Miért 3.7 vagy 5 vagy 12v?

Elektronika, Elektromos eszközök

Kedves E-szakemberek!

Éget a vágy, hogy rájöjjek az (nem biztos, hogy létező) igazságra: miért vagyunk mostanában tele 3.7V-os akkukkal? Mindenféle drón, RC autó 3.7 vagy 7.2V-os táppal megy, él mellette az USB 5V-os vonal és a 12V-os router/switch/egyéb otthoni tápellátás. Sejtem, hogy a 3.3V és 5V a mikroelektronika, de akkor miért 12V a router?

Ha van köztetek egy villamosmérnök, aki el tudja magyarázni, hogy 12V-ról (230V-ról trafóval konvertálva) miért éri meg 3V-ra csökkenteni és közben 9V-os hőenergiává alakítani, azt megköszönném. A fix táptól valszeg különbözik a LiPo és LiMH akksik kérdése, de miért 3.7V az "alap" (régen 1.5V volt - a ceruzaelem)?

  • 2630 megtekintés

( kisbetu v | 2019. 02. 04., h – 17:46 )

"miért 3.7V az "alap" (régen 1.5V volt - a ceruzaelem)?"

kémia...

"12V-ról (230V-ról trafóval konvertálva) miért éri meg 3V-ra csökkenteni és közben 9V-os hőenergiává alakítani,"

Nem alakíjjukk hőenergiává, elég jó hatásfokú kapcsolóüzemű tápokat igyekszünk használni.

Minél nagyobb feszültséget "szállítunk", annál kisebb áram van a drótban, kisebb a szállítás vesztesége.
A végén meg sajnos 3.3 meg 1.8 V kell, ott helyben konvertálunk.

"(230V-ról trafóval konvertálva) "
Nagyon kevés helyen használnak már trafót, drága a vas. Az is kapcsüzemű táp. Ótvarabb is, mint a trafós volt.

Az egyenirányítás után rögtön egy oszcillátor van, és nagyfrekvenciás trafó választja el galvanikusan az elektromos hálózatról. Nem az 50Hz-et transzformálják, hanem több 10 kHz-et. (30 kHz köröl)
Ha leválasztás nélkül menne, nem volna mindegy, hogy hogyan dugod a konnektorba, mert kimenne a fázis a készülékdobozra meg a csatlakozók földjére.

-fs-
Az olyan tárgyakat, amik képesek az mc futtatására, munkaeszköznek nevezzük.
Amióta megismerkedtem az Anroidos és IOS-es kacatokkal, azóta a Windows láttán már nem kapok gyomorgörcsöt.

"Annyit mondtam, hogy nem szükségszerű, hogy van bennük trafó"
Ennyit mondtál:
"Szerintem ha szétszedsz bármilyen töltőt, egyikben sem találsz."
Ez tök más.

"(csatolt induktivitás inkább)"
Egy aranyos kis vasmag belsejében. Nem szégyen trafónak hívni azt, amit trafó.

De bizony hogy trafó. Mutatok egy porvas nélkülit is, amit eredetileg a 2200 méteres rádióamatőr sávra készítettem. Itt a nagyimpedanciás kört szépen kihangoltam a vételi frekvenciára és hogy a kicsatoló koaxkábel ne rontsa el a szelektivitást, egy 1 menetes szekunder tekercs segítségével transzformáltam le az impedanciáját az 50 ohmos kicsatoláshoz.

Trafó nem csak 50 Hz-re készülhet. :)

Igazad van, ilyen is lehet.

- egy sávos, egy tekercses
- egy sávos, több tekercses (a példád)
- a fenti egy, de megcsapolt tekerccsel == autotrafó
- több sávos, több (legalább 3) tekercses - itt a hangolt köröket cserélik, a kicsatolás marad
- több sávos, több tekercses - sávváltásnál a kihangolt tekercseket cserélik, de nincs illesztőtekercs

Az utolsóra gondoltam, és láttam már ilyen soksávos rádiót.

Persze azon is lehetne agyalni, hogy egy trafó (a legtöbb esetben - egyébként meg pl. modulátor vagy mágneses erősítő) áll egy primerből és egy vagy több szekunderből. A primerbe tolod bele az energiát, amit a szekunder(ek)ből kiveszel. Így aztán a több szekunderes ferritantenna - bár a szekunderek csatolásban vannak és a terhelésük is különböző - csak úgy trafó, ha a primer a "levegő". ;) Innentől kezdve egyikünknek sincs igaza, hiszen akárhány szekunderrel variálsz, nincs primer. Vagyis csak egy tekercses lesz a trafó.

