Warum benötigen Laptops größere Transformatoren als Mobiltelefone?

Ich habe mich gefragt, warum ein Laptop-Netzteil so groß ist. Die meisten Laptops, die ich gesehen habe, verwenden ein ~ 19V-Netzteil. Unter Verwendung der Transformatorgleichung und unter Berücksichtigung von 100 Windungen in der Primärwicklung (nur eine Annahme) und einer 220-V-Stromversorgung berechnete ich, dass es in der Sekundärwicklung ungefähr 8 Windungen geben sollte. Unter Verwendung der gleichen Gleichung für ein Handy-Ladegerät (5 V) und unter Berücksichtigung von 100 Umdrehungen in der Primärwicklung sollten in der Sekundärseite etwa 3 Umdrehungen erfolgen. Es sollte also keinen großen Größenunterschied zwischen dem in einem Handy-Ladegerät und einem Laptop-Ladegerät verwendeten Transformator geben. Warum sind Laptop-Ladeadapter so groß, während ein Handy-Ladeadapter klein ist?

Sowohl Laptops als auch Mobiltelefone verwenden Schaltnetzteile, sodass die Adapter keine einfachen Transformatoren sind.

Für eine bestimmte Technologie besteht eine Beziehung zwischen der Leistungsfähigkeit (gemessen in Watt) und der Größe (insbesondere Volumen). Ein Mobiltelefon, das 2,1 A bei 5 V (ca. 10 W) benötigt, kann ein Netzteil verwenden, das viel kleiner und leichter ist als das eines Notebooks, das 19 V bei 4,62 A (ca. 90 W) benötigt.

Tatsächlich verwenden weder Laptops noch Handys per se einen Transformator.

Was sie stattdessen verwenden, wird als "Schaltnetzteil" bezeichnet, das den 110- oder 220-V-Wechselstromeingang in einen Gleichstromkondensator gleichrichtet und dann einen Multi-KHz-Schaltmikrocontroller verwendet, um diesen durch einen Induktor zu pulsieren, um die Spannung nach unten "umzuwandeln" . Dies erfordert viel weniger Platz als ein 50-Hz-Transformator auf einem großen, schweren Kern und ist normalerweise effizienter.

Warum ist der Laptop-Konverter im Allgemeinen so viel größer als die USB-Ladegeräte für Handys / Tablets / etc. Das ist eine Frage der Belastbarkeit. Aufgrund des höheren Spannungs- und Strombedarfs des Laptops benötigt sein Netzteil dickere Drähte, eine größere Induktivität und Schaltkomponenten mit höherer Leistung. Wenn mehr Strom fließt, muss mehr Wärme abgeführt werden.

Aufgrund des Bedarfs an größeren, schwereren Komponenten und mehr Wärmeableitung muss das Lappy-Ladegerät einfach größer sein, solange Sie nicht bereit sind, ein Vielfaches mehr Geld für seltene und teure Materialien zu zahlen.

Alle modernen Wechselstromadapter oder Gleichstromversorgungen sind Schaltkreise / -systeme. Aus Sicherheitsgründen kann die Wechselstromleitung mit einem Transformator isoliert sein. Es ist ein Hochfrequenztransformator, der eine viel kleinere physikalische Größe hat.

Wechselstrom ist 50/60 Hz (Zyklen pro Sekunde). Schaltregler sind 50kHz bis Mega-Hz. Als solches ist der Trenntransformator viel kleiner. Dies ist der Grund für den Wechsel von einem massiven Transformator zu einem viel kleineren Hoch-Kilo-Hz-Transformator.

Die Materialeinsparungen (Kupferwicklung, Eisenkern) und die Effizienz durch elektronisches Schalten bewirken viel geringere Kosten, viel mehr Energieeffizienz und eine geringere Größe.

Entspricht dem alten Transformatorentwurf hier: Die Ausgangsseite (2. Seite) des Transformators wird auf Rohgleichspannung gleichgerichtet. Bei kleinster Größe kann das Transformatorspulenverhältnis 1: 1 betragen (Ausgang bei 110 VAC, USA). Hochspannung! Oder welches Verhältnis auch immer für das beste Gesamtdesign. Der Unterschied: Der Roh-Gleichstrom ist die Gleichstromversorgung nur für einen Schaltkreis, nicht für den Ausgang. Der Schaltkreisausgang ist die endgültige Gleichstromversorgung.

