DC-Adapter: Warum so wenige Ampere?

Wenn ich ein Gerät habe, das 5 Ampere bei 12 Volt verbraucht, kann ich jeden 12-Volt-Gleichstromadapter verwenden, der mindestens 5 Ampere liefern kann.

Warum können nicht alle DC-Adapter eine Menge Ampere liefern? Wenn alle Gleichstromadapter zB 1000 Ampere liefern würden, müssten wir uns nur um den Spannungswert kümmern.

Machen zu viele Verstärker DC-Adapter sperrig, ineffizient oder teuer?

Die Komponenten, aus denen Gleichstromadapter bestehen (Induktivitäten, Transistoren, Kondensatoren, Dioden usw.), sind alle für eine bestimmte Strom- und / oder Verlustleistung ausgelegt. Komponenten, die 1000A verarbeiten können, im Vergleich zu Komponenten, die 5A verarbeiten können, unterscheiden sich in Bezug auf Kosten, Größe und Verfügbarkeit um Größenordnungen.

Schauen wir uns als Beispiel einen Induktor an, der in einer 1000A-Versorgung im Vergleich zu einer 5A-Versorgung verwendet werden kann.

Preis: Ein Induktor, der 5A kann, kostet bei Digikey 0,17 USD, ein Induktor, der 200A kann, kostet 400 USD.

Größe: Der 5A-Induktor ist 5 mm x 5 mm groß und der 200A-Induktor ist 190 mm x 190 mm groß.

Verfügbarkeit: Digikey führt weit über 5.000 verschiedene Induktoren, die 5A verarbeiten können. Es hatte nicht einmal etwas für mehr als 200A bewertet. Es gibt nur 7, die mehr als 100 A leisten können.

Wiederholen Sie dieses Experiment nun für alle Komponenten eines gemeinsamen Wandadapters, und Sie erhalten schnell die Antwort auf Ihre Frage.

Zusammenfassend: Wenn Sie zwei Geräte hätten, die 5A bzw. 6A benötigen, würden Sie lieber etwas kaufen, das im Bereich von Tausenden von Dollar kostet und größer als Ihre Badewanne ist, damit Sie es für beide verwenden können, oder Sie würden lieber zwei handflächengroße Adapter kaufen für 30 Dollar?

Es gibt mehrere Gründe, einschließlich allem, was Sie erwähnt haben:

Es gibt nur so viel Strom

In den USA beträgt die durchschnittliche Steckdose eine 120-V-15-A-Schaltung. Das heißt, es kann höchstens 1800 W liefern (P = V * I) (dh Leistung entspricht Spannung mal Strom). Für einen 12-V-Stromkreis bedeutet dies, dass nur 150 A verfügbar sind (1800 W / 5 V = 150 A). Um einen 12-V-, 1000-A-Stromkreis zu erhalten, müssten mindestens 100 A an der Steckdose angeschlossen werden - weit mehr, als er liefern könnte. Offensichtlich würde eine 5A- oder 10A-Schaltung gut in die Leistungsfähigkeit einer Standardsteckdose passen.

Die Energieübertragung ist ineffizient

Selbst wenn die Energie verfügbar wäre, hat jede einzelne Komponente, einschließlich Draht, einen gewissen Widerstand. Je mehr Widerstand vorhanden ist, desto geringer ist der Wirkungsgrad der Schaltung. Das heißt, wenn Sie eine bestimmte Menge Strom verbrauchen möchten (z. B. um ein Mobiltelefon aufzuladen), müssen Sie mehr Strom ziehen, als Sie tatsächlich benötigen. Wenn eine Schaltung einen Wirkungsgrad von 80% hat - was eigentlich ziemlich gut ist -, müsste sie zur Bereitstellung von 1000 A 1250 A ziehen (1000 / 0,80 = 1250). Selbst bei einem Wirkungsgrad von 95% müsste ein zusätzlicher 53A gezogen werden. Schlimmer noch, der Nennwirkungsgrad gilt nur, wenn das Gerät die Leistung nahe dem Maximum zieht. Wenn Ihr Adapter 1000 A liefern kann, Sie jedoch nur 5 A verwenden, kann der Wirkungsgrad bei dieser Leistung unter 1% liegen, was bedeutet, dass Ihr Gerät 5 A verwendet, der Adapter selbst jedoch intern 10 A verwendet, um weiter zu arbeiten.

Abwärme ist Wärme

Energieverschwendung in diesem Kreislauf würde fast vollständig als Wärme verloren gehen. Das bedeutet, dass bei unserem 80% effizienten Ladegerät, wenn es mit dem vollen Strom geladen wird, der verlorene Strom (250 A) die Luft (und die Komponenten) um ihn herum erwärmt. Das ist ungefähr das Gleiche wie ein Brenner auf einem Elektroherd bei voller Leistung - viel Wärme. Die heutigen Kunststoffadapter würden keine Minute halten!