Trafó nem csak 50 Hz-re készülhet. :)
Bizony, én sem 50Hz-es ferritantennára gondoltam. :)

Elterjedt a köznyelvben a primer meg szekunder tekercs elnevezés, de a villamosmérnök nem szereti ezt. Energiaátviteli transzformátoroknál csak a Jóisten, meg esetleg az MVM a megmondhatója, hogy egy adott transzformátornak adott pillanatban melyik a primer, s melyik a szekunder tekercse. Egy fogaskerék vagy szíj áttételnél is pillanatról pillanatra változik, melyik a hajtott, s a hajtó oldal. Gyorsítunk, vagy fékezünk valamit. A transzformátor is ilyen.

Talán egy esetben értelmes primer és szekunder oldalról beszélni, ha biztosak lehetünk az energia áramlásának egyirányúságában. De ez sokszor nincs így.

tr '[:lower:]' '[:upper:]' <<<locsemege
LOCSEMEGE

Az előírás szerint az összes hálózatról táplált érintésvédelmi törpefeszültségű (SELV, PELV) készülékbe biztonsági szigetelőtranszformátor (vagy olyan megoldás, melynek biztonsági szintje egyenértékű, vagy jobb nála) szükséges.

Szerintem azonban egy egyszerű csatolt induktivitásos megoldás legjobb esetben is csak a FELV követelményeit tudja teljesíteni (üzemi törpefeszültség), a fentebb említett mobiltöltők szinte biztos, hogy földeletlen érintésvédelmi törpefeszültségű készülékek (SELV).

Wikipédián látsz az enyémhez képesti szebb magyarázatot:
szén-cink: https://en.wikipedia.org/wiki/Zinc%E2%80%93carbon_battery#Chemical_reac… 1,5 V nyugalmi
--> ebből készített 3 cellás laposelem 4,5V, a 6 cellás kiskocka pedig 9V.
ólomakku: https://en.wikipedia.org/wiki/Lead%E2%80%93acid_battery#Discharge ... 2,1V nyugalmi (feltöltve)
--> lásd 6 V motorakku, 12V szgk. akku, 24V tehergk. akku, ...
lítium ion: https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery 3,7V nyugalmi (feltöltve)
Utóbbi már bonyolultabban magyarázható el.

Otthoni próba:
5 Ft-os és 10 Ft-os közé tegyél 1 réteg papírzsepit, amire önts rá citromlevet vagy bármi savas folyadékot.
Vegyél elő egy digimultit. Mérd meg, mekkora feszültség lesz a két fém között.
De citromba, krumpliba, ... dugott vas és réz elektródákkal is játszhatsz.

A megvalósítástól (spórolás). Minél több mindent spórolnak ki, annál több zavart tudnak termelni, na meg a megbízhatóság is radikálisan csökken, azaz hirtelen halál. Ugyanakkor alapban több alkatrészt tartalmaz egy kapcsolóüzemű tápegység, mint egy lineáris. Érthető, hogy amit lehet, kispórolnak belőle...

Nem a legolcsóbb gagyit kéne venni, a normálisabb telefonoknak teljesen jó a töltője, kivéve az applet mert az valamiért borzalmas. PC tápból is nagyon tartósak vannak.

A klasszik trafó, graetz híd + kondi teljesen alkalmatlan ezekhez. Legalább egy fojtó tekercs, bazi nagy kondi, meg stab IC kéne.

Egy trafós tápba nagyobb elkók kellenek amiket sokkal jobban is terhelünk, plusz elektronikához kéne stabilizátor IC ami szintén melegszik mint a franc. Egyáltalán nem tartósabb.

Plusz egy PC-nek való trafó vicces súlyban lenne, de még egy mobilnak való is majdnem ökölnyi vas és réz.

( ncc1701 | 2019. 02. 04., h – 19:07 )

A li-ion akku kapocsfeszültsége 3.7V, ez kémia. A ni-mh akkuké plö 1.2V.

( iattilagy | 2019. 02. 04., h – 19:17 )

Az aksiban lejátszódó kémiai folyamat jellemzője a kapocs feszültség, meg az aksi minden más tulajdonsága is. Erről inkább kérdezz meg egy vegyészt. Amúgy a feszültség azért változik is használat közben.

A 12V viszonylag sok okból elterjedt, elég nagy ahhoz, hogy ne melegedjen a vezeték nagyobb teljesímény esetén mint a szemét, viszont elég kicsi ahhoz, hogy viszonylag értelmesen lehessen kapcsolni, és nyugodtan fogdoshasd. Utána belül a többit (5V az USB-nek, ethernetnek, 3.3V pl. a wifinek, 1.x a procinak stb.) DC-DC-vel intézi el minimális veszteséggel.
Gyakorlatilag már minden ezt csinálja, a modern desktop és szerver tápok is. Közvetlen konvertálni mindent sokkal drágább tápot eredményezne, és ma már kisebb a hatásfoka is.

Az mikroelektronika feszültségei csíkszélesség függők, egy modern proci már lassan 1V körül van, a '74-es IC-nél még 5V volt standard, az eredeti CMOS technika meg 3.3V-on ment mert addigra csökkent a csíkszélesség, illetve igény is volt a fogyasztás csökkentésre.

( uid_6201 v | 2019. 02. 04., h – 19:40 )

5V TTL ... 1966-tól van velünk. Lásd: TTL 7400 IC családot. Eredetileg 4,75 .. 5,25 V között érezte jól magát.
3,3V ---> csökkentsük a CMOS feszültségét, ugyanakkora disszipáció mellett magasabb órajelen hajtható, Rpi GPI csatija 3,3V-os
1,8V ---> még magasabb órajelű áramkörök és nem ritkán az interfészelésük. Odroid XU4 GPIO csatija is 1,8 V-os.
Gyors CPU-k beljesében még lejjebb mennek: 1,1V ... 0,6V környékéig procitól függően. Ezek a szintek általában nicsenek külső I/O lábakon jelen.
Persze volt ECL és egyéb logika is, az külön mese.

6V: 3 cellás motorakku
12V: 6 cellás személygépkocsi akku + rádiótávközlés
24V: 2x6 vagy 12 cellás tehergk. akku
4 * 12V ==> 48V település analóg telefonközpontja, mikrohullámú és egyéb távközlési berendezések.

A 12V-os ólomakku 10,8 V ... 14,4 V között van nyúzva gépkocsiban, híradástechnika pedig fix 13,6V-os töltőn tartja. A többszörös feszültségűek esetén ennek többszörösén.

DC-DC buck konverterhez (= feszültségcsökkentő) nem kell trafó, sima fojtótekercs elég. Ezt kis teljesítményre felületszerelten is megkapod. Hatásfoka szinkronegyenirányító alkalmazása esetén 95% környékét is elérheti. Mérete kicsi és nem/alig kell hűteni.

Erre bevillant egy régi fizikakönyv, amelyik a trafó és a nagyfeszültségű távvezeték előnyeit magyarázza. Ott látható a kisfeszültségű nagyáramú távvezeték: combvastagságú rézrudak, amelyeket piramisok tartanak. ;)
Ennek megfelelően egy P4 processzort már ujjvastagságú kábelekkel kellene szerelni, ha nem lenne helyi táp. Egy DECT telefonban általában 3-4 táp található, de van olyan 12V táplálású alaplapom, amiben 8-12db helyi táp is van - fogyasztása 6-8W, azaz egyik sem termel sok hőenergiát.

felületszerelten is megkapod
Bizonyos alkatrészeket egyáltalán nem lehet kapni "lábasjószág" kivitelben. Pl. nem létezik 30V-os, alacsony RDSON értékű, <10A-es FET sem. Egyszerűen, ha több rezet raknak bele, akkor több hőt tud elvezetni, ezért nagyobb teljesítményű alkatrészt fognak a nagyobb rézre szerelni. Különben nem lehetne az alkatrészárakat alacsonyan tartani.

Eléggé függünk az akkuktól. Pont ezért az alkatrészgyártók is hasonló feszültségű alkatrészeket gyártanak. Pl. elég sok táp ic max. 17V bemenetet fogad.

Ebből a néhány példából is látható, hogy a műszaki paraméterek nem véletlenszerűen, hanem rengeteg szempont figyelembevételével alakulnak ki.