AC adaptér - AC adapter

Síťový adaptér typu „zeď-bradavice“ pro domácí herní konzoli. Výstup má válcový konektor .
Síťový adaptér pro notebook Lenovo

AC adaptér , DC adaptér AC / nebo AC / DC je typ externího napájení , často uzavřen v případě podobné jako AC zástrčky . Jiná jména obyčejné zahrnují svíčky balení , plug-in adaptér , adaptér bloku , domácí síťový adaptér , síťový napájecí adaptér , stěny bradavice , napájecí cihly , nabíječku a napájecí adaptér . Adaptéry pro zařízení napájená bateriemi lze popsat jako nabíječky nebo nabíječky (viz také nabíječka baterií ). Síťové adaptéry se používají s elektrickými zařízeními, která vyžadují napájení, ale neobsahují vnitřní součásti pro odvození požadovaného napětí a energie ze sítě . Vnitřní obvody externího napájecího zdroje jsou velmi podobné konstrukci, která by byla použita pro vestavěné nebo interní napájení.

Externí zdroje napájení se používají jak u zařízení bez jiného zdroje napájení, tak u zařízení napájených bateriemi , kde zdroj, když je zapojen, může někdy kromě napájení zařízení nabíjet i baterii.

Použití externího napájecího zdroje umožňuje přenos zařízení napájeného buď ze sítě, nebo z baterie, aniž by se přidalo velké množství vnitřních napájecích komponent, a je zbytečné vyrábět zařízení pro použití pouze se specifikovaným zdrojem energie; stejné zařízení může být napájeno z 120 VAC nebo 230 VAC síťové, automobilové nebo letecké baterie pomocí jiného adaptéru . Další výhodou těchto provedení může být zvýšená bezpečnost; protože nebezpečná 120 nebo 240 voltová síťová energie je transformována na nižší, bezpečnější napětí ve elektrické zásuvce a spotřebič, s nímž uživatel manipuluje, je napájen tímto nižším napětím.

Provozní režimy

Rozebraný adaptér střídavého proudu odhalil jednoduchý neregulovaný lineární napájecí obvod DC: transformátor, čtyři diody v můstkovém usměrňovači a elektrolytický kondenzátor pro vyhlazení průběhu

Původně většina AC/DC adaptérů byla lineární napájecí zdroje , obsahující transformátor pro přeměnu síťového napětí na nižší napětí, usměrňovač pro převod na pulzující DC a filtr pro vyhlazení pulzujícího průběhu na DC, se zbytkovými změnami zvlnění dostatečně malý, aby ponechal napájené zařízení nedotčené. Velikost a hmotnost zařízení byla do značné míry určena transformátorem, který byl zase určen výkonem a frekvencí sítě . Hodnocení přes několik wattů způsobilo, že zařízení byla příliš velká a těžká na to, aby byla fyzicky podporována elektrickou zásuvkou. Výstupní napětí těchto adaptérů se měnilo podle zatížení; u zařízení vyžadujících stabilnější napětí byly přidány obvody lineárního regulátoru napětí . Ztráty v transformátoru a lineárním regulátoru byly značné; účinnost byla relativně nízká a značný výkon se rozptýlil jako teplo, i když nehnal zátěž.

Na počátku jednadvacátého století se spínané napájecí zdroje (SMPS) pro tento účel staly téměř všudypřítomnými kvůli jejich kompaktním rozměrům a nízké hmotnosti vzhledem k jejich výkonové schopnosti. Síťové napětí je usměrněno na vysoké stejnosměrné napětí pohánějící spínací obvod, který obsahuje transformátor pracující na vysoké frekvenci a vydává stejnosměrný proud na požadovaném napětí. Vysokofrekvenční zvlnění je snadněji odfiltrováno než síťová frekvence. Vysoká frekvence umožňuje, aby byl transformátor malý, což snižuje jeho ztráty; a spínací regulátor může být mnohem účinnější než lineární regulátor. Výsledkem je mnohem efektivnější, menší a lehčí zařízení. Bezpečnost je zajištěna, stejně jako ve starším lineárním obvodu, protože transformátor stále poskytuje galvanické oddělení .

Lineární obvod musí být navržen pro specifický úzký rozsah vstupních napětí (např. 220–240 VAC) a musí používat transformátor vhodný pro frekvenci (obvykle 50 nebo 60 Hz), ale spínaný zdroj může účinně fungovat velmi široký rozsah napětí a frekvencí; jedna jednotka 100–240 VAC zvládne téměř jakoukoli síťovou dodávku na světě.

