Адаптер змінного струму (або адаптер змінного/постійного струму, також відомий як настінний зарядний пристрій, адаптер живлення, блок живлення або настінна бородавка) — це тип зовнішнього джерела живлення, який часто міститься в корпусі, схожому на штепсельну вилку змінного струму. Адаптери змінного струму подають електроенергію до пристроїв, у яких немає внутрішніх компонентів, щоб самостійно отримувати напругу та живлення від мережі. Внутрішня схема зовнішнього джерела живлення часто дуже схожа на конструкцію, яка використовувалася б для вбудованого або внутрішнього джерела живлення.
При використанні з обладнанням, що живиться від акумулятора, адаптери зазвичай заряджають батарею, а також живлять обладнання.
Крім того, що адаптери не потребують внутрішніх джерел живлення, вони забезпечують гнучкість: пристрій може споживати електроенергію від 120 В змінного струму або 230 В з мережі змінного струму, автомобільного акумулятора або акумулятора літака, просто використовуючи різні адаптери. Безпека може бути ще однією перевагою, оскільки небезпечні 120 або 240 вольт напруги мережі перетворюється на нижчу, безпечнішу напругу в розетці, перш ніж потрапити в прилад, яким користується користувач.
Режими роботи
Спочатку більшість адаптерів змінного/постійного струму були лінійними джерелами живлення, які містили трансформатор для перетворення напруги електричної мережі в нижчу напругу, випрямляч для перетворення напруги в пульсуючий постійний струм і фільтр для згладжування пульсуючої форми хвилі до постійного струму з достатньо малими змінами залишкової пульсації, щоб не впливати на пристрій, що живиться. Розмір і вага пристрою значною мірою визначався трансформатором, який, у свою чергу, визначався вихідною потужністю та частотою мережі. Потужність понад кілька ват робила пристрої занадто великими та важкими, щоб фізично підтримувати їх у розетці. Вихідна напруга цих адаптерів змінювалася залежно від навантаження; для обладнання, яке вимагає більш стабільної напруги, була додана схема лінійного стабілізатора напруги. Втрати в трансформаторі і лінійному регуляторі були значними; ККД був відносно низьким, і значна потужність розсіювалася у вигляді тепла, навіть коли адаптер не був під навантаженням.
На початку двадцять першого століття імпульсні джерела живлення (SMPS) стали майже повсюдними для цієї мети завдяки своїм компактним розмірам і малій вазі порівняно з їх вихідною потужністю. Мережева напруга випрямляється до високої постійної напруги, керуючи комутаційним ланцюгом, який містить трансформатор, що працює на високій частоті, і видає постійний струм із потрібною напругою. Високочастотні пульсації легше фільтруються, ніж частота мережі. Висока частота дозволяє трансформатору бути малим, що зменшує його втрати; і імпульсний регулятор може бути набагато ефективнішим, ніж лінійний регулятор. Результатом є набагато ефективніший, менший і легший пристрій. Безпека забезпечується, як і в старій лінійній схемі, оскільки трансформатор все ще забезпечує гальванічну розв'язку.
Лінійна схема повинна бути розроблена для певного вузького діапазону вхідних напруг (наприклад, 220–240 В) і повинен використовувати трансформатор, що відповідає частоті (зазвичай 50 або 60 Гц), але джерело живлення з імпульсним режимом може ефективно працювати в дуже широкому діапазоні напруг і частот; одиничний 100–240 В блок впорається з майже будь-якою мережею живлення у світі.
Багато недорогих імпульсних адаптерів змінного струму не забезпечують належної фільтрації та/або екранування електромагнітних завад, які вони створюють. Природа цих високошвидкісних високоенергетичних комутаційних конструкцій така, що, коли ці запобіжні заходи не впроваджуються, гармоніки відносно високої енергії можуть генеруватися та випромінюватися далеко в радіочастину спектра. Кількість радіочастотної енергії зазвичай зменшується з частотою; так, наприклад, завади в діапазоні радіомовлення середніх хвиль (US AM) в діапазоні 1 МГц можуть бути сильними, тоді як завади в діапазоні радіомовлення FM близько 100 МГц можуть бути значно меншими. Відстань є фактором; чим ближче джерело завад до радіоприймача, тим інтенсивнішими вони будуть. Навіть прийом Wi-Fi у діапазоні гігагерц може бути погіршений, якщо приймальні антени розташовані дуже близько до випромінюючого адаптера змінного струму. Визначити, чи виникає завада від певного адаптера змінного струму, можна просто від'єднати підозрілий адаптер, спостерігаючи за рівнем завадд, отриманих у проблемному радіодіапазоні. У сучасному домашньому господарстві чи бізнес-середовищі може використовуватися кілька адаптерів змінного струму; для їх пошуку слід вимкнути одразу всі, а потім підключати по одному по черзі, доки не буде знайдено винуватця чи винуватців.
Традиційно настінні адаптери забезпечували постійну напругу. Для пристроїв, що живляться від USB, це 5 вольт. Пізніше протоколи заряджання батареї, такі як Quick Charge від Qualcomm і USB Power Delivery, почали дозволяти зарядженим пристроям запитувати різні напруги, які відповідають їхнім потребам, зазвичай вищі напруги для збільшення потужності без додавання тепла до мідних жил USB-кабелю. У минулому «SuperCharge» від Huawei та «Dash Charge» від OnePlus робили протилежне, вимагаючи трохи зниженої напруги, щоб безпосередньо відповідати напрузі батареї всередині смартфона, тому не потрібно було змінювати напругу всередині телефону, що призводило до меншого нагрівання. Для цього були потрібні спеціальні USB-кабелі з більш товстими мідними жилами.
На початку 2020-х років використання нітриду галію замість кремнію в комутаційних настінних адаптерах підвищило їхню вихідну потужність за тих самих фізичних розмірів, завдяки чому компактні стінні бородавки могли живити навіть деякі ноутбуки, а не лише смартфони та планшетні комп'ютери. Створення зарядних пристроїв з нітриду галію було відкладено через їхню надмірну вартість і через те, що технологія швидкої зарядки була менш затребуваною, ніж після 2020 року.
Переваги Зовнішні адаптери змінного струму широко використовуються для живлення малих або портативних електронних пристроїв. До переваг можна віднести:
Безпека — зовнішні адаптери живлення можуть звільнити розробників продуктів від занепокоєння щодо деяких питань безпеки. Значна частина цього типу обладнання використовує лише досить низьку напругу, щоб не становити внутрішньої загрози для безпеки, хоча джерело живлення має використовувати небезпечну напругу в мережі. Якщо використовується зовнішнє джерело живлення (зазвичай через роз'єм живлення, часто коаксіального типу), обладнання не потрібно проектувати з урахуванням небезпечної напруги всередині корпусу. Це особливо актуально для обладнання з легкими корпусами, які можуть зламатися та оголити внутрішні електричні частини. Зменшення тепла – тепло знижує надійність і довговічність електронних компонентів і може призвести до неточності або несправності чутливих схем. Окреме джерело живлення відводить джерело тепла від апарату. Зменшення електричного шуму – оскільки випромінюваний електричний шум зменшується з квадратом відстані, виробнику вигідно перетворювати потенційно шумну мережу змінного струму або автомобільну енергію на «чистий», відфільтрований постійний струм у зовнішньому адаптері на безпечній відстані від чутливих до шумів схем. Зменшення ваги та розміру – видалення компонентів живлення та штепсельної розетки з обладнання, що живиться від акумуляторних батарей, зменшує вагу та розміри, які необхідно переносити. Простота заміни – Джерела живлення більш схильні до виходу з ладу, ніж інші схеми, через їх вплив на стрибки напруги та внутрішнє утворення відпрацьованого тепла. Зовнішні джерела живлення можуть бути швидко замінені користувачем без необхідності ремонту живленого пристрою. Універсальність конфігурації – електронні вироби із зовнішнім живленням можна використовувати з різними джерелами живлення за потреби (наприклад, 120 В змінного струму, 240 В змінного струму, 12 В постійного струму або зовнішній акумулятор) для зручного використання в полі або під час подорожі. Спрощена інвентаризація, розповсюдження та сертифікація продуктів — електронний продукт, який продається та використовується на міжнародному рівні, має живитися від широкого спектра джерел живлення та відповідати нормам безпеки продукції в багатьох юрисдикціях, зазвичай вимагає дорогої сертифікації національними або регіональними агентствами безпеки, такими як Underwriters Laboratories (UL) або TÜV. Одна версія пристрою може використовуватися на багатьох ринках із різними вимогами до живлення, що задовольняються різними зовнішніми джерелами живлення, тому потрібно виготовляти, складати та тестувати лише одну версію пристрою. Якщо конструкція пристрою з часом змінюється (часте явище), саму конструкцію джерела живлення не потрібно перевіряти повторно (і навпаки). Постійна напруга створюється спеціальним типом адаптера, який використовується для комп'ютерів і ноутбуків. Ці типи адаптерів широко відомі як елімінатори.
Проблеми Опитування споживачів показало широке незадоволення вартістю, незручністю та марнотратством великої кількості адаптерів живлення, які використовуються в електронних пристроях.
Ефективність Проблема неефективності деяких джерел живлення стала загальновідомою, коли президент США Джордж Буш у 2001 році назвав такі пристрої «енергетичними вампірами»Bush Takes Aim at "Wall Warts" Extreme Tech article. У ЄС і ряді штатів США ухвалено законодавство, спрямоване на зниження рівня споживання енергії деякими з цих пристроїв. Такі ініціативи включають резервне живлення та ініціативу «Один ват».
Але інші стверджували, що ці неефективні пристрої є малопотужними, наприклад, пристрої, які використовуються для невеликих зарядних пристроїв для акумуляторів, тому, навіть якщо вони мають низьку ефективність, кількість енергії, яку вони витрачають, становить менше 1% споживання електроенергії домогосподарством.
Враховуючи загальну ефективність джерел живлення для невеликого електронного обладнання, у звіті за 2002 рік було встановлено, що старіші джерела живлення на основі лінійних трансформаторів мережевої частоти мають ефективність від 20 до 75% і мають значні втрати енергії, навіть якщо вони включені, але не подають електроенергію. Імпульсні джерела живлення (SMPS) набагато ефективніші; хороший дизайн може бути ефективним на 80–90%, а також набагато меншим і легшим. У 2002 році більшість зовнішніх роз'ємних адаптерів живлення, які зазвичай використовуються для споживчих електронних пристроїв малої потужності, мали лінійну конструкцію, а також джерела живлення, вбудовані в деяке обладнання.
Зовнішні джерела живлення зазвичай залишаються підключеними, навіть якщо вони не використовуються, і в цьому стані споживають від кількох ват до 35 ват. У звіті зроблено висновок, що близько 32 мільярдів кіловат-годин (кВт-год) на рік, приблизно 1% від загального споживання електроенергії, можна було б заощадити в Сполучених Штатах шляхом заміни всіх лінійних джерел живлення (середній ККД 40–50%) на вдосконалені комутаційні конструкції (ККД 80–90%), шляхом заміни старих комутаційних джерел (ККД менше 70%) на вдосконалені конструкції. (ККД не менше 80%), а також шляхом зниження споживання живлення в режимі очікування до не більше 1 ВтCalwell, Chris and Travis Reeder (2002), Power Supplies: A Hidden Opportunity for Energy Savings, Natural Resources Defense Council, pp. 4–9. Retrieved 2010-02-19..
Після публікації звіту SMPS справді значною мірою замінили лінійні джерела живлення, навіть у настінних бородавках. У звіті за 2002 рік було оцінено, що 6% електроенергії, яка використовується в США, «протікає» через джерела живлення (не враховуючи лише бородавки на стінах). На веб-сайті, де був опублікований звіт у 2010 році, було сказано, що, незважаючи на поширення SMPS, «сучасні джерела живлення споживають щонайменше 2% усієї виробленої електроенергії в США. Більш ефективні конструкції джерел живлення можуть скоротити це споживання вдвічі».