Dispositivos de CA y CC

¿Por qué los electrodomésticos como una luz, un televisor y un ventilador usan energía de CA directamente del suministro, pero un teléfono y una computadora portátil usan un adaptador para convertir CA a CC?

Esto se debe principalmente a que el voltaje de línea es "alto" en comparación con lo que necesita la electrónica normal y lo que es seguro.

Los dispositivos que utilizan una potencia significativa, como luces y ventiladores, están diseñados para funcionar directamente con el voltaje de la línea de alimentación. El costo de proteger al usuario del voltaje más alto se compensa con el uso más eficiente de la energía y no tener que convertirla.

Los dispositivos con componentes electrónicos en ellos necesitan bajo voltaje para hacer funcionar los componentes electrónicos. Esto significa una fuente de alimentación adicional , que convierte el alto voltaje de línea en el bajo voltaje que necesitan los componentes electrónicos. También se convierte a CC, porque la electrónica necesita CC para funcionar.

Dado que existe este convertidor entre el voltaje de línea y los componentes internos reales del dispositivo, los fabricantes tienen la opción de elegir dónde colocarlo. En algunos casos, tiene sentido colocar este convertidor externo al dispositivo. Eso alivia la necesidad de proteger al usuario del alto voltaje en el dispositivo. Entro aquí con más detalles .

Algunos dispositivos electrónicos son lo suficientemente grandes como para que tenga sentido colocar la fuente de alimentación en su interior. Su ejemplo de TV está en esta categoría. Todavía es un dispositivo electrónico que funciona internamente con CC de bajo voltaje, pero es lo suficientemente grande como para que la fuente de alimentación sea interna.

Debe comenzar desde "por qué el voltaje de la red eléctrica es 110VAC / 220VAC". Entonces es CA porque de esta manera es fácil convertir el voltaje mediante transformadores o mover motores (CA). Ambas razones estuvieron allí mucho antes de que apareciera la electrónica.

Para dispositivos electrónicos, como TV, computadora portátil, lo que sea, siempre necesitará CC y significativamente menor que 160 V / 315 V (CA rectificada). Esto se debe a cómo funcionan los semiconductores, a diferencia de los tubos de vacío (de los que no tengo idea, no soy tan viejo).

Entonces, ¿por qué tenemos alguna vez una fuente de alimentación dentro de un dispositivo y otras veces afuera? Es por consideraciones de aplicación. Computadora portátil: no desea tener una fuente de alimentación dentro cuando está en movimiento. Entonces usas algo externo, que puedes dejar en casa.

Para la televisión no importa, por lo que normalmente es mejor que el cliente lo tenga adentro. Aunque a veces para dispositivos extremadamente delgados, la fuente de alimentación seguirá siendo externa.

Tengo la sensación de que, aunque la mayoría de las explicaciones dadas aquí son en su mayoría correctas, en realidad no responden lo que preguntó el OP. Lo cual es divertido, porque creo que la explicación solo debe ser de unas pocas oraciones.

La razón principal por la que sale CA de su tomacorriente es porque es muy ineficiente transportar CC a largas distancias (y especialmente CC de bajo voltaje). (Además de eso: la electricidad también es CA cuando se genera, al menos para la mayoría de las fuentes). Cuando llega a su hogar, casi siempre se convierte a CC antes de su uso, porque casi todos los dispositivos modernos necesitan CC. Los que necesitan algún tipo de CA generarán los suyos propios, y no utilizarán la CA que se les suministra desde el tomacorriente.

Solo hay algunas excepciones. (Solo puedo pensar en 3 por el momento, pero probablemente haya más):

• motores: la mayoría de los electromotores (grandes) funcionan con CA, por lo que pueden usarlo directamente desde la toma de corriente.

• Lámparas incandescantes: requieren calor para que la lámpara brille. Si el calor proviene de AC o DC no importa, entonces no hay razón para convertirlo.

• elementos calefactores: igual que para lámparas incandescentes

Su televisor no es una de las excepciones, ya que se convierte a CC internamente, al igual que su computadora portátil con un adaptador externo.

Otra razón para tener un convertidor de CA a CC separado es la seguridad . Los dispositivos como computadoras portátiles y móviles generalmente están destinados a ser manejados por el usuario con un contacto cercano con la piel. Una pequeña falla con un convertidor interno de CA a CC puede ser muy peligroso.

