Блок питания Apple: толстый кабель переменного тока, тонкий кабель постоянного тока - почему?

Блок питания Apple состоит из очень толстого, негибкого кабеля переменного тока (от розетки до преобразователя) и очень тонкого гибкого кабеля постоянного тока (от преобразователя к компьютеру):

Почему? Токи через кабели должны быть сопоставимы, верно?

РЕДАКТИРОВАТЬ: этикетка на конвертере говорит:

• вход: 110-240В ~ 1,5А 50-60Гц
• выход: 16,5 В = 3,65 А макс.

EDIT2: ср. Адаптер питания ThinkPad (типичные кабели, аналогичные hp / dell & c)

Который имеет более толстую (чем Apple) часть постоянного тока и более тонкую (чем Apple) часть переменного тока и рассчитан на

• вход: 100-240В ~ 1,5А 50/60 Гц
• выход: 20 В = 3,25 А

Характеристики кажутся схожими - почему кабели настолько отличаются в соотношении DC cable thickness/ AC cable thickness?

EDIT3: ср. Адаптер переменного тока для System76 Pangolin (который имеет 3 провода - включая заземление - в части переменного тока)

Он имеет рейтинг, аналогичный приведенному выше, и имеет более толстую часть постоянного тока и более тонкую часть переменного тока, чем кабель Apple.

EDIT4: похоже, что кабели Lenovo / ThinkPad недостаточно спроектированы , что объясняет наблюдаемое несоответствие толщины кабеля!

Размер кабелей не зависит от размера медного проводника внутри них - это довольно маленькая часть кабеля. Большая часть основной массы происходит от электрической изоляции.

Электрический кабель должен быть изолирован, чтобы не было короткого замыкания. Чем выше напряжение, тем толще требуется изоляция.

Ваш толстый шнур питания от сети изолирован, чтобы выдерживать сетевое напряжение. В вашей стране это 110 В переменного тока; в моей стране это 230 В переменного тока. Кроме того, изоляция должна выдерживать скачки переходного напряжения («скачки») - в AS1660.3 указано, что многожильный гибкий кабель должен выдерживать испытание при высокой температуре 3000 В переменного тока в течение пяти минут, поэтому изоляция должна быть достаточно толстой, чтобы выдержать 3,000V RMS или 4,200 V пик .

Тонкий кабель постоянного тока, с другой стороны, должен выдерживать только 12 В постоянного тока. На этой линии нет никаких шансов на скачки напряжения, потому что конструкция источника питания не позволяет им. Существует минимальный риск поражения электрическим током от 12 В постоянного тока. Поэтому этот кабель не нуждается в большой изоляции и может быть довольно тонким.

Чтобы подчеркнуть связь между напряжением и толщиной изоляции, вы можете получить кабели, как это:

Медный проводник относительно мал по отношению к общему диаметру кабеля. Обратите внимание на толщину изоляции (белый материал). Этот короткий отрезок кабеля не имел маркировки, но он рассчитан как минимум на 132 000 В переменного тока, а изоляция толще для соответствия.

Ток через кабель постоянного тока фактически будет в несколько раз больше тока через кабель переменного тока (пояснение приведено ниже), но причина того, что кабель переменного тока толще, связана с безопасностью оператора, а не с пропускной способностью по току.

Сетевой провод имеет гораздо более толстую изоляцию (и, между прочим, также более толстое поперечное сечение проводника), чтобы обеспечить некоторую дополнительную безопасность в случае многократного изгиба, истирания или удара и, как следствие, повреждения кабеля.

По сути, человек может серьезно пострадать от контакта с проводником, несущим сетевое напряжение, если проводник каким-либо образом подвергнется воздействию из-за повреждения изоляции. С проводом постоянного тока контакт не несет риска поражения электрическим током из-за более низкого напряжения.

Оценка тока:

Мощность, подаваемая через сетевой провод, будет зависеть от эффективности преобразователя мощности, умноженной на мощность, потребляемую на стороне постоянного тока, плюс небольшую избыточную / неактивную мощность. Итак, если мы предположим, что напряжение питания 110 В, КПД 80%, незначительная мощность покоя и выход 5 В постоянного тока, подающий 5 Ватт на устройство, то:

• P = V x Iпри этом постоянный ток I = 5/5 = 1 Ampere
• Мощность, потребляемая на стороне переменного тока: 5 / 0.8 = 6.25 Watts
• Переменный ток I = 6.25/110 = 0.0568 Amperes = 58.6 mA

Так что это, конечно, не о пропускной способности тока на стороне переменного тока!

