Из чего сделан блок питания телефона?

Обновлено: 21.11.2024

В жизни мастера бывают моменты, когда удобно иметь возможность подключать и питать множество USB-устройств. Конечно, вы можете использовать концентратор USB, но это может быть неудовлетворительно, если вашим устройствам требуется большой ток. Компьютер может работать, но не является самостоятельным решением.

[Джефф] и команда из Make Lehigh Valley столкнулись с этой проблемой. Они проводили урок Adafruit Trinket и нуждались в источнике питания USB для питания всех безделушек, которые собирались использовать. Как и любой производитель, они построили свою собственную USB-станцию питания, и конечный продукт, безусловно, слишком хорош для того, что им нужно (это неплохо).

Логично использовать старый компьютерный блок питания ATX для такого проекта. Эти блоки питания обычно доступны в изобилии и обеспечивают всю силу тока, которую может запросить любое разумное количество 5-вольтовых USB-устройств. Выход 5 В от блока питания ATX был подключен к 8 разъемам USB. Чтобы не отставать от находчивости проекта, эти USB-разъемы были извлечены из пары старых панелей USB-концентраторов со слотами PCI. Не удовлетворившись только выходами USB, ребята также подключили несколько разъемов типа «банан», чтобы для любого проекта, над которым они работали, были доступны 3,3, 5 и 12 вольт. В корпусе, напечатанном на 3D-принтере, все будет аккуратно и аккуратно.

В этом проекте использовалось множество переработанных деталей, и он решил проблему, с которой столкнулась группа. Если вы хотите использовать блок питания ATX для создания настольного блока питания, ознакомьтесь с этой сборкой.

26 мыслей о «Зарядное устройство для телефона Overkill, потому что, ну, а почему бы и нет?

Если вы не хотите создавать свои собственные, я настоятельно рекомендую их в качестве альтернативы. Или если вы хотите что-то немного меньше или более изысканно выглядящее (для использования на собрании или что-то в этом роде).

25 долларов США за эту модель мощностью 40 Вт или 18 долларов США за модель мощностью 25 Вт. Мне нравится, что у него съемный кабель питания.

почему из-за опыта или из-за отчаяния, я не знаю, зачем вам это делать

Я такого раньше не видел. Когда я увидел эту статью, я подумал, что хотел бы сделать то же самое сам. Но увидев, какой компактный и аккуратный анкер, я бы лучше его купил!

Недавно я прочитал о том, что блоки питания ATX сильно изменились за эти годы. Старые компьютеры (до P4?) потребляли большую часть своей мощности для материнской платы и ЦП как 5 В. Блоки питания того времени могли обеспечить здоровенные 5 В, вероятно, достаточно для адекватного питания всех этих портов.

Более современные блоки питания действительно ориентированы на 12-вольтовую шину (иногда несколько). Иногда шина 5 В сильно ограничена, потому что она действительно мало используется.

Тогда как компоненты, которым требуется 3,3 В/5 В, получают питание?

Я всегда видел шину(и) +5 В на блоке питания от 20 до 30 А. Я не думаю, что это когда-либо менялось.

+3,3 В всегда было одним и тем же за вычетом блоков питания AT, +3,3 В не использовалось на ранних клонах IBM PC.

