vì song song) sau đó dẫn đến điện áp hoạt động thô của máy tính xách tay. Bộ chuyển đổi DC / DC bên trong sau đó lấy điện áp thô không được kiểm soát đó và tạo ra điện áp thấp quy định (3.3VDC, v.v.) mà các thiết bị điện tử cần.

Để sạc các pin đó, mạch sạc bên trong cần một điện áp đầu vào cao hơn một volt so với điện áp được sạc đầy của pin lithium. Ngoài ra, nguồn cung cấp điện bên ngoài do Trung Quốc sản xuất có dung sai đầu ra thường là +/- 5%. Điều đáng chú ý là điện áp đầu ra thực tế phải được đo tại tải hoạt động. Nó sẽ luôn cao hơn khi không có tải do IR (điện trở x hiện tại) giảm (mất) trong cáp DC và quy định tải của nguồn cung cấp điện bên ngoài thường âm một chút.

Bộ nguồn cho các ứng dụng quan trọng có một tính năng gọi là "Sense" đo điện áp đầu ra ở phụ tải hoặc đầu nối và tự động bù cho tổn thất IR nhưng tôi chưa bao giờ thấy nó trong nguồn điện bên ngoài. (mặc dù chúng tôi đang xây dựng một tùy chỉnh cho ứng dụng 5V / 80W cho quân đội vì tổn thất IR là đáng chú ý với 18A chảy qua chỉ vài feet dây đồng)

Yếu tố trong tất cả những điều đó và với 4 pin lithium thường được sử dụng trong chuỗi cho "lớn hơn" hoặc chạy lâu hơn trên máy tính xách tay pin và cuối cùng bạn cần một nguồn cung cấp điện ngoài 19VDC danh nghĩa mà thực sự có thể là bất kỳ nơi nào trong khoảng 17 - 20 VDC. Bộ chuyển đổi DC / DC bên trong để tạo ra điện áp DC thấp hơn và mạch sạc pin dễ dàng chấp nhận phạm vi đó cộng với có thể thêm vài volt nữa. Bạn có thể kiểm tra điện áp chấp nhận thấp hơn bằng cách sử dụng nguồn điện đầu ra thay đổi và giảm điện áp xuống cho đến khi "đèn sạc" tắt. Tuy nhiên, bạn phải đo điện áp đó ở đầu nối. KHÔNG kiểm tra điện áp chấp nhận cao vì bạn có thể dễ dàng thổi tắt bộ chuyển đổi DC / DC làm cho máy tính xách tay của bạn bị hỏng và đó thường là dấu hiệu duy nhất của bạn cho thấy điện áp đầu vào quá cao.

BTW, 19VDC cũng cần thiết để tăng thời gian hoạt động trong thời gian dài hơn và giảm dòng điện trong các máy tính xách tay lớn hơn vì đầu nối thùng phổ biến chỉ được đánh giá để xử lý 5A - và đó là một thiết bị thực sự tốt. Hầu hết là 2-3A. Đó là lý do chính mà bạn không muốn cắm và rút phích cắm của đầu nối đó khi PC của bạn được bật nguồn vì cuối cùng bạn sẽ đốt các số liên lạc để tạo ra liên hệ không đáng tin cậy trong đầu nối đó.

Để tìm hiểu thêm về trình kết nối PC, hãy xem: https://en.wikipedia.org/wiki/DC_connector

BTW2, PC cũng có "thước đo khí" pin cho bạn biết bạn còn bao nhiêu thời gian chạy khi hoạt động bằng pin. "Thước đo" đó phải theo dõi dòng điện đi vào và ra khỏi pin. (Cân bằng hiện tại thay vì năng lượng được theo dõi vì hiệu suất xả / sạc hiện tại là gần 100% trong khi hiệu suất năng lượng thay đổi và nhỏ hơn đáng kể 100%). Mặc dù chúng khá chính xác trong thời gian thực, nhưng chúng có lỗi tích lũy theo thời gian và dung lượng của pin lithium giảm theo tuổi tác, nhiệt độ hoạt động và chu kỳ sạc. Điều này thường dẫn đến việc PC của bạn "nói" với bạn rằng bạn không còn thời gian chạy và nó sẽ tắt khi thực tế, pin vẫn có thể ở mức 50%, sau đó khiến bạn phải ra ngoài và mua một cái mới (và đắt tiền) bộ pin. Khi cắm pin thay thế đó, PC sẽ nhận ra pin mới đó và đặt lại cài đặt dung lượng pin. Sâu bên trong (một số / nhiều / hầu hết?) PC có thói quen hiệu chỉnh dung lượng pin. Nếu bạn có thể truy cập vào đó, PC sẽ trải qua quá trình xả và sạc pin một vài lần để hiệu chỉnh lại dung lượng pin cho bạn một hoặc hai năm nữa trên bộ pin ban đầu, mặc dù thời gian hoạt động giảm.

Nếu bạn kiểm tra vôn cần thiết cho màn hình LCD trên máy tính xách tay của bạn, tôi nghĩ bạn sẽ tìm thấy câu trả lời. Gần đây tôi đã kéo rất nhiều màn hình LCD máy tính xách tay và tôi thấy rằng chúng đòi hỏi điện áp cao.

Điện áp được phân chia cho một đường ray 12 v và đường sắt 5v. Máy tính mini không laptop sử dụng cùng một đầu vào 19v không có ô hoặc màn hình.

Hai đường ray là bo mạch chính @ 12V (+/- 5V và 3.3V được cung cấp từ này) ngoại vi @ 5V cho các ổ đĩa và đôi khi là USB. Chúng được phân chia vì spin-up thường. Điều này có thể rút ra dòng điện tối đa và sẽ yêu cầu bo mạch chính được thiết kế cho nó (nhìn vào bên trong nguồn điện xoay chiều và bạn sẽ thấy các tụ điện và cuộn cảm lớn). Máy tính để bàn thường phân chia USB +/- 5V vì lý do tương tự với số lượng lớn cổng và chuỗi / trung tâm Daisy. Họ cũng cung cấp thêm đường ray cho GPU.

Tất cả điều này là để cố gắng giữ cho điện áp không đổi cho bo mạch chính (CPU, bộ nhớ, I / O). Thiết bị ngoại vi có thể chịu được điện áp thay đổi tốt hơn nhiều (động cơ điện và bộ chuyển đổi dc-dc trạng thái rắn cho ssd và USB).

Ổ đĩa cứng vẫn là động cơ và hoạt động ở mức 12 v.

Khi cổ xưa nhường chỗ cho trạng thái rắn 19v sẽ biến mất. Khi tất cả các trạng thái rắn hiện có trên bo mạch chủ vì hiệu quả hơn khi các IC chuyển từ mức 12 v CMOS xuống mức thấp 1,8 đến 3,3v ngày nay, nhu cầu lớn hơn 5v sẽ biến mất. Pin sẽ trở thành một tế bào.

19V còn sót lại từ những ngày "lug-ables" - Máy tính trước máy tính xách tay, phải tạo ra -5,5 và 12 volt cho bo mạch chủ. Họ có một nguồn cung cấp điện độc lập có phích cắm bốn dây. Chẳng mấy chốc, nó chỉ là một phích cắm 2 dây, laptop tạo ra 3 điện áp bên trong. -5 đến 12 là 17 volt, với thêm 2 volt, tôi giả sử là khoảng không để điều chỉnh công suất. Nó còn sót lại từ đó. jmarc@gmx.com