Die Größe ist wichtig

Dieser Link (scrollen Sie nach unten zur Tabelle) zeigt, dass ein 12-Gauge-Kabel (die übliche Verkabelung in Privathaushalten) etwa 41 A übertragen kann (unter Verwendung der Spalte "Maximale Ampere für Gehäuseverkabelung"). 12 AWG Draht hat einen Durchmesser von ca. 2 mm. 6 AGW kann über 100 A übertragen, ist jedoch über 4 mm dick. Der dickste Draht auf der Karte, OOOO, ist fast einen halben Zoll dick (11,7 mm), kann aber immer noch nur 380A verarbeiten. Für 1000A würden Sie einen viel dickeren Draht benötigen - wie Sie sich vorstellen können, würde dieser nicht sehr gut an ein Telefon angeschlossen werden!

Weniger ist mehr

Oft werden Geräte und ihre Adapter absichtlich aufeinander abgestimmt. Der Adapter wurde "abgestimmt", um mit einem bestimmten Strombereich zu arbeiten. Wenn Sie ihn mit einem viel niedrigeren Strom als dem verwenden, für den er entwickelt wurde, kann er weniger effizient sein oder den Adapter im Laufe der Zeit sogar beschädigen.

Strom ist gefährlich

Während eine Hochstromquelle nicht unbedingt bedeuten würde, dass jeder Verstärker durch die Leitung fließen würde, gibt es Fälle, in denen sogar die Möglichkeit, hohe Ströme bereitzustellen, sehr gefährlich sein könnte. Die meisten Spannungsadapter, ob Hochstrom oder nicht, verwenden eine Art Induktor - dies hilft, die "Unebenheiten" bei der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom zu reduzieren. Eine Möglichkeit, sich Induktoren vorzustellen, besteht darin, dass sie dem Strom "Trägheit" hinzufügen, was schnelle Änderungen sehr schwierig macht. Der Adapter kann bei korrekter Verwendung bei hohem Strom einwandfrei arbeiten. Wenn der Stecker jedoch plötzlich aus dem Gerät gezogen wird, wird dieser 1000-A-Strom weiterhin vom Induktor durch den Stecker "gedrückt", was gefährlich (wenn auch kurz) ist -lebende) Hochstrom- und Hochspannungsfunkenbildung.

Selbst ohne Induktivität wäre der resultierende Strom stark genug, um den Adapter sofort zu schweißen, zu kochen oder zu verbrennen, was auch immer er berührt, wenn der Adapter durch Wasser, Metall oder eine andere niederohmige Substanz kurzgeschlossen würde. Das Ende dieses Drahtes zu lecken könnte dich sehr gut töten. Die Sicherheit eines Hochstromkreises ist viel schwieriger als ein Niedrigstromkreis und daher viel teurer.

Ein 12-V-Adapter, der 1000 A liefern kann, muss an mindestens eine 120-V-100-A-Versorgung oder eine 240-V-50-A-Versorgung angeschlossen werden, in beiden Fällen viel größer, als Ihre Steckdose liefern kann.

Das alles. Das einfachste Beispiel ist, dass das Kabel 5000 Ampere verarbeiten muss. Das wird ein massives Kabel. Ich meine nicht so dick wie dein Arm oder Bein, es ist schlimmer als das.

Wie bei allem anderen ist mehr Leistung größer, teurer und der Bau der Komponenten teurer. Ein weiteres Element von 12 V ist die Welligkeit (Wechselstromkomponente) der Gleichstromversorgung. Wie bei allem anderen gibt es eine Reihe von Elementen, die eine Entscheidung und Auswahl der Stromversorgung komplexer machen.

Die Antwort ist sehr einfach, nur der interne Widerstand des Adapters. Ich gebe Ihnen einen beispielhaften 1-offenen Stromkreis (kein Strom), nur die Spannung Ihres Adapters

2-der 5A-Fall: Theoretisch erhalten Sie 5A, wenn Sie eine Last von 2,4 Ohm haben. I = V / RI = 12 / 2,4 = 5A. Mit meiner Simulation habe ich 4,998 erhalten, was nahe an 5A liegt, aber die Last ist der interne Widerstand, der 2,4 beträgt Ohm

3-the 1000A theoretisch erhalten Sie 5A, wenn Sie eine Last von 0,012 Ohm I = V / RI = 12 / 0,012 = 1000A haben. Dies ist der interne Widerstand für einen solchen internen Widerstand. Sie sollten einen Reaktor ohne Adapter haben :)

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Unabhängig von der Polarität des Adapters ist die Beziehung dieselbe. I l = lvl / R, zum Beispiel wenn wir einen Transformator haben ((die meisten Adapter haben einen Transformator im Inneren)), als sicher, dass wir einen Wechselstrom haben. Das heißt, die Polarität ändert sich, aber der Innenwiderstand ist derselbe (keine Änderung). Wenn Sie einen kleinen Innenwiderstand erzeugen möchten, sollten Sie einen großen Transformator mit großem Durchmesser an der Spule haben, um einen zu erzeugen möglichst kleiner Widerstand. Je größer der Transformator (Adapter), desto niederohmiger und effektiver der Adapter

Ich spreche über den Innenwiderstand, wenn es sich um einen Gleichstromadapter (Batterie eines elektrochemischen Elements) handelt, aber wenn es sich um einen Wechselstrom (Transformator und Generator) handelt, ist dies die Impedanz