Диски и периферийные устройства всегда получали 5 В от источника питания. Однако в былые времена ЦП и карты PCI / ISA также питались от шины 5 В. Оригинальный процессор Pentium был (если верить Википедии) последним процессором Intel, который работал при напряжении ядра 5 В, чтобы дать представление о сроках. По мере того, как процессоры становились быстрее, а транзисторы становились меньше, огромные потери мощности из-за логики 5 В становились невыносимыми, и архитектуры ЦП были вынуждены все ниже и ниже напряжения ядра — в настоящее время обычно менее 1 В. Некоторые процессоры потребляют более 100 Вт, а транспортировка 100 А на расстояние более нескольких дюймов слишком велика, поэтому современные материнские платы потребляют (относительно) низкий ток и высокое напряжение 12 В и преобразуют его на борту в 1 В или около того, что требует ЦП. Следовательно, спрос на 12 В (и, следовательно, выходной ток 12-вольтовой шины питания) вырос за последнее десятилетие, в то время как ток 5 В остался относительно постоянным. То же самое относится и к картам расширения: те, которые требуют значительного энергопотребления (например, графические процессоры), потребляют 12 В и выполняют встроенное понижающее преобразование, в то время как те, которые мало потребляют, могут воспользоваться преимуществами энергосбережения и уменьшения размера кристалла. рабочее напряжение 5 В и питание от вспомогательной шины 3,3 В PCIe. 5 В довольно хорошо подходят для USB и накопителей, и вам обычно не нужно столько тока для них.

Что касается напряжения 3,3 В, оно по-прежнему питает многие низкоуровневые компоненты материнской платы (чипсет и прочее), а также питает карты PCI последнего поколения, а также некоторые карты PCIe с низким энергопотреблением, как упоминалось выше. Тем не менее, я подозреваю, что из шин, обеспечиваемых источником питания ATX, 3,3 В обычно являются вторым наименее используемым — возможно, вторым после -12 В, которое, я думаю, в настоящее время питает только приемопередатчики RS232. Но индустрия продолжает намекать, что твердотельные накопители на 3,3 В должны стать популярными со дня на день, так что, возможно, это скоро изменится.

Не совсем так.
Вот технические характеристики одного блока питания текущего поколения, который является репрезентативным для многих:
+3,3 В: 20 А, +5,0 В: 20 А, +12 В: 35,5 А, -12 В: 0,8 А
Если вам интересно, это от Corsair CS450M.

Как видите, на шине +5 В имеется большой ток.

Хорошо, только что взял с полки 200-ваттный блок питания AT эпохи Pentium 1:

+5В при 4,0-20,0А
+12В при 1,6-8,0А
-5В при 0,1-0,5А
-12В при 0,1-0,5А

Я полагаю, что диапазоны тока обусловлены тем, что каждая шина нуждается в значительной нагрузке, чтобы правильно регулировать напряжение. Вот почему я всегда думал, что такой хак не сработает, и почему я никогда не использовал блок питания ПК в проекте. Что-то изменилось?

Во всяком случае, вы можете видеть, что от обоих блоков питания доступно одинаковое количество = мощности при напряжении 5 В, но эта мощность _уменьшилась_ пропорционально общей мощности блока питания по сравнению с 12 В (и добавлением 3,3 В). .

Если у вас есть мобильное устройство или ноутбук, очевидно, что вам необходимо регулярно через частые промежутки времени заряжать его. Однако прикасались ли вы когда-нибудь к зарядному устройству во время цикла зарядки? Скорее всего, если у вас есть, то вы, несомненно, заметили, что зарядное устройство рассеивает много тепла, что вполне разумно и не о чем беспокоиться. Прежде чем мы перейдем к тому, почему зарядные устройства так сильно нагреваются, мы должны предоставить технический обзор внутренней работы зарядных устройств, используемых для мобильных телефонов и ноутбуков.

(Изображение предоставлено Pixabay)

Рекомендуемое видео для вас:

Импульсный источник питания (SMPS)

Зарядные устройства, которые мы используем для мобильных устройств или ноутбуков, — это не обычные розетки, которые обеспечивают соединение между блоком питания и устройством. Это устройство известно как импульсный источник питания (SMPS), электронный источник питания, который включает в себя импульсный стабилизатор, используемый для эффективного преобразования источника электроэнергии. SMPS обычно используются для преобразования источников питания переменного или постоянного тока в нагрузки постоянного тока (например, мобильные телефоны и ноутбуки) при изменении характеристик напряжения и тока. Он делает это путем постоянного переключения между полностью включенным и полностью выключенным состояниями, отсюда и название «Импульсный источник питания». Теперь давайте рассмотрим различные этапы, чтобы определить, как SMPS преобразует мощность переменного тока в полезную мощность постоянного тока для электронного устройства.

