Блок питания проводной телефонной трубки сколько ватт фото philips

Обновлено: 21.11.2024

Можете ли вы заменить аккумулятор телефона конденсатором и зарядить его в рекордно короткие сроки? Блогер Wired Science Ретт Аллен проводит расследование.

Чтобы повторно просмотреть эту статью, перейдите в раздел "Мой профиль" и выберите "Просмотреть сохраненные истории".

Недавно появилась новость о проекте подростка по использованию суперконденсатора в качестве быстрозаряжающегося накопителя энергии. Основное утверждение заключается в том, что с его помощью можно полностью зарядить телефон всего за 30 секунд.

В новостях фактически не указывается, сколько энергии может хранить устройство хранения.
Обычный аккумулятор телефона имеет запас энергии 1500 мА·ч. Если вы зарядите его за 30 секунд, это потребует 670 Вт. Что-то, вероятно, расплавится в телефоне.

В статье упоминается, что студент использовал суперконденсатор вместо обычного скучного конденсатора. Согласно Википедии, кажется, что термин «суперконденсатор» может использоваться для нескольких разных устройств. Некоторые из них на самом деле не конденсаторы. Но я думаю, что это все еще отличная возможность поговорить о конденсаторах.

Что такое конденсатор?

Практически в каждом вводном курсе физики вы будете рассматривать конденсаторы. Самым простым конденсатором для начала является конденсатор с воздушным наполнением с параллельными пластинами. Это просто две проводящие пластины, расположенные очень близко друг к другу. Положительный заряд находится на одной пластине, и такое же количество отрицательного заряда находится на другой пластине.

Но почему? Кого интересуют конденсаторы? Во вводном курсе физики конденсаторы обычно вводятся по одной основной причине: электрическое поле внутри конденсатора практически постоянно. Константа хороша. Это позволяет создавать ситуации, связанные с электрическими зарядами с постоянными силами (из-за постоянного электрического поля) и простыми изменениями электрического потенциала.

Конечно, существуют и другие типы конденсаторов, кроме обычных параллельных пластин с воздухом посередине. Но вы поняли.

Для чего используется конденсатор?

Поскольку внутри конденсатора существует электрическое поле, в конденсаторе также хранится энергия (вы можете использовать плотность энергии электрического поля). Таким образом, очевидно, конденсатор может быть использован для хранения энергии. Однако есть и другие очень приятные применения. Конденсаторы оказываются чрезвычайно важными в приложениях, связанных с изменением тока, таких как преобразователи переменного тока в постоянный или любой тип радио. Если вы подключите обычную батарею постоянного тока к конденсатору, заряд начнет накапливаться на пластинах. Когда это происходит, между пластинами также возникает разность электрических потенциалов. Это означает, что будет меньше тока, выходящего из батареи, и меньше заряда, поступающего на пластины. Технически, конденсатору потребуется вечность, чтобы полностью зарядиться. Может быть, я могу показать это с помощью хорошего графика. Вот зависимость заряда конденсатора от времени после подключения к батарее постоянного тока.

Надеюсь, это поможет. Но что произойдет, если у вас переменный ток? В этом случае заряд идет то на конденсатор, то на конденсатор, и он ведет себя по-разному. Чем выше частота изменения тока, тем меньше разность электрических потенциалов на конденсаторе. Итак, на высоких частотах его почти нет в цепи. Используя это вместе с катушкой индуктивности (которая имеет большую разность электрических потенциалов на высоких частотах), можно создать цепи, которые действуют по-разному на разных частотах.

Итак, вы найдете эти конденсаторы во множестве различных применений. Они используются не только для получения энергии.

Сколько энергии может хранить конденсатор?

Существует несколько способов расчета энергии, хранящейся в конденсаторе. Вы можете определить электрическое поле и использовать плотность энергии поля. Или, если хотите, вы можете посмотреть на ток, проходящий через конденсатор, а также на разность потенциалов на конденсаторе во время его зарядки. В любом случае энергия зависит от физических размеров конденсатора и заряда конденсатора. Можно черпать силы на домашнее задание, но вот результат.

