AC 어댑터 - AC adapter

가정용 게임 콘솔 용 "벽 사마귀"유형 AC 어댑터
Lenovo 노트북 용 AC 어댑터
내부 어댑터 회로

AC 어댑터 , AC / DC 어댑터 , 또는 AC / DC 변환기 [1] 의 외부의 일종 전원 종종 유사한 경우에 둘러싸인, AC 플러그 . 다른 일반적인 이름으로는 플러그 팩 , 플러그인 어댑터 , 어댑터 블록 , 가정용 전원 어댑터 , 라인 전원 어댑터 , 벽면 사마귀 , 전원 장치전원 어댑터가 있습니다. 배터리 구동 장치 용 어댑터는 다음과 같이 설명 될 수있다 충전기 또는 rechargers (참고 충전기). AC 어댑터는 필요 전기 장치에 사용되는 전력을 하지만, 내부 포함하지 않는 구성 요소를 요구 유도하기 위해 전압 에서 전원 주 전원을 . 외부 전원 공급 장치 의 내부 회로 는 내장 또는 내부 공급 장치에 사용되는 설계와 매우 유사합니다.

외부 전원 공급 장치는 전력을 다른 소스와 함께 장비를 모두를 사용하는 전지 에 연결시 공급이, 때때로 장치를 구동 할뿐만 아니라, 배터리를 충전 할 수 -powered 장비.

외부 전원 공급 장치의 사용은 내부 전력 성분의 첨가없이 벌크 전원 또는 배터리에 의해 어느 전원 장치의 휴대 성을 허용하고, 단지 소정의 전원에 사용 장비를 제조하는 것이 필요하게; 동일한 장치는 다른 어댑터 를 사용하여 120VAC 또는 230VAC 주전원, 차량 또는 항공기 배터리에서 전원을 공급받을 수 있습니다 . 이러한 설계의 또 다른 장점은 안전성을 높일 수 있다는 것입니다. 위험한 120 또는 240V 주전원은 벽면 콘센트에서 더 낮고 안전한 전압으로 변환되고 사용자가 취급하는 기기는이 더 낮은 전압으로 전원이 공급되기 때문입니다.

작동 모드

간단한 비 조절 선형 DC 공급 회로를 나타 내기 위해 분해 된 AC 어댑터 : 변압기, 브리지 정류기의 4 개 다이오드 파형을 평활화하기 위한 전해 커패시터

본래, 대부분의 AC / DC 어댑터이었다 선형 전력 공급 함유 변압기 변환하는 메인 전기 저전압하는 전압을 정류 로 변환 DC 맥동 잔차와 DC의 맥동 파형을 평활화하는 필터, 리플 유사 전원이 공급되는 장치에 영향을주지 않을만큼 작습니다. 장치의 크기와 무게는 주로 변압기에 의해 결정되었으며, 이는 다시 전원 출력과 주전원 주파수에 의해 결정되었습니다.. 장치가 너무 크고 무거운 만든 몇 와트 이상 등급은 물리적으로 콘센트에 의해 지원된다. 이 어댑터의 출력 전압은 부하에 따라 다릅니다. 보다 안정적인 전압이 필요한 장비를 위해 선형 전압 조정기 회로가 추가되었습니다. 변압기와 선형 레귤레이터의 손실은 상당했습니다. 효율은 상대적으로 낮았으며 부하를 구동하지 않을 때에도 상당한 전력이 열로 소실되었습니다.

21 세기 초반, SMPS ( Switched-Mode Power Supply )는 이러한 목적을 위해 거의 유비쿼터스가되었습니다. 주전원 전압은 고주파에서 작동하는 변압기를 포함하고 원하는 전압에서 직류를 출력하는 스위칭 회로를 구동하는 높은 직류 전압으로 정류됩니다. 고주파 리플은 주전원 주파수보다 더 쉽게 필터링됩니다. 높은 주파수의 손실을 감소시킨다 변압기 작게 할 수; 스위칭 레귤레이터는 더 효율적인 선형 레귤레이터보다 수있다. 결과는 훨씬 더 효율적으로, 작고 가벼운 장치입니다. 변압기가 여전히 갈바닉 절연을 제공하기 때문에 이전 선형 회로에서와 같이 안전이 보장됩니다 .

선형 회로는 특정하고 좁은 범위의 입력 전압 (예 : 220–240 VAC)에 맞게 설계되어야하며 주파수 (일반적으로 50 또는 60Hz)에 적합한 변압기를 사용해야하지만 스위치 모드 공급 장치는 효율적으로 작동 할 수 있습니다. 매우 광범위한 전압 및 주파수; 단일 100–240VAC 장치는 전 세계 거의 모든 주 전원 공급을 처리합니다.