(Фото предоставлено Хансом Хаазе/Wikimedia Commons)

Входной выпрямитель и инвертор

Когда SMPS получает вход переменного тока от настенной розетки, основное внимание уделяется преобразованию входа в постоянный ток. Этот процесс известен как ректификация. Выпрямитель в конечном итоге дает выходной сигнал в виде нерегулируемого постоянного напряжения. Затем это невыпрямленное постоянное напряжение подается на конденсатор. Ток, потребляемый от основного источника питания схемой выпрямителя, возникает короткими импульсами вокруг пиков переменного напряжения. SMPS, предназначенный для входа переменного тока, также может работать от источника постоянного тока, поскольку постоянный ток будет проходить через выпрямитель без изменений.

(Фото: английская Википедия/Викисклад)

Стадия инвертора процесса включает преобразование постоянного тока в переменный либо напрямую (если источником является источник постоянного тока), либо после завершения вышеупомянутой стадии выпрямления путем пропускания его через генератор мощности. Генератор мощности состоит из небольшого выходного трансформатора с очень небольшим количеством обмоток. Эти обмотки имеют частоту от нескольких десятков до сотен килогерц. Частота, выбранная по умолчанию, в основном выше 20 кГц. Постоянное переключение выполняется MOSFET. Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET, MOS-FET или MOS FET) представляет собой тип полевого транзистора (FET), который чаще всего изготавливается путем контролируемого окисления кремния. Он имеет изолированный затвор, напряжение которого определяет проводимость устройства. Эта способность изменять проводимость в зависимости от величины приложенного напряжения может использоваться для усиления или переключения электронных сигналов. Он используется как транзистор, который может работать как с низким напряжением, так и с высоким током.

Преобразователь напряжения и выходной выпрямитель

Если выход должен быть выпрямлен от входа, как это обычно бывает в основных источниках питания, инвертированный переменный ток используется для питания первичной обмотки высокочастотного трансформатора (присутствует в генераторе мощности).Это преобразует напряжение вверх или вниз до требуемого выходного уровня на его вторичной обмотке. Выходной трансформатор на блок-схеме служит этой цели. Если требуется выход постоянного тока, выход переменного тока трансформатора (в генераторе мощности) должен быть выпрямлен. Для выходных напряжений выше десяти вольт хватит обычных кремниевых диодов. Для более низких напряжений в качестве выпрямительных диодов используются диоды Шоттки. Диоды Шоттки имеют характерную особенность работы при низком прямом напряжении и очень быстрое переключение. Они также обладают уникальным набором преимуществ: более быстрое время восстановления, чем у кремниевых диодов, и более низкое падение напряжения при проведении. Для еще более низких выходных напряжений полевые МОП-транзисторы можно использовать в качестве синхронных выпрямителей; по сравнению с диодами Шоттки они имеют еще более низкое падение напряжения в проводящем состоянии. В конце выпрямленный выходной сигнал сглаживается фильтром, состоящим из конденсатора и катушек индуктивности.

(Фото: Jjbeard/Wikimedia Commons)

Причина нагрева

Нагрев зарядного устройства происходит главным образом как побочный продукт упомянутого выше процесса преобразования энергии. Простой способ преобразования мощности состоит в том, чтобы преобразовать напряжение переменного тока в постоянный ток через диодный мост (который всегда связан с некоторыми потерями тепла) и фильтр (чтобы сгладить пульсации от источника переменного тока) и запустить его в «линейный» регулятор. . Линейный регулятор работает, используя обратную связь, заставляя транзистор действовать как переменный резистор. Резистор — это компонент, который превращает энергию в тепло. Ваш телефон получит необходимые ему 5 В, но транзистору придется «потреблять» остальные 105 В в виде тепла. В результате эффективность составляет менее 5 %, что совершенно нецелесообразно для использования с телефоном.