Schaltkreis vereinfacht: Wenn der Schalter eingeschaltet ist, lädt der Roh-Gleichstrom die Spule auf. Im ausgeschalteten Zustand wird der Roh-Gleichstrom von der Spule getrennt. Nun drückt die Spule von Natur aus die Energie aus sich heraus (versuchen Sie, sich selbst zu entlasten!). Die Schalter an den Klemmen sind zufällig eingeschaltet und mit einem Kondensator verbunden. Die Spule gibt ihre Energie an den Kondensator ab. Dieser Kondensator ist der Ausgangs-Gleichstromglättungskondensator, der gleichzeitig als sekundärer Energiespeicher dient.

Die Last am Ausgang verbraucht währenddessen weiterhin die Kondensator-Energie. Die Spule lädt den Kondensator von Zeit zu Zeit auf. Der rohe Gleichstrom füllt von Zeit zu Zeit die Spulenenergie wieder auf.

Im nicht isolierten Fall wird kein Transformator und der Wechselstrom 110 V (USA) direkt gleichgerichtet (gefährliche Hochspannung!), Um den Roh-Gleichstrom (ca. 120-150 VDC) zu bilden.

Der Rest der Elektronik regelt die Ausgangsspannung. Wenn der Kondensator die gewünschte Spannung erreicht, wird die Spule vom Kondensator abgeschaltet, um ein Aufladen auf eine immer höhere Spannung zu verhindern. Gleichzeitig wird die Spule zum Aufladen wieder an den Roh-Gleichstrom angeschlossen. Wenn der Ausgang zu niedrig ist, wird die Spule wieder an den Kondensator angeschlossen, um ihn wieder aufzuladen.

Die Schaltfrequenz wird für optimale Ergebnisse gewählt, die unter Berücksichtigung der physischen Größe, Effizienz und Kosten berücksichtigt werden.

Zusammenfassend: Korrigieren; hohe Gleichspannung; Laden Sie die Spule auf. die Spulenenergie zum Ausgangskondensator ablassen; wiederholen.

Der Schaltkreis ist von Natur aus NICHT isoliert (DC-DC-Schaltung). Mindestens ein Draht ist üblich, eine direkte Verbindung von Eingang zu Ausgang.

Wenn keine Isolierung erforderlich ist (z. B. in einem geschlossenen Gehäuse, z. B. einer Glühbirne), möglicherweise kein Transformator. Die Isolierung dient der Sicherheit, daher wird ein Transformator hinzugefügt. Je niedriger die Frequenz, desto weniger effizient ist die elektromagnetische Umwandlung. Sicherlich lässt bei zu hoher Frequenz die Umwandlungseffizienz nach.) Spulenzusammenfassung: Ein optionaler Trenntransformator. Mindestens eine Spule zum Speichern von Energie, um Energie von Eingang zu Ausgang zu übertragen.

Extra für den anfragenden Verstand: Überspringen Sie die Spule! Sie benötigen lediglich einen Schalter zum Laden des Ausgangskondensators (Schaltkondensatormodus!) Direkt vom Roh-Gleichstrom! Bei Erreichen der gewünschten Ausgangsspannung ausschalten. Erledigt! Speichern Sie eine Spulenkomponente! Sie würden sagen: Kann Spannung keine Kappe ansteuern? OK, fügen Sie einen Strombegrenzungswiderstand hinzu. Der Widerstand ist immer noch viel billiger als eine Spule. Warum brauchen Sie eine Spule? Mehr ... Warum nicht den Wechselstrom 110V roh gleichrichten, dann die rohe Gleichstromversorgung für einen Hochfrequenzgenerator, um einen Hochfrequenztransformator anzutreiben? Anstelle von 60 Hz haben Sie jetzt ein 50-kHz-Wechselstromsystem! Gleicher kleiner Transformator. Als nächstes senkt der Transformator die Wechselspannung. Korrigieren Sie, Voila! [Hinweis: Wirkungsgrad und Ausgangsleistung].

[Wirkungsgrad: Energie am Kondensator = (1/2) xCV ^ 2; Spulenäquivalent: (1/2) Li ^ 2. Wenn die Spannung an der Kappe [oder einem Äquivalent für die Spule] höher wird, ist dies effizienter: V ist im Quadrat. Quadrat 5V = 25. Quadrat 100 V = 10.000! Das Einspeisen von 5 V an den Kondensator / die Spule ist nur so viel. 105V (110V-5Vout) auf eine Spule werfen, wow!]