Není -li však velmi pečlivě navrženo a používáno vhodné součásti, je pravděpodobnější, že přepínací adaptéry selžou než starší typ, částečně kvůli složitým obvodům a použití polovodičů. Pokud nejsou navrženy dobře, mohou být tyto adaptéry snadno poškozeny přetížením, dokonce i přechodným , které může pocházet z blesku , krátkého přepětí v síti (někdy způsobeného selháním žárovky na stejném napájecím obvodu), degradací součástek atd. Velmi běžný režim selhání je způsobeno použitím elektrolytických kondenzátorů, jejichž ekvivalentní sériový odpor (ESR) roste s věkem; spínací regulátory jsou velmi citlivé na vysoké ESR (starší lineární obvod také používal elektrolytické kondenzátory, ale účinek degradace je mnohem méně dramatický). Dobře navržené obvody věnují pozornost ESR, jmenovitému zvlnění proudu, pulznímu provozu a teplotním hodnotám kondenzátorů.

Mnoho levných spínaných síťových adaptérů neimplementuje adekvátní filtrování a/nebo stínění pro elektromagnetické rušení , které generují. Povaha těchto vysokorychlostních návrhů přepínání s vysokou energií je taková, že když nejsou tato preventivní opatření implementována, mohou být generovány a vyzařovány poměrně vysoké energetické harmonie do rádiové části spektra. Množství energie RF obvykle klesá s frekvencí; takže například interference v pásmu vysílání středních vln (US AM) v oblasti jedné megahertz může být silná, zatímco interference s pásmem vysílání FM kolem 100 megahertzů může být podstatně menší. Vzdálenost je faktor; čím blíže je rušení k rádiovému přijímači, tím intenzivnější bude. I příjem WiFi v rozsahu gigahertzů může být snížen, pokud jsou přijímací antény velmi blízko vyzařujícího napájecího adaptéru. Určení, zda rušení pochází z konkrétního napájecího adaptéru, lze provést jednoduše odpojením podezřelého adaptéru při sledování množství rušení přijímaného v problémovém rádiovém pásmu. V moderní domácnosti nebo obchodním prostředí může být použito více AC adaptérů; v takovém případě je všechny odpojte a poté zapojte jeden po druhém, dokud se nenajde viník nebo viníci.

Výhody

Externí síťové adaptéry se široce používají k napájení malých nebo přenosných elektronických zařízení. Mezi výhody patří:

  • Bezpečnost - Externí napájecí adaptéry mohou designéry produktů zbavit starostí s některými bezpečnostními problémy. Velká část tohoto stylu zařízení používá pouze napětí dostatečně nízké, aby nepředstavovalo interní bezpečnostní riziko , ačkoli napájecí zdroj musí z nutnosti používat nebezpečné síťové napětí. Pokud je použit externí napájecí zdroj (obvykle přes napájecí konektor, často koaxiálního typu ), nemusí být zařízení navrženo s ohledem na nebezpečná napětí uvnitř skříně. To je zvláště důležité pro zařízení s lehkými pouzdry, která mohou prasknout a odhalit vnitřní elektrické části.
  • Redukce tepla - Teplo snižuje spolehlivost a životnost elektronických součástek a může způsobit, že citlivé obvody se stanou nepřesnými nebo vadnými. Samostatný zdroj napájení odebírá zdroj tepla ze zařízení.
  • Redukce elektrického šumu - Protože vyzařovaný elektrický šum klesá se čtvercem vzdálenosti, je výhodou výrobce převést potenciálně hlučné střídavé nebo automobilové napájení na „čisté“, filtrované DC v externím adaptéru, v bezpečné vzdálenosti od obvody citlivé na hluk.
  • Snížení hmotnosti a velikosti - Vyjmutí napájecích součástí a síťové zástrčky ze zařízení napájeného dobíjecími bateriemi snižuje hmotnost a velikost, kterou je třeba přenášet.
  • Snadná výměna - Napájecí zdroje jsou náchylnější k selhání než jiné obvody kvůli jejich vystavení špičkám výkonu a jejich vnitřní produkci odpadního tepla . Externí napájecí zdroje může uživatel rychle vyměnit, aniž by bylo nutné opravovat napájené zařízení.
Síťový adaptér podporující čtyři různé systémy zástrčky AC
  • Všestrannost konfigurace - Externě napájené elektronické výrobky lze podle potřeby použít s různými zdroji napájení (např. 120 V AC, 240 V AC, 12 V DC nebo externí baterie), pro pohodlné použití v terénu nebo na cestách.
  • Zjednodušený inventář produktů, distribuce a certifikace - elektronický výrobek, který se prodává a používá v mezinárodním měřítku, musí být napájen ze široké škály zdrojů energie a v mnoha jurisdikcích musí splňovat bezpečnostní předpisy pro výrobky, což obvykle vyžaduje nákladnou certifikaci národními nebo regionálními bezpečnostními agenturami, jako je jako Underwriters Laboratories nebo Technischer Überwachungsverein . Jednu verzi zařízení lze použít na mnoha trzích, přičemž různé požadavky na napájení splňují různé externí napájecí zdroje, takže je třeba vyrobit, skladovat a testovat pouze jednu verzi zařízení. Pokud se design zařízení v průběhu času změní (častý výskyt), samotný návrh napájecího zdroje nemusí být znovu testován (a naopak).
  • Konstantní napětí je produkováno konkrétním typem adaptéru používaného pro počítače a notebooky . Tyto typy adaptérů jsou běžně známé jako eliminátory.

