Vekselstrømadapter - AC adapter

En AC-adapter av "veggvort" for en huskonsoll. Utgangen har en fatkontakt .
En vekselstrømadapter for Lenovo bærbar PC

En AC -adapter , AC/DC -adapter eller AC/DC -omformer er en type ekstern strømforsyning , ofte innelukket i et etui som ligner en AC -kontakt . Andre vanlige navn inkluderer pluggpakke , plug-in-adapter , adapterblokk , nettstrømadapter , strømadapter , veggvorte , strømstein , vegglader og strømadapter . Adaptere for batteridrevet utstyr kan beskrives som ladere eller rechargers (se også batterilader ). Strømadaptere brukes med elektriske enheter som krever strøm, men som ikke inneholder interne komponenter for å få nødvendig spenning og strøm fra nettstrømmen . Den interne kretsen til en ekstern strømforsyning er veldig lik designen som ville bli brukt for en innebygd eller intern forsyning.

Eksterne strømforsyninger brukes både med utstyr uten annen strømkilde og med batteridrevet utstyr, der strømforsyningen, når den er tilkoblet, noen ganger kan lade batteriet i tillegg til å drive utstyret.

Bruk av en ekstern strømforsyning tillater transport av utstyr som drives enten av strømnettet eller batteriet uten ekstra masse interne strømkomponenter, og gjør det unødvendig å produsere utstyr kun for bruk med en spesifisert strømkilde; den samme enheten kan drives fra 120 VAC eller 230 VAC strøm, kjøretøy eller flybatteri ved å bruke en annen adapter . En annen fordel med disse designene kan være økt sikkerhet; siden den farlige 120 eller 240 volt nettstrømmen omdannes til en lavere, sikrere spenning ved stikkontakten og apparatet som håndteres av brukeren drives av denne lavere spenningen.

Driftsmåter

En vekselstrømadapter demontert for å avsløre en enkel, uregulert lineær likestrømforsyningskrets: en transformator, fire dioder i en bro -likeretter og en elektrolytisk kondensator for å jevne ut bølgeformen

Opprinnelig ble de fleste AC / DC adaptere var lineær strømforsyning , som inneholder en transformator for å omdanne den landstrøm spenningen til en lavere spenning, en likeretter for å omdanne det til pulserende likestrøm , og et filter for å glatte pulserende bølgeform til DC, sammen med gjenværende ring variasjoner liten nok til å la den drevne enheten være upåvirket. Størrelse og vekt på enheten ble i stor grad bestemt av transformatoren, som igjen ble bestemt av effekt og nettfrekvens . Vurderinger over noen få watt gjorde enhetene for store og tunge til å støttes fysisk av en stikkontakt. Utgangsspenningen til disse adapterne varierte med belastning; for utstyr som krever en mer stabil spenning, ble lineær spenningsregulator krets lagt til. Tapene i transformatoren og den lineære regulatoren var betydelige; effektiviteten var relativt lav, og betydelig kraft forsvant som varme selv når du ikke kjørte en last.

Tidlig i det tjueførste århundre ble switch -mode strømforsyninger (SMPS) nesten allestedsnærværende for dette formålet på grunn av deres kompakte størrelse og lette vekt i forhold til deres effektutgangsevne. Nettspenningen blir utbedret til en høy likspenning som driver en bryterkrets, som inneholder en transformator som opererer med en høy frekvens og sender ut likestrøm ved ønsket spenning. Høyfrekvente krusninger filtreres lettere ut enn nettfrekvens. Den høye frekvensen gjør at transformatoren kan være liten, noe som reduserer tapene; og koblingsregulatoren kan være mye mer effektiv enn en lineær regulator. Resultatet er en mye mer effektiv, mindre og lettere enhet. Sikkerhet er sikret, som i den eldre lineære kretsen, fordi en transformator fortsatt gir galvanisk isolasjon .

En lineær krets må være konstruert for et spesifikt, smalt område av inngangsspenninger (f.eks. 220–240 VAC) og må bruke en transformator som er passende for frekvensen (vanligvis 50 eller 60 Hz), men en switch-mode forsyning kan fungere effektivt over et veldig bredt spekter og frekvenser; en enkelt 100–240 VAC -enhet vil håndtere nesten alle strømforsyninger i verden.

Imidlertid, med mindre det er veldig nøye designet og ved bruk av passende komponenter, er det mer sannsynlig at svitsjeadaptere svikter enn den eldre typen, delvis på grunn av komplekse kretser og bruk av halvledere. Med mindre de er godt designet, kan disse adapterene lett bli skadet av overbelastning, til og med forbigående , som kan komme fra lyn , kort nettspenningsoverspenning (noen ganger forårsaket av et glødelampe på samme strømkrets som svikter), komponentforringelse, etc. En veldig vanlig modus feil skyldes bruk av elektrolytiske kondensatorer hvis ekvivalente seriemotstand (ESR) øker med alderen; koblingsregulatorer er veldig følsomme for høy ESR (den eldre lineære kretsen brukte også elektrolytiske kondensatorer, men effekten av nedbrytning er mye mindre dramatisk). Godt designede kretser tar hensyn til ESR, ringvirkningsgrad, pulsdrift og temperaturvurdering av kondensatorer.

Mange rimelige vekselstrømadaptere med svitsjemodus implementerer ikke tilstrekkelig filtrering og/eller skjerming for elektromagnetisk interferens som de genererer. Naturen til disse høyhastighets, høyenergiske koblingsdesignene er slik at når disse forebyggende tiltakene ikke iverksettes, kan relativt høye energi harmoniske genereres, og utstråles, godt inn i radiodelen av spekteret. Mengden RF -energi synker vanligvis med frekvensen; så for eksempel kan interferens i mellombølgen (US AM) kringkastingsbåndet i ett megahertz -området være sterk, mens interferens med FM -kringkastingsbåndet rundt 100 megahertz kan være betydelig mindre. Avstand er en faktor; jo nærmere forstyrrelsen er en radiomottaker, jo mer intens vil den være. Selv WiFi -mottak i gigahertz -området kan bli forringet hvis mottaksantennene er veldig nær en strålende AC -adapter. En bestemmelse av om forstyrrelser kommer fra en bestemt vekselstrømadapter kan gjøres ganske enkelt ved å koble fra den mistenkte adapteren mens du observerer mengden interferens som mottas i problemradiobåndet. I et moderne husholdnings- eller forretningsmiljø kan det være flere AC -adaptere i bruk; i et slikt tilfelle, koble fra dem alle, og koble dem deretter til igjen en etter en til den eller de skyldige er funnet.

Fordeler

Eksterne vekselstrømadaptere er mye brukt for å drive små eller bærbare elektroniske enheter. Fordelene inkluderer:

  • Sikkerhet - Eksterne strømadaptere kan frigjøre produktdesignere fra å bekymre seg for noen sikkerhetsproblemer. Mye av denne utstyrsstilen bruker bare spenninger som er lave nok til ikke å være en sikkerhetsfare internt, selv om strømforsyningen nødvendigvis må bruke farlig nettspenning. Hvis en ekstern strømforsyning brukes (vanligvis via en strømkontakt, ofte av koaksial type ), trenger utstyret ikke å være designet med bekymring for farlige spenninger inne i kabinettet. Dette er spesielt relevant for utstyr med lette etuier som kan ødelegge og avsløre interne elektriske deler.
  • Varmereduksjon - Varme reduserer påliteligheten og levetiden til elektroniske komponenter, og kan føre til at sensitive kretser blir unøyaktige eller feil. En separat strømforsyning fjerner en varmekilde fra apparatet.
  • Elektrisk støyreduksjon - Fordi utstrålt elektrisk støy faller av med kvadratet på avstanden, er det til produsentens fordel å konvertere potensielt støyende vekselstrøm eller bilkraft til "ren", filtrert DC i en ekstern adapter, i sikker avstand fra støyfølsomme kretser.
  • Vekt- og størrelsesreduksjon - Fjernelse av strømkomponenter og nettstøpselet fra utstyr som drives av oppladbare batterier reduserer vekten og størrelsen som må bæres.
  • Lett å bytte - Strømforsyninger er mer utsatt for feil enn andre kretser på grunn av eksponering for kraftpinner og intern generering av spillvarme . Eksterne strømforsyninger kan raskt byttes ut av en bruker uten å måtte reparere den drevne enheten.
Strømadapter som støtter fire forskjellige vekselstrømpluggsystemer
  • Allsidighet i konfigurasjon - Eksternt drevne elektroniske produkter kan brukes med forskjellige strømkilder etter behov (f.eks. 120 VAC, 240 VAC, 12 VDC eller ekstern batteripakke), for praktisk bruk i felten eller på reise.
  • Forenklet produktinventar, distribusjon og sertifisering - Et elektronisk produkt som selges og brukes internasjonalt, må drives fra et bredt spekter av strømkilder, og må oppfylle produktsikkerhetsforskrifter i mange jurisdiksjoner, vanligvis krever dyr sertifisering av nasjonale eller regionale sikkerhetsbyråer som som Underwriters Laboratories eller Technischer Überwachungsverein . En enkelt versjon av en enhet kan brukes på mange markeder, med forskjellige strømkrav som oppfylles av forskjellige eksterne strømforsyninger, slik at bare én versjon av enheten trenger å bli produsert, lagerført og testet. Hvis utformingen av enheten endres over tid (en hyppig forekomst), trenger ikke selve strømforsyningsdesignet testes på nytt (og omvendt).
  • Konstant spenning produseres av en bestemt type adapter som brukes til datamaskiner og bærbare datamaskiner . Disse typer adaptere er kjent som eliminatorer.