Чем больше заряд, тем больше энергия.Вы также можете увеличить накопленную энергию, увеличив емкость конденсатора или увеличив напряжение на конденсаторе. Будьте осторожны. Если увеличить напряжение слишком сильно, на пластинах будет большой заряд. Может случиться одна из двух плохих вещей. Во-первых, материал в середине конденсатора может стать проводником. Для воздуха это происходит при напряженности электрического поля около 3 х 10 6 В/м. Другое дело - имплозия. Две пластины притягиваются друг к другу, так как они имеют противоположные заряды. В какой-то момент они просто будут двигаться навстречу друг другу (если между ними что-то есть, оно будет раздавлено).

Что такое k в приведенном выше выражении? Это диэлектрическая проницаемость для случая, когда что-то находится в середине пластин.

Как должен выглядеть конденсатор для вашего телефона?

Предположим, вы хотите заменить батарею телефона конденсатором. Это было бы трудно сделать, поскольку по мере использования энергии конденсатора его потенциал уменьшался бы. Батареи тоже делают это, но не так сильно, чтобы это имело значение. Давайте продолжим в любом случае с нашим процессом проектирования. Сначала несколько предположений.

Я хочу, чтобы конденсатор был эквивалентен аккумулятору емкостью 1500 мАч при напряжении 4 В (аккумулятор iPhone 5 имеет емкость 1400 мАч при напряжении 3,8 В). Это будет энергия 2,16 x 10 4 Дж.
Я хочу, чтобы этот конденсатор имел максимальное напряжение 6 вольт. Я только что это придумал.
Для диэлектрика посередине я собираюсь использовать слюду — это обычное дело. Гиперфизика указывает это с диэлектрической проницаемостью до 6.

С этими параметрами я могу рассчитать значение емкости для этого накопителя энергии.

Это довольно большое значение для конденсатора. Типичная емкость обычно составляет микрофарады, а не 1000 фарад. Однако продолжим. Насколько большим будет этот конденсатор с параллельными пластинами? Во-первых, я хочу, чтобы две пластины были как можно ближе друг к другу. Одним из пределов этого расстояния будет напряжение пробоя диэлектрического материала. Согласно Википедии, слюда может иметь напряжение пробоя до 300 x 10 6 В/м.

При разности потенциалов 6 вольт пластины могут находиться на расстоянии 2 x 10 -8 метров друг от друга. Это кажется безумно близким - ну да ладно. Я иду с этим номером в любом случае. Теперь мне просто нужно найти площадь моего конденсатора.

Если это квадратный конденсатор, то он будет иметь размеры 672 на 672 метра. Попробуйте вставить это в свой телефон. Конечно, вы можете свернуть его, но я все равно думаю, что это будет ОГРОМНО.

Сколько времени потребуется для зарядки этого конденсатора? Допустим, сопротивление соединительных проводов 10 Ом (просто предположение) и что я подаю зарядный потенциал 20 Вольт. Для зарядного конденсатора могу написать (не выводя):

Решая для t, я получаю 4952 секунды (1,4 часа). Видите, здесь я использовал хитрость. Я хочу, чтобы конденсатор был на 6 вольт, поэтому для его зарядки я применил аккумулятор на 20 вольт. О, я тоже схитрил и предположил незаряженный конденсатор (которого на самом деле не было бы). Однако для зарядки потребуется некоторое время.

Как долго прослужит этот конденсаторный накопитель энергии? Допустим, вы можете использовать это, пока его потенциал не упадет до 2,5 вольт. Если он начинается с 6 вольт, сколько времени это займет? Допустим, у меня есть телефон, потребляющий в среднем 0,5 Вт. Чтобы сохранить эту мощность, мне придется изменить сопротивление в телефоне по мере уменьшения напряжения на батарее. Вы знаете, что это значит, верно? Я собираюсь сделать числовую модель для расчета на этот раз.

Вот мой план. Разумеется, я разобью весь процесс на небольшие временные интервалы. Во время каждого интервала я буду:

Определить заряд конденсатора и, следовательно, разность потенциалов на конденсаторе.
Определите сопротивление, необходимое для получения мощности 0,5 Вт.
Рассчитайте ток с этой разностью потенциалов и сопротивлением.
Используйте этот ток для определения изменения заряда конденсаторов. БУМ.

Вот график зависимости напряжения от времени для этого случая. О, вы можете увидеть скрипт Python здесь (предупреждение о неаккуратном коде).

Это длится 35 720 секунд или 9,9 часа. Не так уж плохо.Однако помните, что это для ОГРОМНОГО конденсатора. Кроме того, я делаю два предположения. Во-первых, телефон может работать в широком диапазоне напряжений. Во-вторых, что телефон может изменить что-то, чтобы он получил постоянную мощность (маловероятно).