Ток на стороне постоянного тока будет намного выше. Но он также ограничен блоком питания и гораздо более низким напряжением. Шнур переменного тока должен быть толстым, потому что он должен быть прочным. Большая часть толщины будет изоляцией.

Поскольку это яблочный продукт, ответ, вероятно, дизайн. Он спроектирован так, чтобы быть максимально тонким и при этом соответствовать требованиям законодательства.

На самом деле, ток будет ниже в кабеле переменного тока. Вероятно, это в большей степени связано с требованиями к долговечности (устойчивости к физическим повреждениям) кабеля переменного тока, на который подается более высокое напряжение сети.

Требования UL применяются, в частности, к стороне переменного тока адаптера питания и указывают конкретный набор или требования, которые должны соблюдаться для любого кабеля, который проводит переменное напряжение домашних хозяйств. Apple сделала этот кабель как можно более тонким, но при этом соответствовал всем этим условиям - текущая нагрузочная способность, изоляция, высокие потенциальные дуги и повреждения, а также физическая прочность, в том числе порез, нагрев, изгиб и износостойкость.

Если бы единственными требованиями было выдерживать среднеквадратичное значение 120 В переменного тока без образования дуги и пропускать до 1 А, они могли бы сделать его намного, намного тоньше.

Требования UL довольно строгие.

Существует четыре ограничения на минимальный размер кабеля постоянного тока:

1. Номинальное напряжение
2. номинальный ток
3. рейтинг деградации (в течение срока службы продукта мы ожидаем, что он потеряет не более чем х% напряжения / допустимой нагрузки по току из-за износа / неправильного использования)
4. наличие кабеля

Существует четыре ограничения на минимальный размер кабеля переменного тока, и вот шокер, они точно такие же четыре ограничения. Различия полностью в номинальном напряжении и токе. В обоих случаях размер кабеля должен соответствовать источнику питания. В случае постоянного тока источником является источник питания (который в свою очередь измеряется нагрузкой). В случае переменного тока источником является розетка. Согласно строгой интерпретации NEC, розетка может подавать 20 ампер при 115 вольт, хотя, поскольку блок питания рассчитан на 220 вольт, вы должны предполагать, что кабель будет подключен к штекеру адаптера, и есть установки, в которых розетки на 20 ампер подключены к 30 схемы усилителей (тюрьмы и школы любят это делать). Таким образом, шнур должен быть в состоянии справиться с неисправностью при 220 вольт 30 ампер.

Я никогда не видел провода, рассчитанные на 110 или 220 вольт. Кабель на 300 вольт и 600 вольт распространен. Обычно они используют кабель на 300 вольт для низковольтной проводки и 600 вольт на стороне переменного тока. Провод 14 калибра может нести 20 ампер, хотя при этом он может нагреваться и, вероятно, не выйдет из строя при перенапряжении 30 ампер.

Размер гибких сетевых кабелей для небольших устройств определяется в основном соображениями безопасности. Сердечники должны быть достаточно толстыми, чтобы не разрушаться от механических напряжений, и достаточно толстыми, чтобы в маловероятном случае короткого замыкания они не испарялись до того, как это произойдет с предохранителем / прерывателем. Изоляция и оболочка должны быть достаточно толстыми, чтобы даже после многих лет износа они обеспечивали надлежащую изоляцию.

Кабель Apple имеет заземляющий провод (хотя странно, что адаптеры, которые позволяют использовать блок питания без кабеля, отсоединены). Заземляющий провод желателен на больших импульсных источниках питания, потому что он позволяет резко уменьшить токи прикосновения.

Я подозреваю, что странный разъем тоже имеет влияние. Apple может не захотеть проектировать варианты этого разъема для разных типов кабелей и вместо этого предпочла выбрать тип / размер, который был бы приемлем для всех. Кабели Cloverleaf, с другой стороны, производятся в огромных количествах, поэтому имеет больше смысла разрабатывать варианты для спецификаций каждой страны, а товарная упаковка предоставляет гораздо более широкие возможности для хитроумных продавцов в Китае, чтобы вытеснить несовместимый продукт.

С другой стороны, выходной кабель постоянного тока не считается значительным риском для безопасности, поэтому его размер в основном зависит от компромисса поставщиков между эффективностью и привлекательной внешностью. Apple хочет, чтобы их машины выглядели гладко в магазине, такой тонкий кабель.