Источники питания 110-250 В расходуют энергию при более высоких напряжениях?


8

В качестве примера приведу стандартный адаптер Mains-> USB.

Мы знаем, что выход USB останется неизменным независимо от того, какое напряжение между разрешенным диапазоном подается на вход.

Если мы используем этот адаптер в Великобритании, то мы будем подавать 230 В на вход. Мы тратим энергию на это напряжение по сравнению с использованием устройства с более низким напряжением, скажем, 110В?


4
В источниках питания ATX коэффициент полезного действия выше для 230 В (см. Требования 80 Plus (по крайней мере, для некоторых диапазонов)). Но адаптер Mains -> USB будет иметь другой дизайн, поэтому он может быть наоборот.
Арсенал

2
@ Arsenal это более или менее дано для всего, кроме конструкции с низким энергопотреблением (где доминируют паразитные потери), потому что более высокие напряжения на стороне переменного тока означают более низкие потери I ^ 2 * R.
Дэн возится с огнем

AFAIK верно обратное: эффективность выше в режиме 230В.
Аль Кепп

Ответы:


11

Вы говорите о трансформаторах и адаптерах питания, как будто они одинаковы, но это не так.

(Старомодный) адаптер питания на основе трансформатора будет большим и тяжелым и обычно подходит только для 110 В или 240 В переменного тока. Не то и другое, если только для него нет настройки, которая выбирает другой сигнал на трансформаторе.

Современные адаптеры питания отличаются друг от друга, намного меньше и легче по весу (при той же номинальной мощности) и могут работать в широком диапазоне входного напряжения, например, от 80 до 240 В переменного тока. Эти адаптеры представляют собой изолированные адаптеры питания с переключаемым режимом и содержат очень маленький трансформатор, работающий на высокой частоте.

Ваш USB-адаптер, несомненно, будет второго (коммутирующего) типа. Он легко помещается в вашем кармане? Тогда это переключатель.

В зависимости от конструкции адаптера питания с переключаемым режимом он более или менее эффективен при 110 В или 240 В переменного тока. Конструкция может быть оптимизирована для 110 В и, следовательно, менее эффективна при 240 В. Или наоборот. Здесь нет общей истины.

Возможно, вы думаете, что избыточное напряжение при использовании 240 В вместо 110 В будет «сожжено». Что ж, это не так, коммутируемые преобразователи обрабатывают это более эффективно, так что при любом входном напряжении и любом выходном токе теряется только небольшое количество энергии.

То, как такие переключающие преобразователи управляют таким широким диапазоном входного напряжения, является результатом работы этих преобразователей. Электрическая энергия от входа преобразуется в магнитную энергию в трансформаторе , а затем обратно в электрическую энергию снова. Транзистор на входной стороне трансформатора переключает входную мощность (при частоте 100 кГц или около того) и тем самым определяет количество энергии, поступающей в трансформатор. Таким образом, в трансформатор не поступает больше энергии, чем необходимо (на выходе)! Это очень эффективное решение для контроля мощности и, следовательно, напряжения на выходе.


Спасибо за ваш ответ, вы чуть не ударили ноготь по голове своим последним абзацем. Что касается переключаемого режима питания, это включение / выключение на очень высокой частоте, чтобы подать 5 В, которое нам нужно на уровне USB? Если да, то как источник питания узнает, какая частота соответствует напряжению, которое мы подаем на входном уровне?
Виртуальная аномалия

Само переключение не имеет отношения к 5 В! Переключение просто для подачи сигнала переменного тока, который можно преобразовать в более низкое напряжение. Частота, о которой вы говорите , не имеет значения , она не имеет отношения к входному или выходному напряжению! Частота сети (50 Гц или 60 Гц) также не имеет значения, так как сетевое напряжение выпрямляется и превращается в постоянное напряжение . Затем он переключается на «случайную» высокую частоту (100 кГц или около того), а затем преобразуется в низкое напряжение и снова выпрямляется, и он появляется на выходе.
Bimpelrekkie

Эти переключающие адаптеры рассчитаны на частоту от 50 до 60 Гц, но большинство будут работать при постоянном токе (0 Гц!) До 1 кГц или около того. Пока входное напряжение может быть преобразовано в постоянное напряжение на входных выпрямителях, питание будет работать. Я предлагаю вам также прочитать этот связанный вопрос, ответы и ссылки: electronics.stackexchange.com/questions/204145/…
Bimpelrekkie

Позвольте мне добавить небольшое объяснение о том, как эти преобразователи обрабатывают этот широкий диапазон входного напряжения.
Bimpelrekkie

11

Ток переключения ниже при более высоких напряжениях (как и должно быть при одинаковой выходной мощности), поэтому потери при проводимости будут меньше при более высоком входном напряжении.