Problemer

"Power brick" in-line konfigurasjon, med avtagbar strømledning

En undersøkelse blant forbrukere viste utbredt misnøye med kostnaden, ulempen og sløsing med mengden strømadaptere som brukes av elektroniske enheter. Science fiction -forfatteren og satirikeren Douglas Adams skrev et essay som klagde over overflod og forvirring av strømadaptere, og ba om mer standardisering.

Effektivitet

Millioner av fortsatt brukbare vekselstrømadaptere kastes ut årlig på grunn av dårlig eller ukjent kompatibilitet med nytt utstyr.

Spørsmålet om ineffektivitet av noen strømforsyninger har blitt godt kjent, med USAs president George W. Bush som i 2001 refererte til slike enheter som "Energy Vampires". Det blir lovfestet lovgivning i EU og en rekke amerikanske stater for å redusere energinivået som sløses med noen av disse enhetene. Slike initiativer inkluderer standby -kraft og One Watt Initiative .

Men andre har hevdet at disse ineffektive enhetene er lavdrevne, for eksempel enheter som brukes til små batteriladere , så selv om de har lav effektivitet, er energimengden de sløser mindre enn 1% av husholdningsforbruket til elektrisk energi .

Tatt i betraktning den totale effektiviteten til strømforsyninger for lite elektronisk utstyr, ble den eldre nettfrekvente lineære transformatorbaserte strømforsyningen funnet i en rapport fra 2002 for å ha effektivitet fra 20–75%, og ha et betydelig energitap selv når den slås på, men ikke leverer makt. Switched-mode strømforsyninger (SMPS) er mye mer effektive; en god design kan være 80–90% effektiv, og er også mye mindre og lettere. I 2002 var de fleste eksterne plug-in "veggvorter" strømadaptere som vanligvis ble brukt for forbrukerelektronikk med lav effekt, av lineær design, samt forsyninger innebygd i noe utstyr.

Eksterne forsyninger forblir vanligvis plugget selv når de ikke er i bruk, og bruker fra noen få watt til 35 watt strøm i den tilstanden. Rapporten konkluderte med at omtrent 32 milliarder kilowattimer (kWh) per år, omtrent 1% av det totale elektriske energiforbruket, kan spares i USA ved å erstatte alle lineære strømforsyninger (gjennomsnittlig effektivitet 40–50%) med avanserte koblingsdesigner (effektivitet 80–90%), ved å erstatte eldre bytteforsyninger (effektivitet på mindre enn 70%) med avanserte design (effektivitet på minst 80%), og ved å redusere standby -forbruket av rekvisita til ikke mer enn 1 watt.

Siden rapporten ble publisert, har SMPS faktisk erstattet lineære forsyninger i stor grad, selv i veggvorter. Rapporten fra 2002 anslår at 6% av den elektriske energien som brukes i USA "strømmer gjennom" strømforsyninger (ikke bare teller veggvorter). Nettstedet der rapporten ble publisert sa i 2010 at til tross for spredningen av SMPS -er "bruker dagens strømforsyninger minst 2% av all amerikansk strømproduksjon. Mer effektive strømforsyningsdesigner kan redusere bruken til to".