Следующий метод, на который стоит обратить внимание, – это питание переменного тока и подключение его к трансформатору, который будет выдавать более низкое напряжение. Это более низкое напряжение может быть выпрямлено и отправлено на регулятор того же типа, который должен понизиться всего на пару вольт. Трансформатор очень эффективен, в то время как диоды немного менее эффективны, чем при более высоком напряжении, но большой выигрыш идет от падения 105 В в регуляторе до 2-3 В или меньше. Таким образом, это может быть 60-80% эффективности. Основным недостатком является то, что трансформеры могут быть громоздкими и большими, если вы хотите, чтобы они были продуктивными.

Последний способ – использовать переключающий преобразователь. Если вы подадите напряжение на переключатель и будете регулярно включать и выключать его с четным периодом, вы обнаружите, что средний выход равен половине входного. Единственная проблема заключается в том, что вы получаете большую прямоугольную волну, которая идет от полного напряжения до нуля. Однако пропустите это через хороший фильтр, и в результате получится половина входного напряжения постоянного тока. Итак, в нашем случае мы преобразовываем входное напряжение в постоянное, пропускаем его через переключатель, фильтруем, и на выходе получается любое желаемое напряжение с почти 100% эффективностью, в зависимости от времени включения и выключения переключателя. Конечно, настоящий переключатель будет переключаться слишком медленно, потребуется большая схема фильтра и он быстро изнашивается. Таким образом, мы используем электронный переключатель, где SMPS оказывается эффективным. Только для небольшой части процесса преобразования импульсный блок питания может иметь КПД 95% или около того, но даже в этом случае есть некоторая неэффективность, из-за которой неизбежно выделяется некоторое количество тепла.

В розетках в вашем доме используется переменный ток, а зарядному устройству для телефона нужен постоянный ток. Как перейти от переменного тока к постоянному? В этой простой демонстрации показано, как это сделать.

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

Начнем с того, что на создание этого поста меня вдохновила потрясающая демонстрация по физике, которую я видел в отделении Северной Каролины Американской ассоциации учителей физики. Версия демо (которую я покажу ниже) была создана школьным учителем физики Джеффом Регестером. Фактически, вы можете увидеть его страницу об адаптерах питания переменного тока здесь (включая эту демонстрацию).

Переменный ток и постоянный ток

Вы не можете жить без зарядного устройства для смартфона. Я это понимаю. Однако зарядному устройству требуется источник постоянного тока. DC означает постоянный ток (это означает, что вы не можете сказать «постоянный ток» — это все равно, что сказать «постоянный ток»). Это тип тока, который вы получаете, когда подключаете аккумулятор к лампочке. Это означает, что ток движется в одном направлении в цепи и, надеюсь, ток в основном постоянный. Многим устройствам в вашем доме требуется постоянный ток.

Когда вы включаете что-то в розетку в своем доме, вы не получаете постоянный ток. Бытовые розетки переменного тока.Этот ток имеет частоту 60 Гц и будет выглядеть примерно так (если вы начертите ток как функцию времени).

Этот переменный ток прекрасно работает с чем-то вроде лампы накаливания, но не очень подходит для аккумулятора вашего смартфона.

Но почему мы используем переменный ток вместо постоянного? Есть две причины. Во-первых, если у вас есть переменный ток, вы можете легко изменить напряжение с помощью трансформатора (по сути, это всего лишь две катушки провода с разным количеством витков). Во-вторых, с переменным током вы можете использовать очень высокое напряжение для передачи по линии электропередач. Высокие напряжения означают низкие токи в линиях электропередач. Оказывается, вы теряете много энергии, когда у вас есть большие токи в передаче. Итак, переменный ток позволяет более легко распределять электроэнергию на большие расстояния.