Расходные материалы, рассчитанные только на вход 120 В переменного тока, часто имеют удвоитель входа для создания шины 300 В, однако 600 В слишком велики для комфорта, поэтому это редко, если вообще когда-либо, делают для источников, которые могут обрабатывать вход 240 В переменного тока (включая входные источники широкого диапазона).

Низкая эффективность подводы коммутации (при заданной выходной мощности , которая находится в пределах нормальных рабочих пастбищах говорят более чем на 10% от номинальной выходной мощности) , как правило , при минимальных входном напряжении .

Для данного входного напряжения КПД обычно достигает пика для тока нагрузки где-то в нормальном рабочем диапазоне (это выпуклая кривая с максимумами).


Чтобы прояснить это, однако, это эффект второго порядка , эффективность может быть (для определенной нагрузки) 80% при 240 В и 75% при 120 В. Не должно быть огромной разницы, при условии, что источник питания хорошо спроектирован. (все ставки с контрафактным мусором сняты).


6

Сетевой адаптер USB почти наверняка является источником питания в режиме переключения и, вероятно, содержит схему, подобную этой.

Flyback PSU

Если бы это был простой трансформатор, он был бы тяжелым и либо становился действительно (опасно) горячим при использовании 250 В переменного тока, либо имел бы переключатель для подключения двух основных проводов параллельно при использовании сети 110 В и последовательно при использовании сети 230 В.

Этот тип цепи называется источником питания Flyback и работает при включении коммутационного устройства и накоплении тока в первичной сети. Когда выключатель выключается, трансформатор возвращается назад, и ток может течь во вторичную обмотку.

Трансформатор и оптоизолятор обеспечивают изоляцию по соображениям безопасности, и трансформатор переключается на относительно высокой частоте (высокие десятки или низкие сотни кГц), чтобы минимизировать размер и стоимость необходимого трансформатора.

Этот тип схемы обычно более эффективен при высокой сети, чем при низкой, то есть он потребляет меньше энергии при высокой сети. Тем не менее, это очень эффективно в любой сети. Управляющая ИС не обязательно должна быть переключателем TOPS: для этого многие производители делают ИС.


Спасибо, однако вы ничего не упомянули о возможной потере мощности при разных напряжениях. Поскольку ответ стоит, он не отвечает на мой вопрос.
Виртуальная аномалия

@lightswitchr Я расширил ответ, чтобы подчеркнуть это, но в моем первоначальном ответе было сказано, что эти конструкции, как правило, более эффективны (не тратят меньше энергии) с высокой сетью.
Уоррен Хилл

Ответ на этот вопрос заключается в том, что именно конструкция этой схемы заботится о различных входных напряжениях. Это переключающий преобразователь, и эти преобразователи по своей конструкции способны на это.
Bimpelrekkie

-1

Это зависит от типа вашего трансформатора. Обычно они сделаны для стандартного напряжения, например, 230 В, и их потери мощности для этого напряжения могут составлять около 1% или даже меньше. Если вы измените входное напряжение, оно может упасть, но только на несколько%, а не наполовину для 110В. Если половина энергии будет потрачена впустую, это будет означать, что она преобразуется в тепло.


2
И это кажется чем? Вы забыли закончить свой ответ ...
Якуб Ракус

ОП почти наверняка означает импульсный источник питания, а не трансформатор. Добро пожаловать в EE.SE.
Транзистор

1
Не помечайте ответы за низкое качество, кроме его длины (которая соответствует длине запроса) или содержания (нет плохих ссылок или любой другой вредоносной информации). Лучше позволить автору отвечать или редактировать сообщение самостоятельно, если плохо использовать систему голосования.
Пик напряжения
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.