La solución más fácil es tener el manejo del voltaje de línea afuera y lejos del dispositivo con el aislamiento adecuado en el adaptador. El dispositivo solo ve la baja tensión de CC.

El hogar se suministra con CA porque los transformadores de polo regulares y sus primos más grandes requieren CA, y a la mayoría de los primeros dispositivos eléctricos domésticos no les importaba si tenían CA o CC. Y por otras razones, es más fácil tratar con AC en el proceso de distribución.

Casi todos los dispositivos que procesan audio o video (incluidas las viejas radios y televisores de tubo) usan CC internamente para la mayoría de sus operaciones. Pero la conversión de CA a CC a pequeña escala no es particularmente difícil.

Parte de la razón es histórica. La conversión de voltaje solía involucrar hardware mucho más grande y costoso que el actual, y muchos aparatos eléctricos solían requerir un voltaje más alto que el que tienen hoy. Los LED blancos, que son el primer diseño de lámpara eléctrica de uso general que no necesita un alto voltaje (ya sea por eficiencia o para que funcione), solo salieron al mercado alrededor de 2010. Las "verrugas de pared" lineales todavía eran comunes. en 2000, al igual que los televisores con tubo de rayos catódicos. Las radios y televisores que usaban tubos de vacío internamente (quizás junto con transistores) todavía eran comunes a principios de la década de 1980.

Por lo tanto, los usos más antiguos de la electricidad, como lámparas y electrodomésticos, tienden a haber sido diseñados para funcionar directamente en el voltaje de la línea, tanto porque la disponibilidad del voltaje de la línea era más útil para ellos como porque era más barato hacerlo de esa manera.

Cualquier dispositivo doméstico que compre hoy, que todavía funcione directamente en el voltaje de la línea, probablemente tenga un motor o calentador de alta potencia en el interior; Esas son las aplicaciones para las cuales aún es más eficiente usar el voltaje de línea directamente. Las bombillas LED son un caso especial: tendría cierto sentido alimentarlas a 12 V CC, pero debido a que las casas ya tienen todo el cableado y el hardware de la lámpara configurado para la iluminación de voltaje de línea, en su lugar tienen convertidores de potencia integrados.

(Pregunta para la galería de maní: ¿Qué voltajes se usan internamente dentro de los equipos de audio de grado de consumo de la generación actual? Esos también tienden a tomar una entrada de alimentación de voltaje de línea, pero eso podría ser "podemos ajustar el convertidor dentro de la caja "escenario mencionado en otras respuestas. No sé de una manera u otra.)

Las luces fluorescentes e incandescentes pueden funcionar directamente con CA básicamente porque son eléctricamente simples (en realidad pueden funcionar con CA o CC sin mucha modificación) y están diseñadas para permitir altos voltajes. Puede tomar un video en cámara lenta de ellos y verá que en realidad se encienden y apagan a medida que la corriente oscila.

Los motores como el de su ventilador también pueden funcionar con CA porque no es muy difícil diseñar un motor que pueda funcionar de esta manera.

Las luces LED y los televisores en realidad se convierten en CC internamente, utilizando circuitos similares al bloque de alimentación de su computadora portátil. Las razones principales por las que sus dispositivos electrónicos portátiles tienen un convertidor de CA-CC separado son que el calor es incómodo en algo que tiene y la portabilidad, que no son problemas con el televisor y la luz LED.

En cuanto a por qué los diseñadores eligen usar DC en lugar de AC, hay muchas razones. Para aplicaciones como su teléfono y computadora portátil que necesitan funcionar con baterías; tendrían que agregar un inversor para convertir de CC a CA que agregaría calor y peso al producto que se supone que es portátil. Además, esencialmente todos los circuitos digitales funcionan con CC y sería increíblemente costoso, si no imposible, diseñar un teléfono o un televisor desde cero que solo use alimentación de CA. Como con todas las preguntas de diseño, un motivador principal es el costo: ¿es más barato diseñar mi motor para aceptar CA o poner un transformador para convertir de CA a CC?

La razón principal es el calor. Los dispositivos / dispositivos pequeños tienen más dificultades para disipar el calor de la conversión de CA a CC. Al colocar el convertidor de CA / CC fuera del chasis, los dispositivos / dispositivos pequeños alejan la fuente de calor de los otros componentes y reducen los costos al no tener que lidiar con ella dentro del chasis.