为什么笔记本电脑比手机需要更大的变压器?

电器工程 变压器 适配器
2022-01-06 17:43:22

我想知道为什么笔记本电脑的电源适配器这么大。我见过的大多数笔记本电脑都使用 ~19V 电源。使用变压器方程,并考虑 100 匝初级(只是一个假设)和 220V 电​​源,我计算出次级应该有大约 8 匝。对手机充电器(5V)使用相同的公式并考虑初级绕组为 100 匝,次级绕组应约为 3 匝。因此,手机充电器和笔记本电脑充电器中使用的变压器之间应该没有太大的尺寸差异。那么为什么笔记本电脑充电器适配器那么大而手机充电器适配器那么小呢?

3个回答

笔记本电脑和手机都使用开关电源,因此适配器不是简单的变压器。

对于给定的技术,功率能力(以瓦特为单位)和尺寸(特别是体积)之间存在关系。因此,在 5V(约 10W)下需要 2.1A 的手机可以使用比在 4.62A(约 90W)下需要 19V 的笔记本电脑更小、更轻的 AC 适配器。

实际上,笔记本电脑或手机本身都没有使用变压器。

相反,他们使用的是所谓的“开关模式电源”,它将 110 或 220V 交流输入整流为直流电容器,然后使用多 KHz 开关微控制器通过电感器将其脉冲以“转换”电压. 与大而重的铁芯上的 50Hz 变压器相比,这需要的空间要少得多,而且通常效率更高。

至于为什么笔记本电脑转换器通常比手机/平板电脑/等的 USB 充电器大得多。这是功率处理的问题。由于笔记本电脑对电压和电流的要求更高,它的电源需要更粗的电线、更大的电感和更高功率的开关元件。此外,随着更多的能量通过它,有更多的热量需要摆脱。

由于需要更大,更重的组件和更多的散热,笔记本充电器必须更大,只要您不愿意为稀有和昂贵的材料支付更多的钱。

所有现代交流适配器或直流电源都是开关模式电路/系统。为安全起见,交流线路可以用变压器隔离。它是一种高频变压器,因此物理尺寸要小得多。

AC 为 50/60Hz(每秒周期数)。开关稳压器的频率为 50kHz 至兆赫兹。因此,隔离变压器要小得多。这就是从大型变压器变为更小的高千赫兹变压器的原因。

节省材料(铜绕组、铁芯)和电子开关的效率,从而实现更低的成本、更高的能源效率和更小的尺寸。

与此处的旧变压器设计相同:变压器的“输出”侧(第二级)被整流为原始直流电压。对于最小尺寸,变压器线圈比可能为 1:1(美国 110VAC 输出)。高压!或最佳整体设计的任何比例。区别:原始直流只是开关电路的直流电源,而不是输出。开关电路输出是最终的直流电源。

简化的开关电路:当开关打开时,原始直流电为线圈充电。关闭时,原始直流与线圈断开。现在,根据线圈的性质,线圈将能量从自身中排出(尝试释放自身!)。其端子上的开关“碰巧”打开并连接到电容器。线圈将其能量转储到电容器。该电容是输出直流平滑电容,兼作二次储能。

同时,输出端的负载继续消耗电容器的能量。线圈不时地给电容器充电。原始直流电不时补充线圈能量。

在非隔离情况下,没有变压器,AC 110V(美国)直接整流(危险的高压!)形成原始直流(约 120-150Vdc)。

其余电子设备调节输出电压。当电容器达到所需电压时,线圈与电容器断开,防止充电到越来越高的电压。同时,线圈重新连接到原始直流充电。当输出耗尽太低时,线圈重新连接回电容器以对其进行充电。

选择开关频率以获得最佳结果,并考虑物理尺寸、效率和成本。

总结:整顿;高直流电压;给线圈充电;将线圈能量转储到输出电容器;重复。

从本质上讲,开关电路不是隔离的(直流到直流开关)。至少有一根线是通用的,从输入到输出的直接连接。

如果不需要隔离(例如,在封闭的包装内,例如灯泡),则可能不需要变压器。隔离是为了安全,所以加了一个变压器。频率越低,电磁转换的效率越低。当然,在太高的频率下,转换效率开始下降。) 线圈摘要:一个可选的隔离变压器。至少一个线圈来储存能量,作为将能量从输入端转移到输出端的一种方式。

额外的询问心:跳过线圈!您只需要一个开关即可直接从原始 DC 为输出电容器充电(开关电容器模式!)!当达到所需的输出电压时,关闭。完毕!节省一个线圈组件!你会说:电压不能驱动上限吗?OK,加一个限流电阻。电阻器仍然比线圈便宜得多。为什么需要线圈?更多... 为什么不对 AC 110V 进行原始整流,然后将原始直流电源用于高频发生器以驱动高频变压器?您现在拥有的是 50kHz 交流系统,而不是 60Hz!一样的小变压器。接下来,变压器降低交流电压。纠正,瞧![提示:效率和输出功率]。

[效率:电容器上的能量=(1/2)xCV^2;线圈当量:(1/2)Li^2。随着电容上的电压升高[或线圈的等效电压],它的效率更高:V 是平方的。方 5V=25。方形 100V=10,000!向电容器/线圈倾倒 5V 电压仅此而已。在线圈上倾倒 105V (110V-5Vout),哇!]