Адаптер переменного тока или адаптер переменного/постоянного тока (также называемый сетевым зарядным устройством , адаптером питания , блоком питания или настенным бородавчатым устройством ) [1] — это тип внешнего источника питания , часто заключенный в корпус, похожий на вилку переменного тока . [2] Адаптеры переменного тока обеспечивают электропитание устройств , у которых отсутствуют внутренние компоненты для получения напряжения и мощности от сети . Внутренняя схема внешнего источника питания часто очень похожа на конструкцию, которая использовалась бы для встроенного или внутреннего источника питания.
При использовании с оборудованием, работающим от аккумуляторов , адаптеры обычно заряжают аккумулятор , а также питают оборудование.
Помимо устранения необходимости во внутренних источниках питания, адаптеры обеспечивают гибкость: устройство может получать питание от сети переменного тока 120 В или 230 В, автомобильного аккумулятора или аккумулятора самолета, просто используя разные адаптеры . Безопасность может быть еще одним преимуществом, поскольку опасное сетевое напряжение 120 или 240 В преобразуется в более низкое, безопасное напряжение в розетке перед подачей в прибор, которым управляет пользователь.
Первоначально большинство адаптеров переменного/постоянного тока были линейными источниками питания , содержащими трансформатор для преобразования напряжения сети в более низкое напряжение, выпрямитель для преобразования его в пульсирующий постоянный ток и фильтр для сглаживания пульсирующей формы волны в постоянный ток с достаточно малыми остаточными колебаниями пульсации , чтобы не влиять на питаемое устройство. Размер и вес устройства в значительной степени определялись трансформатором, который, в свою очередь, определялся выходной мощностью и частотой сети . Номиналы свыше нескольких ватт делали устройства слишком большими и тяжелыми, чтобы их можно было физически поддерживать настенной розеткой. Выходное напряжение этих адаптеров менялось в зависимости от нагрузки; для оборудования, требующего более стабильного напряжения, была добавлена схема линейного регулятора напряжения . Потери в трансформаторе и линейном регуляторе были значительными; эффективность была относительно низкой, и значительная мощность рассеивалась в виде тепла даже при отсутствии нагрузки.
В начале двадцать первого века импульсные источники питания (ИИП) стали почти повсеместными для этой цели из-за их компактного размера и небольшого веса относительно их выходной мощности. Сетевое напряжение выпрямляется в высокое постоянное напряжение, управляя коммутационной схемой, которая содержит трансформатор, работающий на высокой частоте и выдающий постоянный ток с требуемым напряжением. Высокочастотная пульсация легче отфильтровывается, чем сетевая частота. Высокая частота позволяет трансформатору быть небольшим, что снижает его потери; и импульсный регулятор может быть намного эффективнее линейного регулятора. Результатом является гораздо более эффективное, меньшее и более легкое устройство. Безопасность обеспечивается, как и в старой линейной схеме, поскольку трансформатор по-прежнему обеспечивает гальваническую развязку .
Линейная цепь должна быть рассчитана на определенный узкий диапазон входных напряжений (например, 220–240 В переменного тока) и должна использовать трансформатор, подходящий для частоты (обычно 50 или 60 Гц), но импульсный источник питания может эффективно работать в очень широком диапазоне напряжений и частот; один блок на 100–240 В переменного тока будет работать практически с любой сетевой электросетью в мире.
Многие недорогие импульсные адаптеры переменного тока не реализуют адекватную фильтрацию и/или экранирование от электромагнитных помех , которые они генерируют. Природа этих высокоскоростных, высокоэнергетических коммутационных конструкций такова, что когда эти превентивные меры не реализованы, относительно высокие энергетические гармоники могут генерироваться и излучаться в радиочастотную часть спектра. Количество радиочастотной энергии обычно уменьшается с частотой; так, например, помехи в диапазоне вещания средних волн (US AM) в области одного мегагерца могут быть сильными, в то время как помехи в диапазоне вещания FM около 100 мегагерц могут быть значительно меньше. Расстояние является фактором; чем ближе помехи к радиоприемнику, тем они будут интенсивнее. Даже прием WiFi в гигагерцовом диапазоне может ухудшаться, если принимающие антенны находятся очень близко к излучающему адаптеру переменного тока. Определить, исходят ли помехи от конкретного адаптера переменного тока, можно просто отключив подозреваемый адаптер, наблюдая за количеством помех, полученных в проблемном радиодиапазоне. В современной домашней или деловой среде может использоваться несколько адаптеров переменного тока; В таком случае отключите их все, а затем подключайте их по одному, пока не будет найден виновник или виновники.
Внешние адаптеры переменного тока широко используются для питания небольших или портативных электронных устройств. Преимущества включают в себя:
Опрос потребителей выявил широко распространенное недовольство стоимостью, неудобствами и расточительностью множества адаптеров питания, используемых в электронных устройствах. [3]
Проблема неэффективности некоторых источников питания стала общеизвестной, поскольку президент США Джордж Буш-младший в 2001 году назвал такие устройства «энергетическими вампирами». [4] В ЕС и ряде штатов США принимаются законы, направленные на снижение уровня энергии, теряемой некоторыми из этих устройств. К таким инициативам относятся резервное питание и инициатива One Watt .
Но другие [ кто? ] утверждают, что эти неэффективные устройства маломощны, например, устройства, которые используются для небольших зарядных устройств , поэтому даже если у них низкая эффективность, количество энергии, которую они тратят, составляет менее 1% от потребления электроэнергии в домохозяйствах. [ нужна ссылка ]
Рассматривая общую эффективность источников питания для небольшого электронного оборудования, в отчете 2002 года было обнаружено, что старый линейный трансформаторный источник питания с частотой сети имеет эффективность от 20 до 75% и имеет значительные потери энергии даже при включении, но без подачи питания. Импульсные источники питания (ИБП) намного эффективнее; хорошая конструкция может иметь эффективность 80–90%, а также намного меньше и легче. В 2002 году большинство внешних подключаемых адаптеров питания «wall wart», обычно используемых для маломощных потребительских электронных устройств, имели линейную конструкцию, как и источники питания, встроенные в некоторое оборудование. [ необходима цитата ]
Внешние источники питания обычно остаются подключенными, даже когда не используются, и потребляют от нескольких ватт до 35 ватт энергии в этом состоянии. В отчете сделан вывод о том, что около 32 миллиардов киловатт-часов (кВт·ч) в год, около 1% от общего потребления электроэнергии, можно сэкономить в Соединенных Штатах, заменив все линейные источники питания (средняя эффективность 40–50%) на передовые конструкции с переключением (эффективность 80–90%), заменив старые источники питания с переключением (эффективность менее 70%) на передовые конструкции (эффективность не менее 80%) и сократив потребление источников питания в режиме ожидания до не более 1 ватта. [5]
С момента публикации отчета SMPS действительно в значительной степени заменили линейные источники питания, даже в настенных бородавках. Отчет 2002 года подсчитал, что 6% электроэнергии, используемой в США, «протекает» через источники питания (не считая только настенных бородавок). На веб-сайте, где был опубликован отчет, в 2010 году говорилось, что, несмотря на распространение SMPS, «сегодняшние источники питания потребляют не менее 2% всей электроэнергии, производимой в США. Более эффективные конструкции источников питания могли бы сократить это потребление вдвое». [6]
Поскольку тратится электроэнергия впустую, выделяется тепло , неэффективный источник питания горячий на ощупь, как и тот, который тратит энергию без электрической нагрузки. Это нерациональное тепло само по себе является проблемой в теплую погоду, поскольку может потребоваться дополнительное кондиционирование воздуха для предотвращения перегрева и даже для удаления нежелательного тепла из больших источников.
