Zasilacz firmy Apple: gruby kabel prądu przemiennego, cienki kabel prądu stałego - dlaczego?

Zasilacz firmy Apple składa się z bardzo grubego, nieelastycznego kabla prądu przemiennego (gniazdo ścienne do konwertera) i bardzo cienkiego, elastycznego kabla prądu stałego (konwerter do komputera):

Dlaczego? Prądy w kablach powinny być porównywalne, prawda?

EDYCJA: etykieta na konwerterze mówi:

• wejście: 110-240 V ~ 1,5 A 50-60 Hz
• moc wyjściowa: 16,5 V = 3,65 A maks

EDYCJA 2: por. Zasilacz ThinkPad (typowe kable, podobne do HP / Dell i C)

Która ma grubszą (niż Apple) część DC i cieńszą (niż Apple) część AC i jest oceniana

• wejście: 100-240 V ~ 1,5 A 50/60 Hz
• moc wyjściowa: 20 V = 3,25 A.

Charakterystyki wydają się podobne - dlaczego kable są tak odmienne w stosunku DC cable thickness/ AC cable thickness?

EDYCJA 3: por. Zasilacz sieciowy do System76 Pangolin (który ma 3 przewody - w tym uziemienie - w części AC)

Ma ocenę podobną do powyższej i ma grubszą część DC i cieńszą część AC niż kabel Apple.

EDIT4: Wygląda na to, że kable Lenovo / ThinkPad są niedostatecznie zaprojektowane , co wyjaśnia zaobserwowaną rozbieżność grubości kabla!

Rozmiar kabli nie wynika z wielkości miedzianego przewodnika wewnątrz nich - to dość niewielka część kabla. Większość materiałów pochodzi z izolacji elektrycznej.

Kabel elektryczny musi być izolowany, aby nie powodował zwarcia. Im wyższe napięcie, tym grubsza jest wymagana izolacja.

Gruby przewód sieciowy jest izolowany, aby wytrzymać napięcie sieciowe. W twoim kraju jest to 110 VAC; w moim kraju jest to 230 VAC. Ponadto izolacja musi wytrzymywać krótkotrwałe skoki napięcia („udary”) - AS1660.3 określa, że ​​wielordzeniowy elastyczny kabel musi wytrzymać test hi-pot 3000 V AC przez pięć minut, więc izolacja musi być wystarczająco gruba, aby wytrzymać 3,000V RMS lub 4200 V szczyt .

Z drugiej strony cienki kabel prądu stałego musi wytrzymać tylko 12 VDC. Nie ma szans na skok napięcia na tej linii, ponieważ konstrukcja zasilacza na to nie pozwala. Ryzyko porażenia prądem od 12 VDC jest minimalne. Dlatego ten kabel nie wymaga dużej izolacji i może być dość cienki.

Aby podkreślić związek między napięciem a grubością izolacji, możesz uzyskać takie kable:

Przewód miedziany jest stosunkowo mały w stosunku do całkowitej średnicy kabla. Zwróć uwagę na grubość izolacji (biały materiał). Ten krótki odcinek kabla nie miał oznaczeń, ale jest oceniany na co najmniej 132 000 VAC, a izolacja jest grubsza, aby dopasować.

Prąd płynący przez kabel prądu stałego będzie w rzeczywistości kilkakrotnie większy niż prąd przewodzący przez kabel prądu przemiennego (wyjaśnienie następuje nieco dalej), ale powodem, dla którego kabel prądu przemiennego jest grubszy, jest bezpieczeństwo operatora, a nie obciążalność prądowa.

Przewód sieciowy ma znacznie grubszą izolację (a także przypadkowo grubszy przekrój przewodu), aby zapewnić dodatkowe bezpieczeństwo w przypadku wielokrotnego zginania, ścierania lub uderzenia i wynikającego z tego uszkodzenia kabla.

Zasadniczo osoba może zostać poważnie uszkodzona przez kontakt z przewodnikiem przewodzącym napięcie sieciowe, jeśli przewód zostanie w jakiś sposób odsłonięty z powodu uszkodzenia izolacji. W przypadku przewodu prądu stałego styk nie wiąże się z ryzykiem porażenia prądem ze względu na niższe napięcie.

Oszacowanie prądu:

Zasilania przez przewód zasilania będzie wydajność konwertora mocy, czasu moc pobierana po stronie prądu stałego, a także bit napowietrznych / moc spoczynkowego. Tak więc, jeśli przyjmiemy zasilanie sieciowe 110 woltów, sprawność 80%, znikomą moc spoczynkową i moc wyjściową 5 woltów prądu stałego dostarczającą 5 watów mocy do urządzenia, to:

• P = V x I, a więc prąd stały I = 5/5 = 1 Ampere
• Moc pobierana po stronie prądu przemiennego: 5 / 0.8 = 6.25 Watts
• Prąd prądu przemiennego I = 6.25/110 = 0.0568 Amperes = 58.6 mA

Więc na pewno nie chodzi o obciążalność prądową po stronie prądu przemiennego!