Problémy

Řadová konfigurace „Power brick“ s odpojitelným napájecím kabelem

Průzkum mezi spotřebiteli ukázal širokou nespokojenost s náklady, nepohodlí a nehospodárnost hojnosti napájecích adaptérů používaných elektronickými zařízeními. Autor sci -fi a satirik Douglas Adams napsal esej naříkající nad hojností a zmatkem napájecích adaptérů a vyzývající k větší standardizaci.

Účinnost

Kvůli špatné nebo neznámé kompatibilitě s novým zařízením jsou ročně vyhozeny miliony stále použitelných napájecích adaptérů.

Otázka neefektivity některých napájecích zdrojů se stala dobře známou, americký prezident George W. Bush v roce 2001 hovořil o takových zařízeních jako o „energetických upírech“. V EU a řadě amerických států se přijímají právní předpisy, které mají snížit úroveň plýtvání energií některými z těchto zařízení. Mezi takové iniciativy patří pohotovostní režim a One Watt Initiative .

Jiní naopak tvrdili, že tato neefektivní zařízení mají nízký výkon, např. Zařízení, která se používají pro malé nabíječky baterií , takže i když mají nízkou účinnost, množství energie, které vyhozí, je menší než 1% spotřeby elektrické energie v domácnosti .

S ohledem na celkovou účinnost napájecích zdrojů pro malá elektronická zařízení bylo ve zprávě z roku 2002 zjištěno, že starší napájecí zdroj na bázi lineárního transformátoru se síťovou frekvencí má účinnost od 20 do 75%a má značné energetické ztráty, i když je napájen, ale nedodává Napájení. Spínané napájecí zdroje (SMPS) jsou mnohem efektivnější; dobrý design může mít účinnost 80–90% a je také mnohem menší a lehčí. V roce 2002 měla většina externích zásuvných napájecích adaptérů „nástěnných bradavic“ běžně používaných pro zařízení spotřební elektroniky s nízkým výkonem lineární konstrukci, stejně jako zásoby zabudované do některých zařízení.

Externí zdroje jsou obvykle ponechány zapojené, i když se nepoužívají, a v takovém stavu spotřebovávají od několika wattů do 35 wattů. Zpráva dospěla k závěru, že asi 32 miliard kilowatthodin (kWh) ročně, což je asi 1% celkové spotřeby elektrické energie, by bylo možné ve Spojených státech ušetřit výměnou všech lineárních napájecích zdrojů (průměrná účinnost 40–50%) za pokročilé návrhy přepínání (účinnost 80–90%), nahrazením starších spínacích zdrojů (účinnost méně než 70%) pokročilými konstrukcemi (účinnost nejméně 80%) a snížením spotřeby spotřebního materiálu v pohotovostním režimu na maximálně 1 watt.

Od doby, kdy byla zpráva publikována, SMPS skutečně do značné míry nahradily lineární dodávky, dokonce i u bradavic. Zpráva z roku 2002 odhaduje, že 6% elektrické energie používané v USA „protéká“ napájecími zdroji (nepočítaje pouze bradavice ve zdi). Web, na kterém byla zpráva publikována, v roce 2010 uvedl, že navzdory šíření SMPS „dnešní napájecí zdroje spotřebovávají nejméně 2% veškeré produkce elektrické energie v USA. Efektivnější návrhy napájecích zdrojů by mohly toto využití snížit na polovinu“.