Мостовой выпрямитель

Если бы только можно было взять источник переменного тока и получить постоянный ток. Ну конечно есть - мостовой выпрямитель. На самом деле это довольно простая схема, но она зависит от одного ключевого элемента — диода. Диод — это твердотельное устройство, которое, по сути, выполняет только одну функцию. Когда ток проходит через диод в одном направлении, диода как будто и нет. Когда ток проходит через диод в противоположном направлении, он имеет почти бесконечное сопротивление. Эффект состоит в том, что ток может проходить через диод только в одном направлении. Это как односторонний клапан на водопроводной трубе, только для тока.

Если у меня есть источник переменного тока, я могу сделать его более похожим на постоянный ток с помощью этой схемы.

Когда источник переменного тока имеет направление переключения тока, путь через диоды меняется. Результатом этого мостового выпрямителя является то, что выходные провода всегда положительны с одной стороны и отрицательны с другой. Если бы вы могли измерить этот ток, выходящий из мостового выпрямителя, он выглядел бы так.

Это все еще не DC, но стало лучше.

Теперь давайте перейдем к демонстрации. Джефф Регестер сделал мостовой выпрямитель с одним небольшим изменением. Вместо диодов он использовал диоды - светоизлучающие диоды (LED). Да, светодиод - это диод. Результатом использования светодиодов вместо диодов является то, что вы можете видеть, через какие провода в цепи проходит ток. Конечно, если вы используете это с сигналом 60 Гц, это довольно сложно увидеть. В этом примере видео источник имеет частоту всего 3 Гц.

Я же говорил вам, что это было потрясающе. Но ждать! Есть еще кое-что. Вы можете получить еще лучший выход постоянного тока, если используете конденсатор. Основная идея заключается в том, что конденсатор подключен параллельно выходу. Когда ток от выпрямителя высок, он будет заряжать этот конденсатор. Когда выходное напряжение становится ниже напряжения конденсатора, конденсатор разряжается, сохраняя высокий ток. В некотором смысле, это "сглаживает" течение.

В следующей демонстрации вы можете увидеть, что происходит с выходом выпрямителя при добавлении конденсатора.

Как я уже сказал, это довольно круто. Это отличная демонстрация. Есть только одна маленькая проблема. Вы можете легко (и дешево) создать такую же демонстрацию. Единственное, что недешево, — это генератор функций, который вам понадобится, чтобы снизить частоту источника переменного тока примерно до 3 Гц. Джефф предлагает заменить функциональный генератор только ручным источником переменного тока, переключая провода на батарее туда и обратно.

Настоящие преобразователи переменного тока в постоянный

Некоторые люди называют эти преобразователи переменного тока в постоянный "настенными бородавками", поскольку они подключены повсюду. Что, если разобрать одну из этих вещей? Просто чтобы вы знали, эти вещи не всегда так легко разобрать. Мне пришлось использовать ножовку, чтобы открыть один. Вот как это выглядит внутри.

Это прямо здесь. Четыре диода и один конденсатор. Это не становится проще, чем это, но это может стать более сложным. В новых и меньших преобразователях переменного тока в постоянный часто используются другие методы для получения постоянного тока. Однако с этими старыми преобразователями стиля вы можете увидеть проблему. Источник переменного тока подключается непосредственно к катушке. Затем эта катушка индуцирует ток в другой катушке для изменения выходного напряжения. Но что происходит, когда вы отключаете устройство постоянного тока от преобразователя? Катушка переменного тока все еще подключена к розетке переменного тока. Эти вещи все еще тянут ток (но не так сильно). Некоторые люди называют эти преобразователи электрическими вампирами, поскольку они тратят энергию впустую.

Тем не менее, мостовой выпрямитель довольно прост для понимания, а версия со светодиодами представляет собой отличную демонстрацию.

Ламповый источник питания высокого напряжения. Он способен подавать +/- 1500 В постоянного тока с выходным током 0–100 мА.