Prąd po stronie prądu stałego będzie znacznie wyższy. Ale jest również ograniczony przez cegiełkę mocy i jest to znacznie niższe napięcie. Kabel sieciowy musi być gruby, ponieważ musi być trwały. Większość grubości stanowić będzie izolacja.

Ponieważ jest to produkt jabłkowy, odpowiedzią jest prawdopodobnie design. Został zaprojektowany tak, aby był jak najcieńszy i nadal spełniał wymagania prawne.

W rzeczywistości prąd byłby niższy w kablu prądu przemiennego. Prawdopodobnie ma to więcej wspólnego z wymaganiami dotyczącymi trwałości (odporności na uszkodzenia fizyczne) kabla prądu przemiennego, który przewodzi wyższe napięcie sieciowe.

Wymagania UL dotyczą w szczególności strony prądu przemiennego zasilacza i określają konkretny zestaw lub wymagania, które muszą być spełnione dla każdego kabla przewodzącego napięcia domowe w sieci. Apple sprawiło, że ten kabel jest tak cienki, jak to możliwe, jednocześnie spełniając wszystkie te warunki - bieżącą zdolność przenoszenia, izolację, wysokie potencjalne łuki i uszkodzenia oraz trwałość fizyczną, w tym odporność na przecięcie, ciepło, zginanie i zużycie.

Gdyby jedynym wymaganiem było wytrzymanie 120 VAC RMS bez wyładowania łukowego i przewodzenie prądu do 1 ampera, mogliby uczynić go znacznie, znacznie cieńszym.

Wymagania UL są dość rygorystyczne.

Istnieją cztery ograniczenia dotyczące minimalnego rozmiaru kabla prądu stałego:

1. napięcie znamionowe
2. prąd znamionowy
3. ocena degradacji (spodziewamy się, że przez cały okres użytkowania produktu straci nie więcej niż x% nośności napięcia / prądu z powodu zużycia i nadużycia)
4. dostępność kabla

Istnieją cztery ograniczenia dotyczące minimalnego rozmiaru kabla prądu przemiennego, a oto amortyzator, są to dokładnie te same cztery ograniczenia. Różnice dotyczą wyłącznie wartości napięcia i prądu. W obu przypadkach kabel musi być dobrany do źródła zasilania. W przypadku prądu stałego źródłem jest zasilacz (którego wielkość z kolei zależy od obciążenia). W przypadku ac źródłem jest wylot. Dzięki ścisłej interpretacji NEC, gniazdko może dostarczyć 20 amperów przy 115 woltach, chociaż ponieważ zasilacz jest przystosowany do napięcia 220 woltów, należy założyć, że kabel zostanie podłączony do wtyczki adaptera i istnieją instalacje, które umieszczają gniazda 20 amperów na 30 obwody wzmacniające (więzienia i szkoły lubią to robić). Dlatego przewód powinien być w stanie poradzić sobie z awarią przy napięciu 220 V i natężeniu 30 A.

Nigdy nie widziałem drutu o napięciu 110 woltów lub 220 woltów. Kabel 300 woltów i 600 woltów jest powszechny. Zazwyczaj używają kabla o napięciu 300 woltów do okablowania niskiego napięcia i 600 woltów po stronie prądu przemiennego. Drut o grubości 14 może przenosić 20 amperów, chociaż może się przy tym nagrzewać i prawdopodobnie nie zawiedzie pod skokiem 30 amperów.

Rozmiar elastycznych kabli sieciowych dla małych urządzeń zależy głównie od względów bezpieczeństwa. Rdzenie muszą być wystarczająco grube, aby nie oderwać się od naprężeń mechanicznych i wystarczająco grube, aby w mało prawdopodobnym przypadku zwarcia nie odparowały przed zadziałaniem bezpiecznika / bezpiecznika. Izolacja i osłona muszą być wystarczająco grube, aby nawet po wielu latach użytkowania nadal zapewniały odpowiednią izolację.

Kabel jabłkowy ma przewód uziemiający (nawet, o dziwo, kawałki adaptera, które pozwalają na użycie klocka zasilającego bez kabla, nie są uziemione). Przewód uziemiający jest pożądany w przypadku większych zasilaczy impulsowych, ponieważ umożliwia radykalne zmniejszenie prądów dotykowych.

Podejrzewam, że dziwne złącze też ma wpływ. Apple może nie chcieć projektować wariantów tego złącza dla różnych typów kabli i może zamiast tego wybrać typ / rozmiar, który byłby akceptowalny wszędzie. Z drugiej strony kable Cloverleaf są produkowane w dużych ilościach, więc bardziej sensowne jest projektowanie wariantów dla specyfikacji każdego kraju, a commoditisatoin zapewnia znacznie więcej możliwości podejrzanym sprzedawcom w Chinach, aby wypchnęli niezgodny produkt.

Z drugiej strony kabel wyjściowy DC nie jest uważany za znaczące zagrożenie bezpieczeństwa, więc jego rozmiar zależy głównie od kompromisu między wydajnością a dobrym wyglądem. Apple chce, aby ich maszyny wyglądały elegancko w sklepie, więc taki jest cienki kabel.