그러나 매우 신중하게 설계하고 적절한 구성 요소를 사용하지 않는 한 스위칭 어댑터는 부분적으로 복잡한 회로와 반도체 사용으로 인해 이전 유형보다 실패 할 가능성이 높습니다. 제대로 설계되지 않은 경우 이러한 어댑터는 번개 , 짧은 주 전원 과전압 (때로는 동일한 전원 회로 백열등이 고장 나서 발생 함 ), 구성 요소 성능 저하 등으로 인해 발생할 수있는 일시적인 과부하와 같은 과부하로 인해 쉽게 손상 될 수 있습니다 . 매우 일반적인 모드 고장의 원인은 동등한 직렬 저항갖는 전해 커패시터사용하기 때문입니다.(ESR) 나이가 들면서 증가합니다. 스위칭 레귤레이터는 높은 ESR에 매우 민감합니다 (이전 선형 회로도 전해 커패시터를 사용했지만 성능 저하의 영향은 훨씬 적습니다). 잘 설계된 회로는 커패시터의 ESR, 리플 전류 정격, 펄스 작동 및 온도 정격에주의를 기울입니다. [2]

많은 저렴한 스위치 모드 AC 어댑터는 전자기 간섭에 대한 적절한 필터링 및 / 또는 차폐를 구현하지 않습니다.그들이 생성하는. 이러한 고속, 고 에너지 스위칭 설계의 특성은 이러한 예방 조치가 구현되지 않을 때 상대적으로 높은 에너지 고조파가 생성되어 스펙트럼의 무선 부분으로 방사 될 수 있다는 것입니다. RF 에너지의 양은 일반적으로 주파수에 따라 감소합니다. 따라서, 예를 들어 1 메가 헤르츠 영역의 중파 (US AM) 방송 대역에서의 간섭이 강할 수있는 반면, 100 메가 헤르츠 부근의 FM 방송 대역과의 간섭은 상당히 적을 수 있습니다. 거리가 중요한 요소입니다. 간섭이 라디오 수신기에 가까울수록 더 강해집니다. 수신 안테나가 방사형 AC 어댑터에 매우 가까우면 기가 헤르츠 범위의 Wi-Fi 수신도 저하 될 수 있습니다. 특정 AC 어댑터에서 간섭이 발생하는지 여부는 문제가있는 무선 대역에서 수신되는 간섭의 양을 관찰하면서 의심되는 어댑터의 플러그를 뽑아 간단히 확인할 수 있습니다. 현대적인 가정 또는 비즈니스 환경에서는 여러 개의 AC 어댑터를 사용할 수 있습니다. 이러한 경우에는 모두 분리 한 다음 범인 또는 범인을 찾을 때까지 하나씩 다시 연결하십시오.

장점

외부 AC 어댑터는 소형 또는 휴대용 전자 장치에 전원을 공급하는 데 널리 사용됩니다. 장점은 다음과 같습니다.

  • 안전 – 외부 전원 어댑터를 사용하면 제품 설계자가 안전 문제에 대해 걱정하지 않아도됩니다. 이러한 유형의 장비 대부분은 내부적 으로 안전 위험이 되지 않을 정도로 낮은 전압 만 사용 하지만 전원 공급 장치는 반드시 위험한 주 전압을 사용해야합니다. 외부 전원 공급 장치를 사용하는 경우 (일반적으로 전원 커넥터, 종종 동축 유형을 통해 ) 인클로저 내부의 위험한 전압을 염려하여 장비를 설계 할 필요가 없습니다. 이는 특히 내부 전기 부품이 파손되거나 노출 될 수있는 경량 케이스가있는 장비와 관련이 있습니다.
  • 열 감소 – 열은 전자 부품의 신뢰성과 수명을 줄이며 민감한 회로가 부정확하거나 오작동을 일으킬 수 있습니다. 별도의 전원 공급 장치가 장치에서 열원을 제거합니다.
  • 전기적 잡음 감소 – 방사 된 전기적 잡음은 거리의 제곱에 따라 떨어지기 때문에 잠재적으로 잡음이있는 AC 라인 전원 또는 자동차 전원을 외부 어댑터에서 안전한 거리에있는 "깨끗한"필터링 된 DC로 변환하는 것이 제조업체의 이점입니다. 잡음에 민감한 회로.
  • 무게 및 크기 감소 – 충전식 배터리로 전원이 공급되는 장비에서 전원 구성 요소와 전원 연결 플러그를 제거하면 휴대해야하는 무게와 크기가 줄어 듭니다.
  • 손쉬운 교체 – 전원 공급 장치는 전력 스파이크에 노출되고 내부에서 발생하는 폐열 로 인해 다른 회로보다 고장이 발생하기 쉽습니다 . 전원 공급 장치를 수리 할 필요없이 사용자가 외부 전원 공급 장치를 빠르게 교체 할 수 있습니다.
네 가지 AC 플러그 시스템을 지원하는 AC 어댑터
  • 다양한 구성 – 외부에서 전원이 공급되는 전자 제품은 필요에 따라 다양한 전원 (예 : 120VAC, 240VAC, 12VDC 또는 외부 배터리 팩)과 함께 사용하여 현장에서 또는 여행시 편리하게 사용할 수 있습니다.
  • 단순화 된 제품 재고, 유통, 및 인증 - 판매 및 전원의 넓은 범위에서 전원을 공급해야 국제적으로 사용되며, 일반적으로 국가 또는 지역으로 고가의 인증을 필요로하는, 여러 국가에 제품 안전 규정을 충족해야하는 전자 제품 안전 기관 등을 같은 보험업자 연구소 또는 TECHNISCHER Überwachungsverein . 여러 시장에서 단일 버전의 장치를 사용할 수 있으며, 다른 외부 전원 공급 장치에 따라 서로 다른 전원 요구 사항을 충족하므로 하나의 장치 버전 만 제조, 비축 및 테스트하면됩니다. 장치의 디자인이 시간이 지남에 따라 수정되는 경우 (빈번하게 발생) 전원 공급 장치 디자인 자체를 다시 테스트 할 필요가 없습니다 (반대의 경우도 마찬가지).
  • 정전압은 컴퓨터랩톱에 사용되는 특정 유형의 어댑터에 의해 생성됩니다 . 이러한 유형의 어댑터를 일반적으로 제거기라고합니다.

문제점

분리 가능한 AC 코드가 있는 "파워 브릭"인라인 구성

소비자를 대상으로 한 설문 조사에 따르면 전자 기기에 사용되는 전원 어댑터의 풍부함으로 인한 비용, 불편, 낭비에 대한 불만이 만연해있었습니다. [3] 공상 과학 소설 작가이자 풍자가 인 Douglas Adams 는 전원 어댑터의 혼란과 혼란을 한탄하고 더 많은 표준화를 요구하는 에세이를 썼습니다. [4]

능률

여전히 사용할 수있는 수백만 개의 AC 전원 어댑터는 새 장비와의 호환성이 좋지 않거나 알려지지 않았기 때문에 매년 폐기됩니다.

The issue of inefficiency of some power supplies has become well known, with U.S. president George W. Bush referring in 2001 to such devices as "Energy Vampires".[5] Legislation is being enacted in the EU and a number of U.S. states, to reduce the level of energy wasted by some of these devices. Such initiatives include standby power and the One Watt Initiative.

하지만 [ 누구? ] 은 이러한 비효율적 인 장치는 저전력 (예 : 소형 배터리 충전기에 사용되는 장치 )이므로 효율이 낮더라도 소비하는 에너지 양은 가정용 전기 에너지 소비량의 1 % 미만이라고 주장했습니다. [ 인용 필요 ]

소형 전자 장 비용 전원 공급 장치의 총 효율을 고려할 때 구형 주 주파수 선형 변압기 기반 전원 공급 장치는 2002 년 보고서에서 효율이 20 ~ 75 %이며 전원을 켰지 만 공급하지 않는 경우에도 상당한 에너지 손실이있는 것으로 나타났습니다. 힘. SMPS ( Switched-Mode Power Supply )는 훨씬 더 효율적입니다. 좋은 디자인은 80-90 % 효율적일 수 있으며 훨씬 더 작고 가볍습니다. 2002 년에 저전력 소비자 전자 장치에 일반적으로 사용되는 대부분의 외부 플러그인 "벽 사마귀"전원 어댑터 는 선형 설계 였을뿐만 아니라 일부 장비에 내장 된 공급 장치였습니다.

External supplies are usually left plugged in even when not in use, and consume from a few watts to 35 watts of power in that state. The report concluded that about 32 billion kilowatt-hours (kWh) per year, about 1% of total electrical energy consumption, could be saved in the United States by replacing all linear power supplies (average efficiency 40–50%) with advanced switching designs (efficiency 80–90%), by replacing older switching supplies (efficiencies of less than 70%) with advanced designs (efficiency of at least 80%), and by reducing standby consumption of supplies to not more than 1 watt.[6]

Since the report was published, SMPSs have indeed replaced linear supplies to a great extent, even in wall warts. The 2002 report estimated that 6% of electrical energy used in the U.S. "flows through" power supplies (not counting only the wall warts). The website where the report was published said in 2010 that despite the spread of SMPSs, "today's power supplies consume at least 2% of all U.S. electricity production. More efficient power supply designs could cut that usage in half".[7]

Since wasted electrical energy is released as heat, an inefficient power supply is hot to the touch, as is one that wastes power without an electrical load. This waste heat is itself a problem in warm weather, since it may require additional air conditioning to prevent overheating, and even to remove the unwanted heat from large supplies.

Universal power adapters

A six-way connector on a "universal" DC power supply, consisting of a four-way X connector and two separate individual connectors (one is the nine-volt battery connector). The X-connector here provides 3.5 and 2.5 mm phone plugs and two sizes of coaxial power connector

External power adapters can fail, and can become separated from the product they are intended to power. Consequently, there is a market for replacement adapters. The replacement must match input and output voltages, match or exceed current capability, and be fitted with a matching connector. Many electrical products are poorly labeled with information concerning the power supply they require, so it is prudent to record the specifications of the original power supply in advance, to ease replacement if the original is later lost. Careful labeling of power adapters can also reduce the likelihood of a mixup which could cause equipment damage.

Some "universal" replacement power supplies allow output voltage and polarity to be switched to match a range of equipment.[8] With the advent of switch-mode supplies, adapters which can work with any voltage from 110 VAC to 240 VAC became widely available; previously either 100–120 VAC or 200–240 VAC versions were used. Adapters which can also be used with motor vehicle and aircraft power (see EmPower) are available.[9]

Four-way X connectors or six-way star connectors, also known as spider connectors, with multiple plug sizes and types are common on generic power supplies. Other replacement power supplies have arrangements for changing the power connector, with four to nine different alternatives available when purchased in a set. RadioShack sells universal AC adapters of various capacities, branded as "Enercell Adaptaplug", and fitted with two-pin female sockets compatible with their Adaptaplug connector lineup. This allows many different configurations of AC adapters to be put together, without requiring soldering. Philmore and other competing brands offer similar AC adapters with interchangeable connectors.

The label on a power supply may not be a reliable guide to the actual voltage it supplies under varying conditions. Many low-cost power supplies are "unregulated", in that their voltage can change considerably with load. If they are lightly loaded, they may put out much more than the nominal "name plate" voltage, which could damage the load. If they are heavily loaded, the output voltage may droop appreciably, in some cases well below the nominal label voltage even within the nominal rated current, causing the equipment being supplied to malfunction or be damaged. Supplies with linear (as against switched) regulators are heavy, bulky, and expensive.

Modern switched-mode power supplies (SMPSs) are smaller, lighter, and more efficient. They put out a much more constant voltage than unregulated supplies as the input voltage and the load current vary. When introduced, their prices were high, but by the early 21st century the prices of switch-mode components had dropped to a degree which allowed even cheap supplies to use this technology, saving the cost of a larger and heavier mains-frequency transformer.

Auto-sensing adapters

Some universal adapters automatically set their output voltage and maximum current according to which of a range of interchangeable tips is fitted; tips are available to fit and supply appropriate power to many notebook computers and mobile devices. Different tips may use the same connector, but automatically supply different power; it is essential to use the right tip for the apparatus being powered, but no switch needs to be set correctly by the user. The advent of switch-mode power supplies has allowed adapters to work from any AC mains supply from 100 to 240 V with an appropriate plug; operation from standard 12 V DC vehicle and aircraft supplies can also be supported. With the appropriate adapter, accessories, and tips, a variety of equipment can be powered from almost any source of power.

A "Green Plug" system has been proposed, based on USB technology, by which the consuming device would tell the external power supply what kind of power is needed.[10]

Laptop charger

External switched mode power supply for a laptop by Hewlett Packard

In early laptop computers, the power supply units were internal like in desktop computers. To facilitate portability by sparing physical space and reducing the weight, power supply units were externalized.[11]

When a laptop computer is operated while recharging, the integrated circuitry which controls the charging makes use of a power supply unit's remaining electrical current capacity. This allows supplying the device's components with power during usage while maintaining an uncompromised constant charging speed.