Siden bortkastet elektrisk energi frigjøres som varme , er en ineffektiv strømforsyning varm å ta på, akkurat som en som sløser med strøm uten elektrisk belastning. Denne spillvarmen er i seg selv et problem i varmt vær, siden det kan kreve ekstra klimaanlegg for å forhindre overoppheting og til og med fjerne uønsket varme fra store forsyninger.

Universelle strømadaptere

En seks-veis kontakt på en "universell" likestrømforsyning, bestående av en fire-veis X-kontakt og to separate individuelle kontakter (den ene er ni-volt batterikontakten ). X-kontakten her gir 3,5 og 2,5 mm telefonplugger og to størrelser koaksial strømkontakt
Universal laptop strømforsyning med justerbar spenning mellom 12 og 24 volt

Eksterne strømadaptere kan mislykkes og kan skilles fra produktet de er ment å drive. Følgelig er det et marked for erstatningsadaptere. Erstatningen må matche inngangs- og utgangsspenninger, matche eller overstige nåværende evne, og være utstyrt med en matchende kontakt. Mange elektriske produkter er dårlig merket med informasjon om strømforsyningen de trenger, så det er klokt å registrere spesifikasjonene for den originale strømforsyningen på forhånd for å lette utskiftningen hvis originalen senere går tapt. Forsiktig merking av strømadaptere kan også redusere sannsynligheten for en forveksling som kan forårsake skade på utstyret.

Noen "universelle" erstatningsstrømforsyninger gjør at utgangsspenning og polaritet kan byttes for å matche en rekke utstyr. Med ankomsten av switch-mode-forsyninger ble adaptere som kan fungere med enhver spenning fra 110 VAC til 240 VAC allment tilgjengelig; tidligere ble enten 100–120 VAC eller 200–240 VAC versjoner brukt. Adaptere som også kan brukes med motorvogn og flykraft (se EmPower ) er tilgjengelige.

Fire-veis X-kontakter eller seks-veis stjernekontakter , også kjent som edderkopp-kontakter , med flere pluggstørrelser og -typer er vanlige på generiske strømforsyninger. Andre erstatningsstrømforsyninger har ordninger for å bytte strømkontakt, med fire til ni forskjellige alternativer tilgjengelig når de kjøpes i et sett. RadioShack selger universelle vekselstrømadaptere av forskjellige kapasiteter, merket som "Enercell Adaptaplug", og utstyrt med to-pinners hunkontakter som er kompatible med Adaptaplug- kontaktene. Dette gjør at mange forskjellige konfigurasjoner av AC -adaptere kan settes sammen, uten at det er nødvendig med lodding. Philmore og andre konkurrerende merker tilbyr lignende AC -adaptere med utskiftbare kontakter.

Etiketten på en strømforsyning er kanskje ikke en pålitelig veiledning for den faktiske spenningen den leverer under varierende forhold. Mange rimelige strømforsyninger er " uregulerte ", ved at spenningen deres kan endres betraktelig med belastning. Hvis de er lett belastet, kan de sette ut mye mer enn den nominelle "navneplaten" -spenningen, noe som kan skade belastningen. Hvis de er tungt belastet, kan utgangsspenningen falle betydelig, i noen tilfeller godt under den nominelle merkespenningen, selv innenfor den nominelle merkestrømmen, noe som kan føre til feil på utstyret som blir levert. Rekvisita med lineære (mot kontakten) regulatorer er tunge, klumpete og dyre.

Moderne switch -mode strømforsyninger (SMPS) er mindre, lettere og mer effektive. De legger ut en mye mer konstant spenning enn uregulerte forsyninger ettersom inngangsspenningen og belastningsstrømmen varierer. Da de ble introdusert, var prisene høye, men i begynnelsen av det 21. århundre hadde prisene på switch-mode-komponenter falt til en grad som tillot enda billige forsyninger å bruke denne teknologien, noe som sparte kostnaden for en større og tyngre nett-frekvens-transformator.

Auto-sensing adaptere

Noen universelle adaptere angir automatisk utgangsspenning og maksimal strøm i henhold til hvilken av en rekke utskiftbare tips som er montert; tips er tilgjengelige for å passe og levere passende strøm til mange bærbare datamaskiner og mobile enheter. Ulike tips kan bruke den samme kontakten, men gir automatisk forskjellig strøm; det er viktig å bruke den riktige spissen for apparatet som får strøm, men ingen bryter trenger å være riktig innstilt av brukeren. Fremkomsten av switch-mode strømforsyninger har gjort at adaptere kan fungere fra en hvilken som helst vekselstrøm fra 100 til 240 V med en passende plugg; drift fra standard 12 V DC kjøretøy og flyforsyninger kan også støttes. Med passende adapter, tilbehør og tips kan en rekke utstyr drives fra nesten hvilken som helst strømkilde.