Внешние адаптеры питания могут выйти из строя или отделиться от продукта, для питания которого они предназначены. Следовательно, существует рынок сменных адаптеров. Замена должна соответствовать входному и выходному напряжению, соответствовать или превышать допустимую силу тока и быть оснащена соответствующим разъемом. Многие электротехнические изделия плохо маркированы информацией о требуемом им источнике питания, поэтому разумно заранее записать характеристики оригинального источника питания, чтобы облегчить замену, если оригинал впоследствии будет утерян. Тщательная маркировка адаптеров питания также может снизить вероятность путаницы, которая может привести к повреждению оборудования.
Некоторые «универсальные» сменные блоки питания позволяют переключать выходное напряжение и полярность для соответствия диапазону оборудования. [7] С появлением импульсных блоков питания адаптеры, которые могут работать с любым напряжением от 110 В переменного тока до 240 В переменного тока, стали широко доступны; ранее использовались версии либо 100–120 В переменного тока, либо 200–240 В переменного тока. Доступны адаптеры, которые также могут использоваться с питанием от автомобилей и самолетов (см. EmPower ) . [8]
Четырехконтактные разъемы X или шестиконтактные разъемы star , также известные как разъемы spider , с несколькими размерами и типами штекеров распространены на обычных блоках питания. Другие сменные блоки питания имеют приспособления для смены разъема питания, при покупке в наборе доступно от четырех до девяти различных вариантов. Это позволяет собирать множество различных конфигураций адаптеров переменного тока без необходимости пайки. Philmore и другие конкурирующие бренды предлагают аналогичные адаптеры переменного тока со сменными разъемами.
Этикетка на блоке питания может не быть надежным руководством по фактическому напряжению, которое он подает в различных условиях. Многие недорогие блоки питания являются « нерегулируемыми », в том смысле, что их напряжение может значительно меняться в зависимости от нагрузки. Если они слегка нагружены, они могут выдавать намного больше номинального напряжения «на табличке», что может повредить нагрузку. Если они сильно нагружены, выходное напряжение может значительно упасть , в некоторых случаях значительно ниже номинального напряжения на табличке даже в пределах номинального тока, что приводит к сбоям в работе или повреждению подаваемого оборудования. Блоки питания с линейными (в отличие от импульсных) регуляторами тяжелые, громоздкие и дорогие.
Современные импульсные источники питания (ИИП) меньше, легче и эффективнее. Они выдают гораздо более постоянное напряжение, чем нерегулируемые источники, поскольку входное напряжение и ток нагрузки изменяются. Когда они появились, их цены были высокими, но к началу 21 века цены на импульсные компоненты упали до такой степени, что даже в дешевых источниках питания можно было использовать эту технологию, что позволяло экономить на более крупном и тяжелом трансформаторе сетевой частоты.
Некоторые универсальные адаптеры автоматически устанавливают свое выходное напряжение и максимальный ток в соответствии с тем, какой из ряда сменных наконечников установлен; наконечники доступны для установки и подачи соответствующего питания на многие ноутбуки и мобильные устройства. Различные наконечники могут использовать один и тот же разъем, но автоматически подавать различную мощность; важно использовать правильный наконечник для питаемого устройства, но пользователю не нужно правильно устанавливать переключатель. Появление импульсных источников питания позволило адаптерам работать от любого источника переменного тока от 100 до 240 В с соответствующей вилкой; также может поддерживаться работа от стандартных источников постоянного тока 12 В для транспортных средств и самолетов. С соответствующим адаптером, аксессуарами и наконечниками разнообразное оборудование может питаться практически от любого источника питания.
