Итак, требуемое номинальное напряжение вам известно. На входном напряжении внимание не заостряем, поскольку в розетке у нас всегда 220-240 вольт переменного напряжения (AC), соответственно и блок питания выбираем сетевой на это входное напряжение.

Ток потребления (AMPERAGE, CURRENT)

Следующим шагом необходимо выяснить ток потребления вашего устройства. Эта информация так же, как и напряжение, указана на устройстве возле разъема подключения блока питания.

Ток потребления измеряется в амперах, и указан он цифрами возле разъема, либо в крайнем случае — в спецификации или на том же родном блоке питания. Например 1А или INPUT CURRENT 1A – на питаемом устройстве, соответственно OUTPUT CURRENT 1A – на выходе родного блока питания.

Если информации о токе нет, то точно есть информация о потребляемой мощности по постоянному току, она измеряется в ваттах. Написано например: 20 Вт или 20 W. Разделите указанные ватты на вольты, и вы получите требуемые устройству амперы.

Полученное значение — это и будет минимальный ток, который обязан будет обеспечить новый блок питания. Допустим, указано на устройстве «5W 5V DC», значит ток потребления составляет 1 А. Или прямо указано 5V 1A – ток нужен в 1 ампер.

Этот ток требуется устройству, и его должен обязательно без перегрузки давать блок питания. Кстати, если блок питания способен дать больше ампер (например, в продаже есть только блок питания с выходными параметрами 5V 2A, а вы насчитали, что достаточно всего 1 А) – такой блок питания тоже подойдет, ибо ваше устройство возьмет столько тока, сколько ему нужно, не более. Блок питания будет в этом случае взят с запасом, в процессе работы он меньше нагреется, точно не перегреется.

Разъем питания

Наконец, взгляните на разъем. Есть множество стандартных разъемов питания, включая мини и микро-USB, а также круглые, двухштыревые и т. д. Измерьте линейкой диаметр и длину разъема, отметьте его форму, а лучше возьмите с собой штекер или хотя бы его фото или рисунок, когда соберетесь в магазин. Разумеется, лучше всего взять с собой в магазин старый блок питания или само устройство, к которому выбираете блок.

С задачей перепайки разъема справится за 5 минут любой работник сервисного центра по ремонту бытовой техники или мобильных устройств. Главное — чтобы у блока питания было правильное выходное напряжение и выходной ток был больше или равен току потребления вашего устройства.

Источник

Что такое быстрая зарядка?

Быстрая зарядка — это очень популярная функция, которая позволяет вам зарядить свой телефон за небольшой промежуток времени. Но не все телефоны используют один и тот же тип быстрой зарядки, и не все зарядные устройства поддерживают различные стандарты. Вот что вам нужно знать, чтобы убедиться, что вы получаете самую быструю зарядку.

Понимание быстрой зарядки

Выходная мощность заряда измеряется в силе тока и напряжении. Сила тока (или ток) — это количество электричества, протекающее от батареи к подключенному устройству, а напряжение — сила электрического тока. Умножение вольт на амперы дает вам мощность.

Чтобы зарядить устройство быстрее, большинство производителей увеличивают ток или напряжение для того, чтобы увеличить количество потенциальной энергии, которую получит устройство. Большинство стандартов быстрой зарядки динамически изменяют напряжение, а не повышают силу тока.

Стандартные порты USB 3.0 используют 5V/1A для небольших устройств. Большинство телефонов и других устройств способны обрабатывать 5V/2.4A. Для быстрой зарядки напряжение повышается до 5V, 9V, 12V и выше, или увеличивают силу тока до 3A и выше.

Имейте в виду, что ваш телефон будет принимать столько энергии, на сколько рассчитана его зарядная схема. Поэтому, даже если вы подключили его к адаптеру 5V/3A, а он способен обрабатывать только 5V/2.4A, то это будет скорость, с которой он будет заряжаться. Для работы быстрой зарядки вам нужен телефон или другое устройство с зарядной схемой, способной использовать один из стандартов быстрой зарядки, а также адаптер и кабель для этого же стандарта.

Виды быстрой зарядки

Qualcomm Quick Charge

Наиболее распространенным стандартом быстрой зарядки является Qualcomm Quick Charge из-за широкого распространения чипсетов данной компании. Quick Charge 2.0 и 3.0 — это два самых распространенных типа быстрой зарядки, которые вы, скорее всего, увидите в большинстве смартфонов. Также есть самый новый стандарт Quick Charge 4+, представленный в июне 2017 года. Каждый стандарт обратно совместим с предыдущим, поэтому старые кабели и адаптеры все равно будут работать.

Quick Charge 2.0 повышает напряжение с интервалами 5V, 9V и 12V, а вот Quick Charge 3.0 может повысить напряжение в более широком диапазоне, динамически варьируясь от 3.2V до 20V, хотя пиковая мощность для обоих стандартов составляет 18 Вт. Это означает, что телефоны, такие как LG G6, могут достичь 80% заряда всего за 35 минут.

Quick Charge 4+ сужает диапазон напряжения при увеличении силы тока. Вы получаете 5V от 4.7A до 5.6A или 9V при 3A. Устройства Quick Charge 4+ используют порты USB-C и соответствуют требованиям USB Power Delivery. У них также есть второй чип управления питанием, позволяющий получить до 28 Вт мощности без перегрева. Теоретически Quick Charge 4+ позволяет зарядить телефон от нуля до 50 процентов всего за 15 минут.

Нажмите здесь, чтобы получить полный список устройств, совместимых с Qualcomm Quick Charge.

MediaTek Pump Express

Некоторые телефоны на чипах MediaTek используют стандарт компании Pump Express. Как и Qualcomm Quick Charge, Pump Express поставляется в разных версиях на разных устройствах.

Pump Express+ и Pump Express 2.0 являются старыми стандартами. Оба фокусируются на переменном напряжении, чтобы увеличить скорость зарядки, при токе до 3А или 4.5А. С Pump Express+ вы получаете фиксированные интервалы 5V, 7V, 9V и 12V, что означает, что вы можете заряжать аккумулятор от нуля до 75% за 30 минут.

Pump Express 2.0 имеет более широкий диапазон между 5V и 20V, наравне с Quick Charge 3.0. Pump Express 3.0 поддерживает USB-C Power Delivery и меняет напряжение тока в более узком диапазоне — от 3V до 6V, а ток до 5А, что позволяет устройству зарядиться от нуля до 70 процентов за 20 минут.

Новейший стандарт Pump Express 4.0 поддерживает ток 5А, а также USB Power Delivery 3.0 с большей эффективностью и улучшенным управлением теплом. Он работает с любым смартфоном, содержащим набор микросхем MediaTek Helio P60, и способен заряжать до 75 процентов за 30 минут.

Samsung Adaptive Fast Charging

Адаптивная быстрая зарядка от Samsung (Samsung Adaptive Fast Charging) не так широко известна как более универсальная быстрая зарядка от Qualcomm, но работает аналогично вышеуказанным стандартам, повышая напряжение и/или силу тока.

Как вы можете себе представить, она работает только с некоторыми устройствами Samsung и с совместимыми адаптерами, которые выдают 5V/2A для старых телефонов с microUSB и 5V/3A или 9V/2A для USB-C с поддержкоой USB Power Delivery. Такие телефоны, как Samsung Galaxy Note 8(который может заряжаться до 50 процентов за 40 минут), поддерживают как Adaptive Fast Charging, так и Qualcomm Quick Charge, что упрощает поиск совместимого зарядного устройства.

Oppo Super VOOC Flash Charge

VOOC — это запатентованный стандарт быстрой зарядки китайской компании Oppo, и, естественно, вы найдете его только на ее телефонах, таких как Find 7a и R7.

В отличие от Quick Charge, VOOC работает за счет увеличения тока, а не напряжения. Благодаря совместимому адаптеру и кабелю схема зарядки может передавать ток 4А при напряжении 5V, позволяя заряжать телефон от нуля до 75% за 30 минут. Естественно, в адаптере есть микросхема управления температурой, чтобы поддерживать низкие температуры при зарядке, поэтому вам не нужно беспокоиться о перегреве.

OnePlus Dash Charging

Быстрая зарядка от компании OnePlus называется Dash Charging. Она работает так же, как VOOC, повышая силу тока до 5V/4A для достижения выходной мощности 20 Вт. Телефон, такой как OnePlus 5T, вы можете зарядить до 60 процентов за 30 минут.

Huawei SuperCharge

Как и большинство технологий зарядки, Huawei SuperCharge работает с переменным напряжением и силой тока. С совместимыми адаптерами и кабелями вы можете получить выход 5V/1A (5 Вт), 5V/2A (10 Вт), 9V/2A (18 Вт) или 4,5V/5A (22,5 Вт). Вы можете зарядить смартфон, такой как Huawei Mate 10 Pro, до 58 процентов за 30 минут.

Anker PowerIQ

Быстрая зарядка PowerIQ от Anker немного отличается тем, что она не встроена в сам телефон. Она работает с большинством телефонов, которые имеют быстрые схемы зарядки. PowerIQ определяет подключенное устройство и изменяет выходное напряжение для оптимизированной скорости зарядки с интервалами 5V/1А, 5V/2.4A, 5V/2А, 9V/2А и 12V/1.5A, по существу так же, как Qualcomm Quick Charge 2.0.

Вы найдете PowerIQ во многих павербанках и адаптерах переменного тока от Anker. PowerIQ 1.0 может выдавать мощность 12 Вт, а PowerIQ 2.0 до 18 Вт. Такой телефон, как Galaxy S8, вы сможете зарядить до 100 процентов за 2 часа при PowerIQ 1.0 и за 1 час 30 минут при PowerIQ 2.0.

Как насчет беспроводной быстрой зарядки?

Беспроводная зарядка удобна, но она может быть медленной. Большинство беспроводных зарядных устройств, которые не имеют вентиляторов или систем охлаждения, ограничены довольно медленными скоростями зарядки 5V/1A. Но в настоящее время различные компании предлагают быстрые беспроводные зарядные панели, которые оснащены встроенными вентиляторами для рассеивания тепла, что позволяет заряжать на скорости почти на одном уровне с кабелем.

Напряжение и сила тока зависят от вида зарядной площадки. Обязательно стоит убедиться, что ваш телефон и беспроводная зарядная панель поддерживают тот же самый быстрый стандарт зарядки. Также имейте в виду, что вам понадобится адаптер питания, подключенный к площадке, который также поддерживает быструю зарядку.

За пределами вашего телефона

Для ноутбуков ситуация несколько иная. USB Power Delivery — это не столько быстрая зарядка, сколько стандарт, который определяет, способен ли адаптер или павербанк заряжать ноутбук или другое мощное устройство. Когда порты ввода/вывода USB-C становятся все более распространенными, теперь адаптеры и внешние аккумуляторы могут заряжать устройства, требующие выходной мощности 18 Вт или более. Спецификация Power Delivery позволяет заряжать устройство при максимальном токе 5A или 100 Вт.

Новая версия Power Delivery 2.0 позволяет настраивать конфигурацию напряжения и силы тока, подавая питание с различными диапазонами в зависимости от потребностей устройства. Смартфон получит 5V/2.4А, а ноутбук может получить 20V/5А для достижения достаточно высокой мощности (100 Вт).

USB Power Delivery добавляет еще больше возможностей для питания с выходами 7.5 Вт, 15 Вт, 27 Вт и 45 Вт, каждый со своими собственными настройками напряжения и силы тока.

Что вам нужно

В зависимости от вашего устройства, стандарт быстрой зарядки, который вы можете использовать, может быть разным. Проверьте, какой именно стандарт поддерживает ваш телефон, а затем посмотрите на свой адаптер питания, чтобы узнать, поддерживает ли он тот же стандарт (обычно на нем есть специальные обозначения). Затем убедитесь, что ваш кабель также с ним совместим. Лучше всего использовать тот, который поставляется вместе с телефоном или адаптером.

Если вам нужно купить новый адаптер питания, кабель или беспроводную зарядную панель, обратите внимание на то, какой стандарт они поддерживают.

Источник

Как работает VRM на материнской плате и видеокарте компьютера

Содержание

Содержание

Преобразователи напряжения используются везде и всюду. Будь то огромные многотонные трансформаторы на электроподстанциях, обычные 50-герцовые трансформаторы в домашней аппаратуре или сложные импульсные схемы с умными микроконтроллерами. Любой электроприбор имеет собственные требования к питанию, да и отдельные узлы в этом приборе тоже привередливы к значениям напряжений. Вопрос — почему? Из статьи вы узнаете, зачем вообще нужны преобразователи и как работает DC-DC регулятор напряжения VRM на материнских платах и видеокартах. А еще можно посмотреть материнские платы с мощными схемами питания в каталоге.

Никакого единства…

В розетке 220 вольт, у блока питания 12 вольт, у зарядки телефона 5 вольт. Может сложиться впечатление, что инженерам нравится играть с напряжением, сначала повышая его до миллионов вольт на линиях электропередач, а потом до единиц вольт для питания центрального процессора. Почему люди не придумали какое-то единое значение напряжения и не используют его везде?

Определенно, центральный процессор — да и вообще любой другой микрочип — питать высоким напряжением прямо из розетки нельзя. Двенадцать вольт после блока питания тоже не подойдут. Во-первых, на микроскопическом уровне даже лишние пара десятых вольта могут привести к утечкам тока и повлиять на стабильность схемы. Во-вторых, чем выше напряжение, тем большее энергии расходуется на работу процессора. Поэтому с уменьшением техпроцесса разработчики стараются снизить и рабочий вольтаж. Когда-то процессоры, например, древний Intel 8086 выпуска 70-х годов, питались от 5 вольт, а современные работают всего от 1-1,4 вольта.

Блоки питания с напряжением 1 вольт на выходе — тоже не вариант, так как сила тока будет чрезмерно высокой — от нескольких десятков до сотен ампер. Ведь, снижая напряжение, растет сила тока при той же мощности. Вычислить силу тока можно, поделив мощность на напряжение.

Большая сила тока вставляет палки в колеса при подборе проводников из-за их сопротивления. Сопротивление — эффект, когда структура проводника мешает беспрепятственному протеканию тока по нему. Заряженные частицы врезаются на полной скорости в атомы проводника, чем и вызывают сопутствующий нагрев, а сами частицы теряют энергию. Это как бег с препятствиями. Вы тоже потеряете энергию, если во время бега по густому лесу будете влетать в деревья.

Сопротивление любого провода не нулевое, причем оно увеличивается с ростом его длины. Толщина провода также влияет на сопротивление. Поэтому, чтобы передать большую мощность при низком значении напряжения и высокой силе тока, придется использовать довольно толстые провода.

К примеру, напряжение на ЛЭП специально увеличивают до сотен тысяч вольт после электростанции, чтобы передавать мегаватты электрической мощности на значительные расстояния с помощью относительно тонких проводов.

И последнее. У любой электроники свое значение рабочего напряжения, а у процессора оно еще и регулируется в зависимости от нагрузки и условий работы. Так что договориться и сделать единую энергосистему с одинаковым значением напряжения попросту нереально.

Нет, без преобразователей ну никак не обойтись.

Устройство DC-DC преобразователя

Для питания микроэлектроники от постоянного напряжения используются DC-DC преобразователи, основанные на принципах широтно-импульсной модуляции — ШИМ. Их еще называют регуляторами напряжения — VRM.

Как это работает? Возьмите обычный вентилятор. Что будет, если вы его включите? Правильно, он будет дуть с одинаковой силой.

Что произойдет, если с равной периодичностью дергать рубильник — включать вентилятор всего на полсекунды, а на следующие полсекунды выключать? Двигатель вентилятора не может мгновенно набрать максимальную скорость вращения, поэтому за такой небольшой промежуток времени он как следует не разгонится. Но и остановиться за то же время он не успеет, так как продолжит крутиться по инерции. Так что вентилятор продолжит дуть, но с гораздо меньшей мощностью. Попробуйте поэкспериментировать со своим домашним вентилятором.

Выходит, если включать и выключать питание вентилятора, то вместо постоянного напряжения мы получим прерывистые импульсы той же амплитуды.

Так и работает простейший ШИМ-регулятор. Но вместо человека с выключателем используется транзистор — он то открывается на некоторое время (ВКЛ), то закрывается (ВЫКЛ). Только делает это с частотой не два раза в секунду (2 Гц), а десятки тысяч раз (10 кГц). Вы так точно не сможете. Такой транзистор называется «ключевым».

Кто-то может возмутиться: «Но, погодите, нам нужно получить напряжение в 1 вольт, а тут хоть и прерывистые, но те же 12 вольт, что и на входе! Кажется, нас обманывают!»

Действительно, таким образом питать процессор по-прежнему нельзя. Так что к ключевому транзистору (VT1) понадобятся еще несколько элементов: катушка индуктивности (L), конденсатор (C) и синхронный транзистор (VT2). Катушка и конденсатор образуют LC-фильтр.

Технически можно разделить цикл преобразования на две стадии: накачка энергии в катушку с конденсатором и стадию разряда.

Первая стадия — накачиваем энергию

Когда транзистор VT1 открыт, его собрат — синхронный транзистор VT2 — закрыт. В катушке L накапливается энергия, плавно нарастает ток и заряжается конденсатор C.

Вторая стадия — стадия разряда

Транзистор VT1 закрывается, открывается синхронный VT2 — он нужен, чтобы соединить вход катушки с отрицательным выводом нагрузки, создавая замкнутую цепь питания. Пусть мы и разорвали на этот краткий миг связь с источником питания, но катушка никуда не делась. Накопленная в катушке энергия теперь играет роль источника питания и поддерживает силу и направление тока, а конденсатор разряжается и питает нагрузку.

Затем транзистор VT1 снова открывается, а VT2 закрывается, и цикл начинается заново. Причем для наибольшей эффективности циклы повторяются с довольно высокой частотой — у современных компьютерных комплектующих миллионы раз в секунду (измеряется в мегагерцах, МГц).

Благодаря этому процессу мы получаем постоянное напряжение на нагрузке ниже, чем входное до ключевого транзистора. Импульсы как бы сглаживаются, образую близкую к прямой линию напряжения.

То, что линия напряжения не совсем прямая — это нормально. В реальных условиях идеальных LC-фильтров не бывает, и всегда присутствуют небольшие пульсации напряжения. И главное, подобрать параметры катушки и конденсатора таким образом, чтобы они не успевали разрядиться полностью к концу цикла. Тогда ток становится неразрывным.

К слову, ток на всей цепи примерно равен. А так как синхронный транзистор VT2 открыт несоизмеримо дольше — работать ему приходиться, что называется, за троих.

Как настраивается преобразователь

Уровень напряжения на нагрузке будет зависеть от длительности первой и второй стадий в рамках одного цикла. Ведь чем дольше открыт транзистор VT1, тем больше энергии успевает накопить катушка и тем выше будет по итогу напряжение после LC-фильтра.

Если мы поделим время первой стадии на длительность полного цикла, то получим коэффициент заполнения (D) от 0 до 100 %.

Чтобы узнать выходное напряжение (U out), нужно коэффициент заполнения умножить на входное напряжение (U in).

А чтобы узнать коэффициент заполнения, делим U out на U in.

Простой пример: чтобы получить типичное для центрального процессора напряжение в 1,2 вольта, то, поделив на входные 12 вольт (напряжение на выходе блока питания), получим D=0,1.

1,2 / 12 = 0,1 * 100 % = 10 %

Это значит, что первая стадия (накачки энергии) займет всего 10 % времени от общей длительности цикла, а оставшиеся 90 % времени уйдут на стадию разряда.

Когда одной фазы недостаточно

В мощных преобразователях часто используется не один канал с парой транзисторов, одной катушкой и одним конденсатором, а несколько параллельно подключенных каналов.

Как мы уже выяснили, любой проводник имеет ненулевое сопротивление и нагревается. Транзистор в ключевом режиме — тоже проводник, как обычный выключатель. И сопротивление (Rds) между его входом и выходом (сток-исток) не равно нулю. Значит, чем выше ток, тем сложнее будет электронам пробиться через него, что приведет к потерям энергии и нагреву. Чтобы минимизировать этот эффект и применяются несколько фаз — нагрузка распределяется между ними поровну.

Еще один интересный способ повысить эффективность: синхронный транзистор VT2 открыт примерно в семь-восемь раз дольше чем VT1, поэтому VT2 часто дублируют и стараются подобрать более продвинутую и дорогую модель с низким Rds.

Но это еще не все. Такие каналы не просто так называют «фазами». Процесс переключения транзисторов в разных каналах происходит не одновременно, а с небольшим сдвигом по фазе.

На выходе после LC-фильтров все фазы объединяются в одну, и амплитуда пульсаций становится значительно ниже, чем было бы у каждой фазы в отдельности.

Так что даже несколько десятков каналов в преобразователе на материнской плате неправильно называть «избытком». Ведь это не только меньшие потери, но и лучшее качество напряжения. Меньше пульсаций напряжения — меньше выбросов во внутренние узлы процессора — выше стабильность всей схемы, особенно при разгоне.

Те же принципы справедливы и для графического чипа видеокарты, процессора смартфона и любой другой «тонкой» электроники. Но в этом случае разработчики уже за нас рассчитали потребляемую мощность и количество необходимых узлов. А вот при выборе материнской платы пользователь должен сам определить, что ему нужно, учесть потребляемую мощность процессора. Тем более, если в планах серьезный разгон.

Источник