Et "grønt plugg" -system er blitt foreslått, basert på USB -teknologi, der den forbrukerenheten vil fortelle den eksterne strømforsyningen hva slags strøm som trengs.

Laptop lader

Ekstern strømforsyning i koblet modus for en bærbar PC av Hewlett Packard

På tidlige bærbare datamaskiner var strømforsyningsenhetene interne som på stasjonære datamaskiner . For å lette transporten ved å spare fysisk plass og redusere vekten, ble strømforsyningsenheter eksternalisert.

Når en bærbar datamaskin drives mens den lades, bruker den integrerte kretsen som styrer ladingen en strømforsyningsenhets gjenværende elektriske strømkapasitet. Dette gjør det mulig å forsyne enhetens komponenter med strøm under bruk samtidig som den opprettholder en kompromissløs konstant ladehastighet.

Bruk av USB

Vanlige størrelser på USB AC -adaptere

Den USB -kontakt (og spenning) har dukket opp som en standard i laveffekts AC adaptere for mange bærbare enheter. I tillegg til seriell digital datautveksling, gir USB -standarden også 5 VDC strøm , opptil 500 mA ( 900 mA over USB 3.0). Mange tilbehørsdeler (" USB -dekorasjoner ") ble designet for å koble til USB bare for likestrøm og ikke for datautveksling. Den USB Implementers Forum i mars 2007 gitt ut USB-batterilading spesifikasjon som definerer "... grenseverdier, samt diagnostisering, kontroll og rapportering mekanismer for å tillate enheter å trekke strøm i overkant av USB 2.0-spesifikasjonen for lading ..." . Elektriske vifter, lamper, alarmer, kaffevarmere, batteriladere og til og med leker er designet for å få strøm fra en USB -kontakt. Plug-in-adaptere utstyrt med USB-kontakter er allment tilgjengelige for å konvertere 120 VAC eller 240 VAC- strøm eller 12 VDC bilstrøm til 5 VDC USB-strøm (se bildet til høyre).

Trenden mot mer kompakte elektroniske enheter har drevet et skifte mot mikro-USB- og mini-USB- kontaktene, som er elektrisk kompatible i funksjon til den originale USB-kontakten, men fysisk mindre.

I 2012 ble det foreslått en USB Power Delivery Specification for å standardisere levering på opptil 100 watt, egnet for enheter som bærbare datamaskiner som vanligvis er avhengige av proprietære adaptere.

Standarder

ITU publiserte anbefaling ITU-T L.1000, "Universell strømadapter og laderløsning for mobile terminaler og andre håndholdte IKT-enheter", som spesifiserer en lader som i de fleste henseender ligner på forslaget til GSMA/OMTP og det europeiske Felles ekstern strømforsyning . ITU-anbefalingen ble utvidet og oppdatert i juni 2011. Håpet er å markant redusere mengden av ikke-utskiftbare strømadaptere.

Den europeiske union har definert en felles ekstern strømforsyning for "håndholdte data-aktiverte mobiltelefoner" ( smarttelefoner ) som selges fra 2010, som er ment å erstatte de mange inkompatible proprietære strømforsyninger og eliminere avfall ved å redusere det totale antall forsyninger produsert. Konforme rekvisita leverer 5 VDC via en mikro-USB-kontakt, med foretrukket inngangsspenning håndtert fra 90 til 264 VAC.

I 2006 foreslo Larry Page , grunnlegger av Google , en 12 V og opptil 15 A standard for nesten alt utstyr som krever en ekstern omformer, med nye bygninger utstyrt med 12 VDC ledninger, noe som gjør eksterne AC-til-DC adapterkretser unødvendige.

IEC har laget en standard for utskiftbare strømforsyninger til bærbare datamaskiner , IEC 62700 (fullt navn "IEC Technical Specification 62700: DC Power supply for notebook computer"), som ble utgitt 6. februar 2014.

Se også

Referanser

Eksterne linker