Была предложена система «Зеленая вилка», основанная на технологии USB , с помощью которой потребляющее устройство будет сообщать внешнему источнику питания, какой тип мощности ему необходим. [9]
Выпрямитель батареи — это адаптер, позволяющий устройству, работающему от батареи, например радио, работать от розетки переменного тока. [10]
Первые коммерческие выпрямители батарей были произведены компанией Эдварда С. Роджерса-старшего в 1925 году в качестве дополнения к его линейке радиоприемников «без батареек» . [11]
Другим ранним производителем выпрямителей аккумуляторов была корпорация Galvin Manufacturing Corporation (позже известная как Motorola ), которая была открыта 25 сентября 1928 года Полом Гэлвином и его братом Джозефом Э. Гэлвином. [12]
В ранних ноутбуках блоки питания были внутренними, как в настольных компьютерах . Для облегчения портативности за счет экономии физического пространства и снижения веса блоки питания были вынесены наружу. [13]
Когда ноутбук работает во время подзарядки, интегральная схема , которая управляет зарядкой, использует остаточный электрический ток блока питания . Это позволяет снабжать компоненты устройства питанием во время использования, сохраняя при этом бескомпромиссную постоянную скорость зарядки.
.JPG/1280px-USB_AC_Adapters_(cropped).JPG)
Разъем USB (и напряжение) стали фактическим стандартом в маломощных адаптерах переменного тока для многих портативных устройств. В дополнение к последовательному цифровому обмену данными стандарт USB также обеспечивает питание 5 В постоянного тока , до 500 мА ( 900 мА по USB 3.0). Многочисленные аксессуары (« USB-украшения ») были разработаны для подключения к USB только для питания постоянного тока, а не для обмена данными. Форум разработчиков USB в марте 2007 года выпустил Спецификацию зарядки аккумуляторов USB, которая определяет «...ограничения, а также механизмы обнаружения, управления и отчетности, позволяющие устройствам потреблять ток, превышающий спецификацию USB 2.0 для зарядки ...». [14] Электрические вентиляторы, лампы, будильники, подогреватели кофе, зарядные устройства для аккумуляторов и даже игрушки были разработаны для получения питания от разъема USB. Широко распространены адаптеры с разъемами USB, позволяющие преобразовывать напряжение 120 В переменного тока или 240 В переменного тока или автомобильное напряжение 12 В постоянного тока в напряжение USB 5 В постоянного тока (см. фото справа).
Тенденция к созданию более компактных электронных устройств привела к переходу на разъемы micro-USB и mini-USB , которые по своим функциям электрически совместимы с оригинальным разъемом USB, но физически меньше.
В 2012 году была предложена спецификация USB Power Delivery для стандартизации подачи мощности до 100 Вт, подходящей для таких устройств, как ноутбуки , которые обычно зависят от фирменных адаптеров.
МСЭ опубликовал Рекомендацию МСЭ-Т L.1000 «Универсальный адаптер питания и зарядное решение для мобильных терминалов и других портативных ИКТ-устройств», в которой указано зарядное устройство, во многих отношениях похожее на предложение GSMA/OMTP и на европейский общий внешний источник питания . Рекомендация МСЭ была расширена и обновлена в июне 2011 года. [15] Надежда состоит в том, чтобы заметно сократить изобилие невзаимозаменяемых адаптеров питания.
Европейский союз определил Общий внешний источник питания для «мобильных телефонов с поддержкой передачи данных» ( смартфонов ), продаваемых с 2010 года, призванный заменить множество несовместимых фирменных источников питания и устранить отходы за счет сокращения общего количества производимых источников питания. Соответствующие источники питания обеспечивают 5 В постоянного тока через разъем micro-USB, с предпочтительным входным напряжением в диапазоне от 90 до 264 В переменного тока.
В 2006 году Ларри Пейдж , основатель Google , предложил стандарт 12 В и до 15 А для почти всего оборудования, требующего внешнего преобразователя, при этом новые здания оснащались проводкой 12 В постоянного тока , что делало внешнюю схему адаптера переменного тока в постоянный ненужной. [16] [17]
IEC разработала стандарт для сменных блоков питания для ноутбуков IEC 62700 (полное название «Техническая спецификация IEC 62700: Блоки питания постоянного тока для ноутбуков»), который был опубликован 6 февраля 2014 года.
