¿Por qué este adaptador de corriente no tiene transformador?

Vi un cargador de batería que convierte 220V CA a 6V CC sin transformador.

Ahora me pregunto por qué muchos (si no todos) los adaptadores de energía están usando un transformador, ¿se trata de eficiencia o de deriva con el tiempo?

Actualización: este circuito está dentro de esta antorcha

La fuente de alimentación que ha encontrado en este dispositivo es del tipo conocido como gotero capacitivo . (Más información en el artículo de Wikipedia " Fuente de alimentación capacitiva ".)

La razón principal por la que no ve este tipo de fuente de alimentación a menudo es simple: no es seguro . Esto se debe a que una parte de la fuente de alimentación de CA debe, por necesidad, estar conectada directamente al circuito. Idealmente, este debería ser el tramo neutro, pero es difícil garantizarlo: las salidas mal cableadas o los enchufes no polarizados pueden provocar que parte del circuito sea energizado por el tramo caliente del suministro de CA.

Ese es un suministro de gotero capacitivo como otros han dicho, pero voy a tener una visión ligeramente diferente de las cosas de seguridad .....

Si está integrado en la antorcha de manera que no se pueda acceder a ninguna parte de la antorcha o al circuito de carga sin el uso de una herramienta (por lo tanto, batería, LED, interruptor, lo que sea) está todo sellado dentro de una caja de plástico con una entrada de red adecuada para cargar, entonces está bien y es perfectamente seguro. El problema solo se presenta cuando intentas proporcionar un medio para conectar tal cosa al mundo exterior, por ejemplo, para proporcionar 10 mA o menos para cargar lentamente una batería en una antorcha de emergencia, este tipo de cosas es muy, muy estándar.

Lo verde es una resistencia, principalmente para limitar la corriente de picos rápidos cuando la tapa no es muy buena, la mayor parte del voltaje gotea a través del condensador, por lo que se disipa poca potencia, pero el factor de potencia es horrible.

Hay un par de lugares donde la distancia de creación parece un poco sospechosa, pero aparte de eso, he visto cosas mucho peores.

La mayoría de los países requieren que los dispositivos no conduzcan una cantidad significativa de corriente entre ninguno de los cables de suministro de la red eléctrica y cualquier superficie metálica expuesta, incluso cuando se aplica una diferencia de potencial significativa (por ejemplo, 1000 voltios) entre los cables de suministro y esa superficie.

Hay tres formas en que los dispositivos pueden cumplir este requisito:

1. No tenga ninguna conexión entre nada que use electricidad y cualquier superficie metálica expuesta.

2. Para dispositivos que requieren cantidades de energía absolutamente pequeñas, conecte la red solo a través de dispositivos que no pasen mucha corriente bajo ninguna condición. Tal enfoque podría ser viable para un reloj LCD que requiere solo 10uA, pero no es apto para ser práctico por mucho más que eso.

3. Convierta la electricidad en alguna otra forma de energía y luego vuelva a convertirla en electricidad. Para los casos que requieren un aislamiento extremo, se podría usar un motor alimentado por la red eléctrica (que convierte la electricidad en un campo magnético en movimiento, que luego gira un eje) conectado a través de un eje no conductor a un generador (que usa el eje giratorio para generar un campo magnético en movimiento campo, que luego usaría para producir electricidad). Un transformador es una alternativa más barata, que omite los dos pasos de conversión intermedios y, por lo tanto, evita sus pérdidas de conversión asociadas.

El enfoque n. ° 1 es el más barato cuando es práctico. El enfoque n. ° 2 rara vez es práctico. Muchos dispositivos no pueden usar el n. ° 1 o n. ° 2 y, por lo tanto, implementan el n. ° 3. Los transformadores no son la única forma de lograr el # 3, pero a menudo son más baratos y más prácticos que cualquier otra alternativa.

Se trata de eficiencia y costo. La tendencia en la industria electrónica de los dispositivos de administración de energía es eliminar los transformadores tanto como sea posible (y con él, el cobre y su peso). La forma en que lo hacen legítimamente es con una clase de circuitos generalmente llamados fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) y convertidores.

En los circuitos en modo conmutado, un oscilador (generalmente de onda cuadrada, con frecuencias que van desde \ sim 20 kHz hasta el MHZ bajo en algunos casos) controla un interruptor, generalmente un MOSFET, encendido / apagado, que controla un elemento de almacenamiento de energía, es decir, un inductor o condensador, dependiendo de la topología del circuito, y hay algunos, como aprenderá en su curso de ECE si y cuando realiza una asignatura de electrónica de potencia de introducción.