Трансформер

Трансформатор — это статическое устройство, которое передает электрическую энергию от первичной обмотки к вторичной обмотке, не влияя на частоту. Он используется для повышения или понижения уровня напряжения переменного тока и изолирует оставшуюся часть электронной системы от источника переменного тока.

Первичная обмотка трансформатора подключена к источнику переменного напряжения, который вырабатывает переменный ток, а вторичная обмотка подключена к нагрузке. Первичная и вторичная обмотки физически не связаны друг с другом, но из-за электромагнитной индукции по закону Фарадея во вторичной обмотке возникает наведенное напряжение.

Существуют три основные функции трансформаторов, а именно: повышение напряжения, понижение напряжения и обеспечение изоляции между первичной и вторичной цепями.

Простой блок питания, используемый в настольных компьютерах. Этот блок обеспечивает регулируемое напряжение, необходимое для правильной работы компьютера.

ATX, CC BY-SA 2.0, через wikimedia commons

Источник питания — это электронная схема, которая преобразует напряжение переменного тока (AC) в напряжение постоянного тока (DC). В основном он состоит из следующих элементов: цепи трансформатора, выпрямителя, фильтра и регулятора. Блоки питания (БП) используются в компьютерах, радиолюбительских передатчиках и приемниках и во всей другой электронной аппаратуре, использующей в качестве входа постоянное напряжение. Источник бесперебойного питания необходим для компьютеров, на которых время от времени хранятся энергозависимые данные. Помимо защиты компьютера от внезапного отключения, это предотвращает повреждение данных из-за сбоя питания или низкого напряжения.

Выпрямитель

Выпрямитель — это устройство, используемое для преобразования мощности переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Основным выпрямителем является диод. Этот диод представляет собой однонаправленное устройство, которое работает как выпрямитель в прямом направлении. Три основные схемы выпрямления с использованием диодов: полуволновая, двухполупериодная с отводом от средней точки и двухполупериодная мостовая схема.

Назначение заземляющих выпрямителей

Трансформатор изолирует вторичную обмотку от первичного источника. Первичный источник может быть заземлен, но ваша вторичная обмотка не заземлена, потому что они не подключены. Вторичная обмотка не привязана ни к какому потенциалу. Заземление дает вторичной цепи только опорный потенциал.

Фильтр

Фильтр источника питания используется для предотвращения появления пульсаций на выходе. Он предназначен для преобразования пульсирующего постоянного тока от цепей выпрямителя в достаточно плавный уровень постоянного тока. Двумя основными типами фильтров источника питания являются емкостной фильтр (C-фильтр) и резисторно-конденсаторный фильтр (RC-фильтр). С-фильтр — самый простой и экономичный фильтр. С другой стороны, RC-фильтр используется для уменьшения количества пульсаций напряжения на емкостном фильтре. Его основная функция состоит в том, чтобы пропустить большую часть составляющей постоянного тока, одновременно ослабляя составляющую переменного тока сигнала. RC-фильтр состоит из резисторов и конденсаторов. RC-фильтры используются для фильтрации сигнала, просто блокируя одни частоты и пропуская другие. Обычными RC-фильтрами являются фильтры высоких частот и фильтры нижних частот.

Пульсация и коэффициент пульсации

Пульсация – это нежелательная переменная составляющая сигнала после выпрямления. Это нежелательно, поскольку может разрушить или повредить груз. Это основная причина, по которой в блоке питания устанавливаются фильтры - для предотвращения высоких пульсаций. Работа фильтра состоит в том, чтобы сгладить сигнал и подавить компонент переменного тока или его вариации. Коэффициент пульсаций представляет собой отношение среднеквадратичного значения пульсаций напряжения к значению постоянной составляющей выходного напряжения. Иногда это выражается в процентах или в размахе значений. Коэффициент пульсаций определяет эффективность фильтра, используемого в цепи.

Читайте также: