@Buwj

Почему именно 5в напряжение в адаптерах для смартфонов?

Очень уж интересно, но не смог найти точную информацию в сети. На адаптерах почти всегда указывается напряжение 5в, почему именно это значение является самым распространенным в данном сегменте. И дополнительный вопрос, если есть возможность узнать: простыми словами, как при помощи quick charge удается поднимать напряжение до 12в-20в и при этом не угробить плату?
  • Вопрос задан
  • 361 просмотр
Пригласить эксперта
Ответы на вопрос 6
trapwalker
@trapwalker
Программист, энтузиаст
А в чем, собстенно вопрос? Почему именно 5 выбрано стандартом, а не 4 или 6? Или, скажем, 12, 24, 36 или 100 вольт?
Нужно понимать, что есть такая штука, как закон Ома. Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению. Сопротивление - это свойство проводника, зависит (если не слишком углубляться) от того, что за метал, от его толщины и длины. А ещё у нас всегда ограничена мощность источника тока.
Мощность - это количество энергии, которая расходуется, преобразуется или передаётся за единицу времени.
Вот у нас есть кабель и нам нужно передать через него 5 ватт, чтобы достаточно быстро зарядить смартфон. Ка краз получается 5 вольт * 1 ампер = 5 ватт. То есть по нашему кабелю должен идти ток 1 ампер. Это достаточно большой ток, и, если у нашего кабеля будет слишком большой сопротивение (то есть он будет длинным, или тонким, или не из меди), то большАя часть передаваемой энергии будет тратиться на бесполезный нагрев кабеля.

Если хочется поднять мощность вдвое, чтобы еще быстрее зарядить смартфон, придётся либо удвоить ток, а при этом удвоится учетверится энергия (ведь зависимсть от тока квадратичная), уходящая на нагрев и чтобы это го не происходило, нужно делать толще кабель, покрывать его серебром (у которого низкое сопротивление), делать провод короче. Всё это дорого и неудобно.
Второй вариант - это удвоить напряжение, тогда при напряжении 10 вольт и том же токе в 1 ампер передаваться будет уже 10 ватт мощности при тех же потерях на нагрев проводов.
Получается, что за счет увеличения напряжения можно снижать потери на передачу энергии по тем же тонким. гибким недорогим проводам, что и раньше, НО!

Но. Чем выше напряжение, тем более высоки требования к изоляции между проводниками с разным потенциалом. А ещё химичесие источники обычно выдают не такое уж и большое напржение, приходится включать их последовательно, отчего возникают сложности с балансировкой при заряде\разряде, габаритами, конструкционной сложностью элементов... Кроме того, p-n-переходы в транзисторах и диодах не способны выдерживать больших напряжений, потому что может возникнуть пробой. Такая же проблема может возникнуть и в катушках индуктивности и в конденсаторах. Конденсаторы становятся более громоздкими, нужно больше изоляции, а транзисторы нельзя делать очень маленькими.

Получается такая вот дилемма. Электроника между током и напряжением балансирует как между Сциллой и Харибдой, пытаясь сэкономить на том-на сём.

Там, где нужны большие мощности, риходится задирать напряжение. Именно поэтому у нас в розетке 220в, а между фазами 380. Чтобы закипятить двухкилловатный чайник приходится пропускать ток почти 10 ампер, но нам важно, чтобы грелся чайник, а не провода от розетки до чайника и в стенах. Поэтому провода толстые, гораздо толще вашего шнурочка зарядки от мобильника или дорожек на плате внутри него.

Там, где важна в основном логика и мощность требуется не сильно, лишь для подсветки экрана или яркого светодиода вспыщки, выбирается небольшое напряжение 5 в. В процессорах и вообще в интегральных микросхемах приходится использовать еще меньшее напряжение 3.3в, чтобы не пробивали очень тесно проложенные дорожки внутри. Снижать еще сильнее напряжение уже проблематично, поскольку есть ограничения снизу на открытие p-n переходов. Просто не хватает напряжения для переброса электронов в слоях полупроводнка.

Так что не 5 вольтами едиными жива электроника. Где-то, например для питания светодиодов, не так важн о напряжение, как ток. Он должен быть в заданных рамках, поскольку превысив возможности рассеивать тепло мы буквально сожжем p-n-переход, поэтому приходится варьировать напряжение так, чтобы ток сохранялся в допустимы пределах.
В автомобиле стандарт 12 вольт и во многих грузовиках 24. Про розетку я уже говорил и там отдельная тема почему и как устроены электро-сети разных стран. В вашем ноутбуке и смартфоне целый зоопарк напряжений. Раньше даже встречались устройства, где подсветка экрана требовала несколько киловольт.
Мощность при этом не большая, а изоляция рассчитана на то, чтобы ничего не пробило, но это отдельная цепь внутри устройства и в каждом месте нужно то напряжение, на которое рассчитаны соответствующие участки цепи.
Ответ написан
Stalker_RED
@Stalker_RED
5v - стандарт USB, а quick charge поднимает напряжение только после успешных переговоров с устройством. Если подключенное устройство не умеет повышенное напряжение, то и зарядка не должна его поднимать.
Ответ написан
Комментировать
alexgp13
@alexgp13
Руководитель ИТ-проектов
5В некий индустиальный стандарт, совместимый с USB и позволяющий спокойно зарядить батарею, где напряжение около 3,7В.

Quick Charge - и прочие варианты быстрых зарядок, не так то уж просты в реализации, но если вопрос почему не горит плата - просто потому, что она рассчитана на такое напряжение. Начиная от параметров элементной базы, разводкой дорожек и заканчивая логикой зарядки батарей (заметьте, нередко в таком случае батарея не одна).
Ответ написан
@VT100
Embedded hardware & software.
5 В - это история 50-60 летней давности с напряжением питания одних из первых серий "логических" микросхем. Для быстродействия у них было невысокое пробивное напряжение тразисторов (см. сообщение Сергей Паньков) и напряжение питания выбрано "круглым и меньшим". А потом, как обычно, - legacy.
Ответ написан
sotvm
@sotvm
Умный поймёт , а дураку и так всё равно.
раньше микросхемы питали или 3,3 или от 5 были еще которые держали 9-15 ,но это уже совсем другая технология
от туда это
если так интересно зауггли
версии микросхем серий 133 555 561
я просто вырос с этим
Ответ написан
Комментировать
@nehrung
Не забывайте кликать кнопку "Отметить решением"!
Начало 5 вольтам было положено благодаря широчайшему распространению цифровой ТТЛ-логики, такое значение получалось как наиболее соответствующее её схемотехнике (по количеству задействованных в цепях прямых кремниевых PN-переходов). Подробности, почему сделано так, а не иначе, можно найти в книжках В. Шило, который много писал о цифровой схемотехнике.
Эту эстафету подхватил USB-порт. И тоже благодаря его широчайшему распространению это напряжение стало использоваться даже в схемах, напрямую не связанных с USB и ТТЛ.
Ну а точку поставило распространение 4-вольтовых литиевых аккумуляторов, опять-таки широчайшее - уж очень удобно оказалось строить зарядники лития от 5 вольт.

А что касается умения зарядника поднимать своё выходное напряжение до 12 вольт и более - это не имеет прямого отношения к происхождению 5 вольт и больше связано с тем, что зарядники стали "умными", т.е. имеющими свой процессор со своей программой, в которую можно запихнуть достаточно сложный функционал.
Ответ написан
Комментировать
Ваш ответ на вопрос

Войдите, чтобы написать ответ

Войти через центр авторизации
Похожие вопросы