Verschwenden 110-250-V-Netzteile Strom bei höheren Spannungen?

Ich werde als Beispiel einen Standard-Netz-> USB-Adapter bereitstellen.

Wir wissen, dass der Ausgang des USB gleich bleibt, unabhängig davon, welche Spannung zwischen dem zulässigen Bereich am Eingang anliegt.

Wenn wir diesen Adapter in Großbritannien verwenden, werden 230 V an den Eingang angelegt. Verschwenden wir bei dieser Spannung Strom im Vergleich zur Verwendung des Geräts bei einer niedrigeren Spannung, z. B. 110 V?

Sie sprechen von Transformatoren und Netzteilen, als wären sie gleich, aber nicht.

Ein (altmodisches) transformatorbasiertes Netzteil ist groß und schwer und normalerweise nur für 110 V oder 240 V AC geeignet . Nicht beides, es sei denn, es gibt eine Einstellung, die einen anderen Abgriff am Transformator auswählt.

Moderne Netzteile sind sehr unterschiedlich, viel kleiner und leichter (bei gleicher Nennleistung) und können einen weiten Eingangsspannungsbereich von 80 V bis 240 V AC verarbeiten. Diese Adapter sind isolierte Schaltnetzteile und enthalten einen sehr kleinen Transformator, der mit einer hohen Frequenz arbeitet.

Ihr USB-Adapter wird zweifellos vom zweiten (Schalt-) Typ sein. Passt es leicht in Ihre Tasche? Dann ist es ein Umschalter.

Es hängt vom Design des Schaltnetzteils ab, ob es bei 110 V oder 240 V AC mehr oder weniger effizient ist. Das Design könnte für 110 V optimiert und damit bei 240 V weniger effizient sein. Oder umgekehrt. Hier gibt es keine allgemeine Wahrheit.

Vielleicht denken Sie, dass die Überspannung bei Verwendung von 240 V anstelle von 110 V "abgebrannt" wäre. Nun, es ist nicht so, dass geschaltete Wandler dies effizienter handhaben, so dass bei jeder Eingangsspannung und jedem Ausgangsstrom nur eine geringe Menge an Energie verloren geht.

Die Art und Weise, wie solche Schaltwandler einen so breiten Eingangsspannungsbereich handhaben, ist ein Ergebnis der Funktionsweise dieser Wandler. Die elektrische Energie vom Eingang wird im Transformator in magnetische Energie umgewandelt und dann wieder in elektrische Energie umgewandelt. Ein Transistor auf der Eingangsseite des Transformators schaltet die Eingangsleistung (bei etwa 100 kHz) und bestimmt dadurch die in den Transformator fließende Leistung. Es wird also nicht mehr Strom als am Ausgang eingespeist! Dies ist eine sehr effiziente Lösung zur Steuerung der Leistung und damit der Spannung am Ausgang.

Die Schaltströme sind niedriger bei höheren Spannungen (wie sie müssen für die gleiche Ausgangsleistung sein), so Leitungsverluste geringer sein werden bei höherer Eingangsspannung.

Netzteile, die nur für 120-VAC-Eingänge ausgelegt sind, verfügen häufig über einen Eingangsverdoppler, um eine 300-V-Schiene zu erzeugen. 600 V sind jedoch etwas zu hoch für den Komfort, sodass dies selten, wenn überhaupt, für Netzteile erfolgt, die 240-VAC-Eingänge verarbeiten können (einschließlich Eingangsversorgungen mit großem Bereich).

Der niedrigste Wirkungsgrad einer Schaltversorgung (für eine bestimmte Ausgangsleistung, die innerhalb des normalen Betriebsbereichs liegt - beispielsweise mehr als 10% der Nennausgangsleistung) liegt typischerweise bei der minimalen Eingangsspannung .

Bei einer bestimmten Eingangsspannung erreicht der Wirkungsgrad normalerweise Spitzenwerte für einen Laststrom irgendwo im normalen Betriebsbereich (es handelt sich um eine konvexe Kurve mit Maxima).

Um dies zu verdeutlichen, ist dies jedoch ein Effekt zweiter Ordnung . Der Wirkungsgrad kann (für eine bestimmte Last) 80% bei 240 V Zoll und 75% bei 120 V Zoll betragen. Es sollte keinen enormen Unterschied geben, vorausgesetzt, die Versorgung ist gut ausgelegt (Alle Wetten sind mit gefälschtem Müll geschlossen).

Der Netz-zu-USB-Adapter ist mit ziemlicher Sicherheit ein Schaltnetzteil und enthält wahrscheinlich eine ähnliche Schaltung

Wenn es ein einfacher Transformator wäre, wäre er schwer und würde bei Verwendung mit 250 V Wechselstrom entweder sehr (gefährlich) heiß werden oder einen Schalter haben, um zwei Primärleitungen parallel zu schalten, wenn er mit 110 V-Netz verwendet wird, und in Reihe, wenn er mit 230 V-Netz verwendet wird.

Diese Art von Schaltung wird als Flyback-Stromversorgung bezeichnet und funktioniert, indem das Schaltgerät eingeschaltet wird und sich Strom in der Primärwicklung aufbaut. Wenn der Schalter ausgeschaltet wird, fliegt der Transformator zurück und es kann Strom in die Sekundärseite fließen.

Der Transformator und der Optokoppler bieten aus Sicherheitsgründen eine Isolierung, und der Transformator wird mit einer relativ hohen Frequenz (hohe zehn oder niedrige Hunderte von kHz) geschaltet, um die Größe und die Kosten des benötigten Transformators zu minimieren.

Diese Art von Schaltung ist normalerweise bei hohem Netz effizienter als bei niedrigem, was bedeutet, dass bei hohem Netz weniger Strom verschwendet wird. Das heißt, es ist hocheffizient an jedem Netz. Der Steuer-IC muss kein TOPSwitch sein: Viele Hersteller stellen dafür ICs her.

Dies hängt vom Typ Ihres Transformators ab. Normalerweise sind sie für Standardspannungen wie 230 V ausgelegt, und ihr Leistungsverlust für diese Spannung kann etwa 1% oder sogar weniger betragen. Wenn Sie die Eingangsspannung ändern, fällt sie möglicherweise ab, aber nur wenige% mögen nicht die Hälfte für 110V. Wenn die Hälfte der Energie nur verschwendet würde, würde dies bedeuten, dass sie in Wärme umgewandelt wird.