Use of USB

Common sizes of USB AC adapters

The USB connector (and voltage) has emerged as a de facto standard in low-power AC adapters for many portable devices. In addition to serial digital data exchange, the USB standard also provides 5 VDC power, up to 500 mA (900 mA over USB 3.0). Numerous accessory gadgets ("USB decorations") were designed to connect to USB only for DC power and not for data interchange. The USB Implementers Forum in March, 2007 released the USB Battery Charging Specification which defines, "...limits as well as detection, control and reporting mechanisms to permit devices to draw current in excess of the USB 2.0 specification for charging ...".[12] Electric fans, lamps, alarms, coffee warmers, battery chargers, and even toys have been designed to tap power from a USB connector. Plug-in adapters equipped with USB receptacles are widely available to convert 120 VAC or 240 VAC power or 12 VDC automotive power to 5 VDC USB power (see photo at right).

The trend towards more-compact electronic devices has driven a shift towards the micro-USB and mini-USB connectors, which are electrically compatible in function to the original USB connector but physically smaller.

In 2012, a USB Power Delivery Specification was proposed to standardize delivery of up to 100 watts, suitable for devices such as laptop computers that usually depend on proprietary adapters.

Standards

The ITU published Recommendation ITU-T L.1000, "Universal power adapter and charger solution for mobile terminals and other hand-held ICT devices", which specifies a charger similar in most respects to that of the GSMA/OMTP proposal and to the European Common external power supply. The ITU recommendation was expanded and updated in June, 2011.[13] The hope is to markedly reduce the profusion of non-interchangeable power adapters.

The European Union defined a Common external power supply for "hand-held data-enabled mobile phones" (smartphones) sold from 2010, intended to replace the many incompatible proprietary power supplies and eliminate waste by reducing the total number of supplies manufactured. Conformant supplies deliver 5 VDC via a micro-USB connector, with preferred input voltage handled ranging from 90 to 264 VAC.

In 2006 Larry Page, a founder of Google, proposed a 12 V and up to 15 A standard for almost all equipment requiring an external converter, with new buildings fitted with 12 VDC wiring, making external AC-to-DC adapter circuitry unnecessary.[14][15]

IEC has created a standard for interchangeable laptop power supplies, IEC 62700 (full name "IEC Technical Specification 62700: DC Power supply for notebook computer"), which was published on February 6, 2014.

See also

References

  1. ^ Lee, Richard M.L. "U.S. Patent 5245220". USPTO. Google Patents.
  2. ^ Article on capacitor ESR and its effects
  3. ^ Morrison, David. "Survey Finds Consumers Grow Weary of Wall Warts". Power Electronics Technology. Penton Media, Inc. Archived from the original on 15 July 2011. Retrieved 2011-06-03.
  4. ^ Adams, Douglas. "Dongly things". douglasadams.com. The Digital Village, Ltd. Archived from the original on 11 June 2011. Retrieved 2011-06-03.
  5. ^ Bush Takes Aim at "Wall Warts" Archived 2007-11-13 at the Wayback Machine – Extreme Tech article
  6. ^ Calwell, Chris and Travis Reeder (2002), Power Supplies: A Hidden Opportunity for Energy Savings, Natural Resources Defense Council, pp. 4–9. Retrieved 2010-02-19.
  7. ^ Efficiency of Power Supplies in the Active Mode
  8. ^ Computer Times: 2006 review of a satisfactory third-party universal AC adapter Archived 2014-10-13 at the Wayback Machine
  9. ^ Andrew Ku (September 2, 2011). "Universal Laptop Power Adapters For The Air, Road, And Wall". Tom's Hardware.
  10. ^ Green Plug tries to replace the worry warts Engadget May 2008
  11. ^ https://www.pcworld.idg.com.au/slideshow/353969/gallery-25-years-toshiba-laptops/. Missing or empty |title= (help)
  12. ^ "USB-IF Enhances Battery Charging Capabilities with New Spec" (PDF). 2007-04-17. Archived from the original (PDF) on 2011-07-28. Retrieved 2011-02-21.
  13. ^ "Universal power adapter and charger solution for mobile terminals and other hand-held ICT devices". International Telecommunications Union. 2011-06-13. Retrieved 2013-03-23.
  14. ^ Markoff, John (September 26, 2006). "Google to Push for More Electrical Efficiency in PC's". New York Times. Retrieved 2011-06-03.
  15. ^ Alter, Lloyd. "Google Pushes for PC Electrical Efficiency; Side Effect: No More Wall-Warts". treehugger.com. Discovery Communications, Ltd. Archived from the original on 17 July 2011. Retrieved 2011-06-03.
  16. ^ Dixon-Warren, Sinjin (16 July 2019). "AC Adapters: GaN, SiC or Si?". EE Times. Retrieved 21 December 2019.

External links