Назад к научному проекту

Я хочу прояснить кое-что. Я думаю, что проект этого студента, вероятно, довольно крут (я не знаю достаточно деталей, чтобы сказать наверняка). Однако у меня есть сомнения, что вы действительно можете зарядить телефон за 30 секунд каким-либо полезным способом. С простым конденсатором явно не получится.

Решение Apple отказаться от зарядного устройства и наушников EarPods выглядит как шаг, направленный на снижение воздействия компании на окружающую среду. Но не все так просто.

Новый iPhone от Apple поставляется без адаптера для зарядки или наушников EarPods. То же самое и с Apple Watch, дебютировавшими в прошлом месяце. Кабель для зарядки входит в комплект (кабель USB-C — Lightning для iPhone 12), но Apple хочет, чтобы покупатели поставляли собственные зарядные блоки для подключения к розетке.

Причины компании просты. «У клиентов уже есть более 700 миллионов наушников Lightning, и многие клиенты перешли на беспроводную связь», — сказала Лиза Джексон, вице-президент Apple по окружающей среде, политике и социальным инициативам, во вторник во время презентации iPhone. «Кроме того, в мире существует более 2 миллиардов адаптеров питания Apple, и это не считая миллиардов адаптеров сторонних производителей. драгоценные материалы."

С меньшим количеством включенных элементов упаковка iPhone меньше. Джексон утверждает, что Apple может разместить на транспортной паллете до 70% больше товаров. «В совокупности изменения, которые мы внесли в iPhone 12, ежегодно сокращают выбросы углерода более чем на 2 миллиона метрических тонн. Это все равно, что ежегодно убирать с дорог 450 000 автомобилей».

Некоторые производители аксессуаров говорят, что это приветствуется, так как предлагает покупателям более широкий выбор. И Apple заслуживает похвалы за прозрачные усилия по уменьшению своего воздействия на окружающую среду. Но эксперты по устойчивому развитию настроены скептически, заявляя, что усилия Apple лишь незначительно влияют на растущий кризис электронных отходов.

В 2019 году в мире образовалось 53,6 млн метрических тонн электронных отходов. Согласно отчету Global E-Waste Monitor 2020, в соавторстве с Рюдигером Кюром, руководителем программы "Устойчивые циклы" (SCYCLE), организованной Университетом Организации Объединенных Наций, сотрудничество с другими организациями, включая Международный союз электросвязи. К 2030 году это число продолжит расти и достигнет 74 млн метрических тонн, что почти вдвое больше, чем в 2014 году.

Электронные отходы, к которым относятся аккумуляторы, бытовая техника, телефоны, экраны и кабели, могут показаться людям, выбрасывающим их, мусором в конце своего жизненного цикла, но эти предметы содержат следы ценных компонентов, таких как железо, медь, и золото. В отчете говорится, что стоимость сырья в мировых электронных отходах с 2019 года составляет около 57 миллиардов долларов. Большая часть этих электронных отходов попадает в развивающиеся страны, такие как Гана и Таиланд, и это породило индустрию людей, собирающих эти ценные детали, чтобы зарабатывать на жизнь. Но электронные отходы также содержат токсичные материалы.

"В общей сложности 50 тонн ртути и 71 килотонна [бромированного огнезащитного] пластика ежегодно обнаруживаются в незарегистрированных потоках электронных отходов по всему миру, которые в значительной степени выбрасываются в окружающую среду и влияют на здоровье работников, подвергающихся воздействию". говорится в отчете.

Apple регулярно рекламирует свои усилия по сокращению количества токсичных компонентов в своем оборудовании. В своем отчете об экологическом прогрессе за 2020 год компания сообщает, что потратила четыре года на исследования и разработку альтернативы поливинилхлориду (ПВХ), материалу, используемому в процессе производства шнуров питания. Полученный материал не свободен от токсинов, но Apple утверждает, что он имеет «более низкий токсикологический и экологический риск». Компания часто упоминает такие достижения, как "стекло дисплея, не содержащее мышьяк" и компоненты, "не содержащие бериллия", в экологических отчетах о своей продукции.

Тем не менее, Кюр говорит, что важно оценить последствия удаления зарядного устройства и наушников EarPods из последних моделей iPhone и Apple Watch в перспективе.