Protože se zbytečná elektrická energie uvolňuje jako teplo , neefektivní napájecí zdroj je horký na dotek, stejně jako ten, který plýtvá energií bez elektrické zátěže. Toto odpadní teplo je v teplém počasí samo o sobě problémem, protože může vyžadovat dodatečnou klimatizaci, která zabrání přehřátí a dokonce odstraní nežádoucí teplo z velkých zásob.

Univerzální napájecí adaptéry

Šesticípý konektor na „univerzálním“ stejnosměrném napájecím zdroji, skládající se ze čtyřcestného konektoru X a dvou samostatných samostatných konektorů (jeden je konektor devítivoltové baterie ). Konektor X zde poskytuje 3,5 a 2,5 mm telefonní konektory a dvě velikosti koaxiálního napájecího konektoru
Univerzální napájecí zdroj pro notebook s nastavitelným napětím mezi 12 a 24 volty

Externí napájecí adaptéry mohou selhat a mohou se oddělit od produktu, který mají napájet. V důsledku toho existuje trh s náhradními adaptéry. Náhrada musí odpovídat vstupnímu a výstupnímu napětí, musí odpovídat nebo překračovat proudovou kapacitu a musí být vybavena odpovídajícím konektorem. Mnoho elektrických výrobků je špatně označeno informacemi o požadovaném napájecím zdroji, a proto je rozumné si předem zaznamenat specifikace původního napájecího zdroje, aby se usnadnila výměna, pokud se originál později ztratí. Pečlivé označení napájecích adaptérů může také snížit pravděpodobnost záměny, která by mohla způsobit poškození zařízení.

Některé „univerzální“ náhradní napájecí zdroje umožňují přepnutí výstupního napětí a polarity tak, aby odpovídaly řadě zařízení. S příchodem spínaných zdrojů se staly široce dostupné adaptéry, které mohou pracovat s jakýmkoli napětím od 110 VAC do 240 VAC; dříve byly použity buď verze 100–120 VAC, nebo 200–240 VAC. K dispozici jsou adaptéry, které lze použít také pro napájení motorových vozidel a letadel (viz EmPower ) .

Na generických napájecích zdrojích jsou běžné čtyřcestné konektory X nebo šesticípé hvězdicové konektory , také známé jako spider konektory , s více velikostmi a typy zástrček. Jiné náhradní napájecí zdroje mají uspořádání pro výměnu napájecího konektoru, při nákupu v sadě jsou k dispozici čtyři až devět různých alternativ. RadioShack prodává univerzální síťový adaptér s různými kapacitami, označovaný jako „Enercell Adaptaplug“ a vybavený dvoupólovými zásuvkami kompatibilními s řadou konektorů Adaptaplug . To umožňuje sestavit mnoho různých konfigurací síťových adaptérů bez nutnosti pájení. Philmore a další konkurenční značky nabízejí podobné AC adaptéry s vyměnitelnými konektory.

Štítek na napájecím zdroji nemusí být spolehlivým průvodcem skutečného napětí, které dodává za různých podmínek. Mnoho levných napájecích zdrojů je „ neregulovaných “, protože jejich napětí se může se zátěží značně měnit. Pokud jsou lehce zatěžovány, mohou vyzařovat mnohem více než nominální napětí „typového štítku“, což by mohlo poškodit zátěž. Pokud jsou silně zatěžovány, může výstupní napětí znatelně klesnout , v některých případech hluboko pod jmenovité jmenovité napětí, a to i v rámci jmenovitého jmenovitého proudu, což způsobí poruchu nebo poškození dodávaného zařízení. Spotřební materiál s lineárními (oproti přepnutým) regulátorům je těžký, objemný a drahý.

Moderní spínané napájecí zdroje (SMPS) jsou menší, lehčí a efektivnější. Vydávají mnohem konstantnější napětí než neregulované zdroje, protože vstupní napětí a proud zátěže se liší. Když byly zavedeny, jejich ceny byly vysoké, ale počátkem 21. století ceny součástek spínacích režimů klesly do takové míry, která umožňovala použití této technologie i levným dodávkám, což šetřilo náklady na větší a těžší transformátor síťové frekvence.