El cargador de batería que viste es probablemente un ejemplo de un convertidor reductor ACDC, espero. (Si no es así, hágalo en seis). También hay convertidores ACAC y DCDC. Si aumentan el voltaje primario, son convertidores de impulso . Si renuncian a la primaria, son convertidores de dinero . Para no quedarse atrás, también hay convertidores buck-boost, que, por ejemplo, se utilizan para extender la vida útil de las baterías en los circuitos alimentados por baterías, para cuando el voltaje de la batería llega por debajo del voltaje de suministro requerido. (No he escuchado mucho acerca de los convertidores boost-buck, pero no me sorprendería si tienen algunas aplicaciones).

Otro aspecto es el ahorro de peso y, con ello, el costo del cobre. Si puedo reducir el peso de mi dispositivo, puedo enviar más a menor costo y mayores márgenes, o agregar algunas características adicionales. Como sabrán, a medida que aumenta la frecuencia de la señal en un inductor, aumenta la inductancia. De ahí la tendencia de algunos diseñadores a utilizar altas frecuencias de oscilación para reducir el tamaño del inductor: compare la electrónica de potencia aeroespacial que funciona a 415 Hz frente a la red eléctrica general a 50/60 Hz. Sin embargo, con el aumento de las frecuencias vienen mayores pérdidas ("parásitos"), tanto óhmicos como en el parámetro en sus conmutadores MOSFET, y otros. Entonces, en electrónica de potencia, hay compensaciones, y muchas de ellas, como aprenderá.$R_{ds(ON)}$

Debido a que hay una gran cantidad de energía presente en los circuitos de alimentación del modo de conmutación, y como están operando cerca de los límites de las tolerancias de los componentes, tienden a derivar con el tiempo (para los chips, busque electromigración y "física de fracaso"). La alta energía es lo que hace que estos circuitos sean peligrosos para trabajar. Los diseñadores usan componentes de clase de potencia debido a estos requisitos, y son más caros, pero más resistentes, que su componente pasivo común y corriente.

Muchos fabricantes de semiconductores fabrican chips de administración de energía y baterías, y ahora chips de recolección de energía, y generalmente tienen muy buena literatura técnica sobre el tema, así que comience a explorar.

Bienvenido al mundo de la electrónica de potencia.

EDITAR

La placa de circuito que has mostrado es la forma de no hacerlo. Si he leído la placa correctamente, el componente verde grande probablemente sea una resistencia de alta potencia y alto valor de devanado de cable, que baja el voltaje y restringe la corriente del voltaje de la red, luego rectifica este voltaje de CA y lo suaviza con un gran condensador (componente naranja-rojo). Funcionará hasta que la resistencia falle. Si falla como un circuito abierto, el cargador no funcionará, pero si falla como un cortocircuito, explotará los diodos rectificadores y el condensador. Este no es un circuito seguro. Retírelo y obtenga un reembolso si puede, o tírelo antes de que alguien salga lastimado. (O úselo para piezas en proyectos no críticos :-): es probable que los componentes sean baratos y de baja calidad).

Tanto por seguridad como porque es más práctico obtener (digamos) 5V @ 2.1A con un pequeño suministro de retorno. Un suministro de cuentagotas capacitivo tendría que extraer un VA enorme para obtener una cantidad relativamente pequeña de energía.

Se puede hacer que un cargador de batería de baja corriente tenga las conexiones de la batería aisladas del usuario, mientras que un adaptador de corriente tendrá un cable y el dispositivo puede tener metal expuesto, puertos, etc. Si el usuario está expuesto a una conexión directa a la red eléctrica, podría ser electrocutado

Esta fuente de alimentación no tiene transformador porque el fabricante intenta exprimir cada centavo del producto manteniendo bajos los costos. Este tipo de fuentes de alimentación se ha discutido anteriormente , y el usuario informa que recibió descargas eléctricas del dispositivo. Ahora, su dispositivo parece estar mejor aislado, con solo el pequeño LED rojo y el interruptor en el potencial de la red mientras sobresale de la carcasa.

No estaría demasiado preocupado, pero mantendría mis manos lo más lejos posible del LED y el interruptor mientras la antorcha se está cargando.

Estos cuentagotas capacitivos a menudo se muestran en el canal de YouTube de Big Clive, donde analiza cómo funcionan y los problemas con ellos. Como dice duskwuff, hay una conexión de red directa. Algunos circuitos se vuelven aún más emocionantes al poner un interruptor de un solo polo en la entrada y usar una conexión de red no polarizada, por lo que tiene una posibilidad de 50/50 de tener un interruptor en vivo o neutral, ¡haciendo que el electrodoméstico tenga el potencial de red mientras está apagado!

https://www.youtube.com/watch?v=QwqFkelUs_g muestra una antorcha con cuentagotas capacitiva y un puerto USB a potencial de red. ¡Muy emocionante!