"Доля зарядных устройств для планшетов, смартфонов и т. д. – 0,1% от общего прироста электронных отходов", – сказал он. «Это составляет примерно 54 000 метрических тонн электронных отходов. Если учесть только долю Apple, это, вероятно, половина или меньше.Максимум можно сказать, что это 25 000 метрических тонн, или 0,05 % от общего ежегодного прироста электронных отходов".

Отсутствие зарядного устройства в коробке не означает, что оно больше не понадобится людям, – говорит Кюр. Люди могут использовать то, что у них есть дома, но многие все равно будут покупать адаптеры от Apple. Теперь их нужно будет упаковывать и отправлять отдельно от телефонов, что усугубит экологические последствия.

Сара Бехдад, исследователь устойчивого развития из Университета Флориды, согласна с этим. «Анализ Apple основан на том впечатлении, что некоторым пользователям действительно не нужны зарядные устройства и наушники EarPods, потому что они у них уже есть. У некоторых пользователей их нет. Тогда им приходится их покупать, а это требует упаковки и дополнительной транспортировки».

Взаимосвязь между зарядным устройством и iPhone также не обязательно один к одному. Бехдад говорит, что она использовала больше зарядных устройств, чем количество телефонов, которыми она владела. Хотя это анекдотично, и Бехдад говорит, что необходимы опросы и дополнительные исследования, чтобы делать какие-либо убедительные заявления, вполне возможно, что люди будут покупать более одного зарядного устройства от Apple или других производителей аксессуаров.

Есть и другие опасения по поводу заявления Apple о том, что она может упаковывать больше продуктов на транспортные поддоны из-за меньшей коробки iPhone 12.

"Они говорят об использовании поддонов, на которых они каким-то образом могут перевозить больше iPhone", – говорит Бехдад. «То, как они распределяются, основано не на том, сколько они могут положить на поддон, а на спросе, и я не думаю, что спрос изменится. Если они уже продали 100 единиц iPhone в определенный магазин, они все равно будут отправьте этот номер после сегодняшнего дня. Они не отправляют сразу 200 в магазин. Они отгружают в зависимости от спроса, а не исходя из того, сколько они могут положить на поддон."

Кюр также подчеркивает, что Apple не использует универсальный кабель для зарядки среди своих устройств. В iPhone используется проприетарный порт Lightning, но большая часть технологической индустрии обратилась к разъему USB-C для зарядки, подключения дисплеев и передачи файлов. Тот же кабель USB-C, который используется для подзарядки гарнитуры виртуальной реальности Oculus Quest от Facebook, также может заряжать телефон Samsung или Chromebook. Тем не менее, между iPad Pro и iPhone от Apple требуется два разных кабеля, что создает больше электронных отходов.

Аналогично прошлогодний iPhone 11 поставлялся с адаптером питания с портом USB-A. iPhone 12 поставляется только с кабелем USB-C — Lightning, который несовместим с этим адаптером. Если у вас нет адаптера USB-C от стороннего производителя аксессуаров или другой купленной вами электроники, вам потребуется новый адаптер.

Ранее Apple выступала против стремления Европейского Союза к универсальному зарядному устройству для всех смартфонов, заявляя, что это задушит инновации и создаст «беспрецедентный объем электронных отходов», поскольку люди будут массово избавляться от своих аксессуаров и кабелей Lightning.

Тем не менее сегодня компания анонсировала новую систему MagSafe для iPhone 12, позволяющую надежно и магнитно прикреплять устройство к другим аксессуарам, таким как беспроводные зарядные устройства, чехлы и кошельки. Существующие беспроводные зарядные устройства по-прежнему будут заряжать линейку iPhone 12, но клиенты, скорее всего, перейдут на эту новую систему и избавятся от своих старых аксессуаров. Aira, компания, разрабатывающая уникальную технологию беспроводной зарядки, которая может определять местонахождение устройства, а не требовать определенного позиционирования со стороны пользователя, говорит, что MagSafe добавляет «уровень фрагментации и исключения в смесь».

«В настоящее время Apple создала два различных пути беспроводной зарядки: один ориентирован на бесплатное размещение устройства на поверхности, поддерживающей принятый во всем мире стандарт Qi, а другой является собственностью конкретного продукта и компании», — говорится в заявлении Aira. Веб-сайт. Производитель аксессуаров может предложить беспроводное зарядное устройство как для владельцев Android, так и для iPhone, но теперь им нужно будет создать отдельные варианты MagSafe для владельцев iPhone 12.

Есть проблема ремонтопригодности. Кюр говорит, что Apple может сделать больше, чтобы предоставить потребителям возможность самостоятельно ремонтировать свои устройства. Компания, как известно, лоббирует законодательство, которое требует от Apple предоставления клиентам доступа к ресурсам, необходимым для выполнения собственных исправлений. В 2019 году Apple добилась определенных успехов в плане ремонтопригодности, когда начала предлагать независимым ремонтным компаниям те же руководства и инструменты, которые используются авторизованными поставщиками услуг, но сторонники ремонта говорят, что она должна сделать их доступными и для клиентов.

Более важно обеспечить замкнутый цикл производственного цикла, в котором используются только переработанные материалы для всего производственного процесса, поскольку это та область, в которой телефон оказывает наибольшее воздействие на окружающую среду. Кюр говорит, что все начинается с того, что Apple настраивает собственную систему, чтобы вернуть свои устройства в свои руки, тем самым уменьшая потребность в добыче полезных ископаемых. «Затем они будут проектировать машины таким образом, чтобы их было легче ремонтировать, а компоненты можно было использовать повторно».

Apple объявила о такой инициативе в 2017 году с целью создания такого замкнутого цикла поставок, и она добилась определенного прогресса. В новой линейке iPhone 12 используются 100-процентно переработанные редкоземельные элементы для всех магнитов внутри, и то же самое можно сказать и о Taptic Engine (который обеспечивает тактильную обратную связь) в прошлогоднем iPhone. Apple уже несколько лет использует в некоторых продуктах алюминиевые корпуса, на 100 % переработанные. Компания использует роботов-разборщиков для извлечения этих драгоценных материалов из бывших в употреблении устройств, и недавно компания поставила перед собой цель стать к 2030 году нейтральной с точки зрения выбросов углерода.

Пройдет немало времени, прежде чем Apple представит iPhone, полностью изготовленный из переработанных компонентов и материалов. И именно поэтому Кюр с опаской относится к последнему объявлению о зарядном адаптере. "Следует быть немного осторожнее, требуя слишком многого только для того, чтобы забрать зарядные устройства из посылки, потому что крупная компания должна сделать гораздо больше."

Идея исключить адаптер для зарядки не нова. Это было придумано несколько лет назад как способ снизить цены на уже доступные телефоны, говорит Джордж Папарризос, старший директор по управлению продуктами в Qualcomm. Он не прижился, потому что в то время стандарты зарядки и порты не были унифицированы.

Однако весь мир сплотился вокруг двустороннего разъема USB-C, который используется в современных MacBook, ноутбуках с Windows, телефонах Android, некоторых iPad, наушниках и многих других устройствах. В сочетании с открытым стандартом Power Delivery для зарядки аккумуляторов последняя спецификация позволяет адаптерам выдавать до 100 Вт с возможностью уменьшения масштаба, если подключенное устройство не может потреблять такую большую мощность.

Да. Когда ваш телефон, планшет или любое другое электронное устройство, которое заряжается аналогичным образом, полностью зарядится, оно продолжит потреблять энергию, если остается подключенным к источнику питания.

После полной зарядки телефона он продолжает потреблять небольшое количество энергии даже в режиме ожидания. Таким образом, зарядное устройство будет продолжать пополнять запас энергии. Это известно как непрерывная зарядка. Он потребляет не так много энергии, как при зарядке разряженного аккумулятора, но все же потребляет небольшое количество энергии.

Многие мобильные телефоны теперь достаточно продвинуты, чтобы свести потребление энергии к минимуму, но это пустая трата электроэнергии, поэтому по возможности следует отключать ее от сети.

Разряжает ли батарея телефон, когда он подключен к сети?

Да, но не настолько, чтобы слишком об этом беспокоиться.

Постоянная зарядка аккумулятора со временем постепенно снижает его емкость, но этот процесс займет несколько лет. Для тех из нас, кто меняет свой телефон каждые один-два года, это не такая уж большая проблема, но если вы планируете использовать свой телефон дольше, вам следует по возможности позаботиться о его аккумуляторе. Это особенно актуально для телефонов с цельным корпусом и батареей, которую пользователю нелегко извлечь.

Строго говоря, аккумуляторы в электронике должны быть частично разряжены, прежде чем их снова зарядить. В идеальном мире ваша батарея должна быть почти полностью разряжена, прежде чем ее снова зарядить, но, естественно, это не всегда практично.

Как узнать, что мой телефон полностью заряжен?

Многие телефоны теперь оснащены светодиодным индикатором, который сигнализирует о критически низком заряде батареи, в процессе зарядки или полной зарядке. Однако это не всегда так, и если на вашем телефоне нет индикатора уведомлений, стоит попробовать приложение Full Battery & Theft Alarm (для Android).

Приложение подает звуковой сигнал, когда батарея полностью заряжена или когда телефон отключен от зарядного устройства. Это удобно, если у вас нет возможности зарядить телефон в непосредственной близости от того, чем вы занимаетесь.

Стоит ли заряжать телефон на ночь?

Многие люди предпочитают заряжать свои телефоны на ночь, чтобы утром они были полностью заряжены. Это неплохо, и, как уже упоминалось, потребуется много времени, чтобы повлиять на срок службы батареи. Если у вас есть возможность заряжать его в течение часа или двух перед сном, этот вариант немного лучше с точки зрения состояния батареи, экономии энергии и безопасности (см. ниже).

Если вы заряжаете телефон перед сном, оставив телефон в режиме ожидания на ночь, батарея почти не будет расходоваться, если у вас отключены такие функции, как Wi-Fi, GPS, Bluetooth и мобильные данные.

Опасно ли «перезаряжать» телефон?

Да, в некоторой степени, но проблемы возникают не так часто. Как только телефон достигает 100% заряда, схема защиты предотвращает его дальнейшую зарядку, то есть перезарядку.Однако в случае выхода из строя схемы защиты (что случается крайне редко) могут возникнуть проблемы.

У одного пользователя Reddit его Samsung Galaxy S3 взорвался во время зарядки ночью (фотографии здесь). В такой ситуации «крайне редко» не будет большим утешением, если телефон будет достаточно близко, чтобы причинить вам какой-то вред.

К счастью, пользователь остался невредим, но если вы заряжаете свой телефон на ночь, убедитесь, что он находится на разумном расстоянии от вас и ничем не накрыт, что может привести к его перегреву.

Используют ли зарядные устройства для мобильных телефонов электричество, когда они подключены к сети без телефона?

Да, хотя это очень небольшая сумма. То же самое относится ко всем электрическим устройствам — телевизорам, микроволновым печам, DVD-плеерам и т. д. Если их оставить подключенными к сети, даже если они полностью выключены, они будут продолжать потреблять небольшое количество энергии. Индивидуальное количество потребляемой энергии ничтожно мало, но в совокупности — по всей стране — таким образом потребляется изрядное количество энергии, поэтому мы должны отключиться.

В большинстве приложений светодиоды питаются от источника постоянного тока, но переменный ток дает несколько существенных преимуществ. Lynk Labs разработала технологию, позволяющую управлять светодиодами напрямую от сети переменного тока.

Устройство C3LED на уровне микросхемы< /tr> Но другие варианты применения, например, линейная система освещения, протянувшаяся на 100 м по внешней стороне здания, требуют иных соображений. Привод постоянного тока страдает от потерь на расстоянии, что требует использования более высокого напряжения привода в начале, а также дополнительных регуляторов, которые тратят энергию впустую.

Напротив, переменный ток лучше работает на расстоянии, поэтому этот метод используется для подачи электроэнергии в дома и на предприятия по всему миру. Переменный ток позволяет очень просто использовать трансформаторы для понижения напряжения до 240 В или 120 В переменного тока с киловольт, используемых в линиях электропередач, но это гораздо более проблематично с постоянным током.

Для работы светильника на основе светодиодов от сети (например, 120 В переменного тока) требуется электроника между источником питания и самими устройствами для обеспечения постоянного напряжения (например, 12 В постоянного тока), способного управлять несколькими светодиодами.

Новый подход заключается в разработке светодиодов переменного тока, которые могут работать непосредственно от источника питания переменного тока. Это дает несколько преимуществ, как объясняет Боб Коттриш из Lynk Labs, одной из компаний, занимающих передовые позиции в этом подходе: «С переменным током мощность передается и используется намного эффективнее», — говорит он. «Если вы можете разместить светодиоды прямо на конце, не используя сложную электронику для преобразования переменного тока обратно в постоянный, то вы получите двойное преимущество: вы эффективно справитесь с питанием в среде распределения и доставите более эффективно без вмешательства в электронику."

Конечно, если вы также можете получить больше света при меньшем энергопотреблении, как утверждает Lynk Labs с их подходом AC-LED, то у вас еще больше положительных позиций.

Питание светодиодов от сети переменного тока

Существует несколько вариантов питания светодиодов от сети переменного тока. Многие автономные светодиодные светильники просто имеют трансформатор между настенной розеткой и светильником для обеспечения необходимого постоянного напряжения. Ряд компаний разработали светодиодные лампочки, которые ввинчиваются непосредственно в стандартные патроны, но они также неизменно содержат миниатюрную схему, которая преобразует переменный ток в постоянный перед подачей его на светодиоды.

Другой подход заключается в том, чтобы сконфигурировать светодиоды или включить их в мостовую схему постоянного тока. Хотя переменный ток подается на вход этой конфигурации мостовой схемы светодиодов, светодиоды по-прежнему питаются от постоянного тока, и этот подход требует большей мощности привода, чем «настоящая» конструкция со светодиодами переменного тока.

< /tr>

Устройство C3LED на уровне платы

Одной из ранних форм «настоящей» системы AC-LED, в которой устройства работают при прямом подключении к источнику переменного тока, является подход «огонь на рождественской елке». Здесь несколько светодиодов соединены последовательно, так что падение напряжения на всей цепочке равно напряжению питания.

Однако были предприняты попытки разработать «настоящие» AC-LED на уровне сборки или упакованного устройства.В авангарде этих разработок находятся Lynk Labs, Seoul Semiconductor и III-N Technology.

Технология, разработанная Seoul Semiconductor и отдельно компанией III-N Technology, использует подход Рождественской елки на уровне кристалла. Светодиодное устройство переменного тока фактически состоит из двух цепочек последовательно соединенных кристаллов, соединенных в разных направлениях; одна струна горит в течение положительной половины цикла переменного тока, другая - во время отрицательной половины. Струны попеременно запитываются и обесточиваются на частоте 50/60 Гц источника питания переменного тока, поэтому светодиод всегда находится под напряжением. Технология, разработанная Seoul и III-N, специально предназначена для светодиодных устройств, предназначенных для высоковольтной сети переменного тока с частотой 50/60 Гц.

Технология Lynk Labs

Однако Lynk Labs разработала и запатентовала альтернативную технологию AC-LED как для высоковольтного, так и для низковольтного переменного тока. Lynk использует существующие светодиоды или кристаллы с различными запатентованными конструкциями драйверов, основанными на продукте AC-LED. Компания утверждает, что владеет самым широким портфелем патентов, касающихся устройств, сборок, драйверов и систем AC-LED. Кроме того, Lynk и Philips по отдельности владеют фундаментальными правами на управление светодиодами с помощью высокочастотных драйверов инверторного типа.

В отличие от Seoul или III-N, подход Lynk Labs заключался в разработке технологии AC-LED, которая сочетает всего 2 кристалла или светодиода в одной сборке или корпусе, а также соответствующую технологию драйвера для конкретного AC-LED.

"Производители осветительных приборов заинтересованы в том, чтобы предлагать продукты светодиодного освещения, а не в том, чтобы стать экспертами в области электроники или полупроводников, – – говорит Майк Мискин, генеральный директор Lynk Labs. – "Подход Lynk заключается в предоставлении комплексных решений для наших клиентов".

Технология AC-LED от Lynk Labs используется на обоих концах системы. Драйверы компании предназначены для подачи на AC-LED либо (а) постоянного напряжения, либо (б) постоянного напряжения и постоянной частоты. Устройство или сборка AC-LED предназначены для подключения к драйверу без необходимости каких-либо дополнительных инженерных работ, за исключением приспособления, предоставленного производителем светильника или конечным пользователем.

Для устройства или сборки AC-LED доступны различные конструкции, однако все они основаны на использовании драйверов AC-LED, обеспечивающих либо постоянное напряжение, либо постоянное напряжение и постоянную частоту.

С драйверами переменного тока постоянного напряжения Lynk Labs светодиоды управляются в конфигурации встречно-параллельной цепи на различных частотах в зависимости от приложения. Здесь высокочастотный / низковольтный драйвер используется для управления устройством или сборкой AC-LED, которые соответствуют драйверу постоянного напряжения. В качестве альтернативы другие устройства и сборки предназначены для прямого подключения к сети или низковольтным трансформаторам, например, используемым в ландшафтном освещении.