Adaptéry pro automatické snímání

Některé univerzální adaptéry automaticky nastavují své výstupní napětí a maximální proud podle toho, který z řady vyměnitelných hrotů je osazen; jsou k dispozici tipy pro přizpůsobení a napájení vhodné energie pro mnoho notebooků a mobilních zařízení. Různé tipy mohou používat stejný konektor, ale automaticky dodávají různé napájení; je nezbytné používat správný hrot pro napájené zařízení, ale uživatel nemusí správně nastavit přepínač. Příchod spínaných napájecích zdrojů umožnil adaptérům pracovat z jakéhokoli síťového napájecího zdroje od 100 do 240 V s příslušnou zástrčkou; lze také podporovat provoz ze standardních dodávek 12 V DC vozidel a letadel. S příslušným adaptérem, příslušenstvím a tipy lze napájet celou řadu zařízení z téměř jakéhokoli zdroje energie.

Byl navržen systém „Zelená zástrčka“ založený na technologii USB , pomocí kterého spotřebující zařízení sděluje externímu napájecímu zdroji, jaký druh energie je potřeba.

Nabíječka notebooku

U raných přenosných počítačů byly napájecí zdroje interní jako u stolních počítačů . Aby se usnadnila přenositelnost šetřením fyzického prostoru a snížením hmotnosti, byly napájecí zdroje externalizovány.

Je-li přenosný počítač pracuje během dobíjení, na integrovaný obvod , který řídí nabíjecí využije zbývající napájecí jednotkou je elektrického proudu kapacity. To umožňuje napájet součásti zařízení během používání při zachování nekompromisní konstantní rychlosti nabíjení.

Použití USB

Běžné velikosti USB AC adaptérů

USB konektor (a napětí) se ukázal jako de facto standard v low-power síťových zdrojů pro mnoho přenosných zařízení. Kromě sériové digitální výměny dat poskytuje standard USB také napájení 5 V DC , až 500 mA ( 900 mA přes USB 3.0). Četné doplňky („ USB dekorace “) byly navrženy tak, aby se připojovaly k USB pouze pro napájení stejnosměrným proudem, a ne pro výměnu dat. Fórum USB Implementers Forum v březnu 2007 vydalo Specifikaci nabíjení baterií USB, která definuje „... omezuje, stejně jako detekční, řídicí a reportovací mechanismy, které umožňují zařízením odebírat proud přesahující specifikaci USB 2.0 pro nabíjení ...“ . Elektrické ventilátory, lampy, alarmy, ohřívače kávy, nabíječky baterií a dokonce i hračky byly navrženy tak, aby odebíraly energii z USB konektoru. Zásuvné adaptéry vybavené USB zásuvkami jsou široce dostupné pro převod 120 VAC nebo 240 VAC napájení nebo 12 VDC automobilové energie na 5 VDC USB napájení (viz foto vpravo).

Trend směřující ke kompaktnějším elektronickým zařízením posunul směrem ke konektorům micro-USB a mini-USB , které jsou funkčně elektricky kompatibilní s původním konektorem USB, ale fyzicky menší.

V roce 2012 byla navržena specifikace napájení USB, která standardizuje dodávku až 100 wattů, vhodná pro zařízení, jako jsou přenosné počítače, které obvykle závisí na proprietárních adaptérech.

Standardy

ITU zveřejnila doporučení ITU-T L.1000 „Univerzální napájecí adaptér a nabíjecí řešení pro mobilní terminály a další ruční zařízení ICT“, které specifikuje nabíječku podobnou ve většině ohledů nabíječce návrhu GSMA/OMTP a evropskému Běžné externí napájení . Doporučení ITU bylo rozšířeno a aktualizováno v červnu 2011. Doufáme, že se výrazně sníží množství nezaměnitelných napájecích adaptérů.

Evropská unie definovala společný externí napájecí zdroj pro „ruční datové mobilní telefony“ ( smartphones ) prodávány od roku 2010, která má nahradit mnoho nekompatibilní proprietární napájení a likvidaci odpadu tím, že sníží celkový počet vyráběných dodávek. Odpovídající spotřební materiál dodává 5 V DC prostřednictvím konektoru micro-USB, přičemž preferované vstupní napětí je v rozsahu od 90 do 264 V stř.

V roce 2006 Larry Page , zakladatel společnosti Google , navrhl standard 12 V a až 15 A pro téměř všechna zařízení vyžadující externí převodník s novými budovami vybavenými kabelem 12 V DC , takže externí obvody adaptéru AC-DC nejsou nutné.

IEC vytvořila standard pro vyměnitelné napájecí zdroje notebooků, IEC 62700 (úplný název „Technická specifikace IEC 62700: DC napájecí zdroj pro notebook“), který byl zveřejněn 6. února 2014.

Viz také

Reference

externí odkazy