Емкостные светодиоды управления током

В драйверах с постоянным напряжением/постоянной частотой светодиод C 3 (светодиод с емкостным управлением током) емкостно связан с драйвером и управляется им. Конденсатор заменяет любые резистивные компоненты в системе, тем самым снижая тепловыделение и повышая эффективность.

Рис. 1а. Схема привода постоянного тока

Светодиодное устройство или сборка C 3 включает перевернутый противоположный кристалл или светодиоды со встроенным или встроенным согласующим конденсатором.

По сравнению с использованием того же кристалла в схеме на основе резистора, управляемого постоянным током, подход со светодиодами C 3 может обеспечить более высокую яркость при той же мощности (или, альтернативно, использует более низкую мощность при той же яркости), в зависимости от устройства или системы. дизайн.

Стандартное светодиодное устройство обычно питается от источника постоянного тока, и в простейшей форме схема драйвера включает резистор, обеспечивающий правильное падение напряжения на эмиттере (рис. 1а). Напротив, в подходе Lynk Lab со светодиодами C 3 используется четное количество светодиодов или кристаллов в цепи, которая также содержит конденсатор и подключена к источнику переменного тока (рис. 1b). Система разработана таким образом, чтобы оба полупериода волны переменного тока использовались эффективно.

< /tr>

Рисунок 1b — Схема C3LED

Типичное светодиодное устройство C 3 сочетает в себе 2 или более светодиодов/кристалл (количество кратно 2 или более, чтобы эффективно использовать обе половины цикла переменного тока) с конденсатором.

Майк Мискин объясняет роль конденсатора в цепи. «Подобно резистору в цепи постоянного тока, конденсатор снижает напряжение и подает необходимый ток на светодиоды в зависимости от напряжения и частоты, поступающих на конденсатор от источника переменного тока. Когда источник переменного тока, такой как сеть переменного тока или наш запатентованный Драйверы высокочастотных инверторов (технология BriteDriver от Lynk Labs) обеспечивают постоянное напряжение и постоянную частоту, конденсатор подает на светодиоды постоянный ток, а также изолирует светодиоды от других светодиодов в системе и от драйвера в случае отказа. произойти."

Хотя для обоих вышеперечисленных устройств требуются разные напряжения и токи, они оба могут быть подключены к одному и тому же драйверу AC-LED или источнику питания без необходимости в дополнительной электронике или компонентах.

Этот подход со светодиодами C 3 также улучшает управление температурой и эффективность за счет устранения резистивного компонента, который необходим в цепи постоянного тока.

Надежность системы

Есть также проблема дополнительной надежности.

Рис. 2а. Диск постоянного тока до отказа

Рисунок 2b. Привод постоянного тока после сбоя

В схеме, управляемой постоянным током, показанной на рисунке 2a, драйвер постоянного тока 24 В посылает 1,4 А через 4 параллельных цепочки светодиодов, по 350 мА на цепочку. Если одна цепочка выходит из строя (рис. 2b), драйвер по-прежнему выдает 1,4 А, что теперь означает 467 мА на каждой из оставшихся 3 цепочек.

Рис. 3a — C3LED до отказа

Рисунок 3b — C3LED после отказа

Этой явно нежелательной ситуации перегрузки по току можно избежать с помощью технологии Lynk Labs AC-LED. На рисунке 3а источник питания 12 В переменного тока обеспечивает 350 мА для каждой из четырех цепочек светодиодов C 3 , каждая из которых, в свою очередь, содержит 6 излучателей. В случае выхода из строя одной цепочки (рис. 3b) на каждую цепочку светодиодов C 3 продолжает подаваться одинаковый ток 350 мА, поскольку драйвер обеспечивает постоянное напряжение и частоту, а ток контролируется конденсатором в каждой цепочке.

Светоотдача

Предварительные результаты показывают, что подход со светодиодами C3 может обеспечить более высокую яркость при той же мощности или, наоборот, может потреблять меньше энергии для достижения того же уровня яркости. Происхождение этих результатов не совсем ясно, но частично связано с тем, что светодиоды имеют более низкую температуру перехода, поскольку они включены только в течение половины периода переменного тока.

Дальнейшая оценка и данные независимых испытаний должны подтвердить правильность подхода Lynk Labs к AC-LED.

Читайте также: