Mengapa banyak laptop berjalan pada 19 volt?

Biasanya perangkat seluler yang memiliki catu daya bertenaga akan menerima tegangan yang merupakan kelipatan dari beberapa tegangan baterai tunggal. Misalnya, 4,5 volt adalah 1,5 volt (baterai primer AA) 3 kali dan 36 volt adalah 3,6 volt (baterai Li-Ion) 10 kali.

Sekarang sudah ada laptop yang menggunakan catu daya eksternal dengan nilai tepat 19 volt. Itu bukan kelipatan dari sesuatu yang cocok. Teka-teki saya banyak.

Dari mana tegangan ini berasal?

Pilihan 19 volt adalah karena nyaman di bawah 20 volt yang merupakan tegangan output maksimum catu daya yang dapat disertifikasi sebagai LPS (Sumber Daya Terbatas) dengan batas pengiriman daya yang tidak inheren.

Jika Anda dapat menyimpan pada atau di bawah 20 volt, keseluruhan sertifikasi keselamatan menjadi lebih mudah dan lebih murah.

Untuk memastikan Anda dalam batas akuntansi untuk toleransi manufaktur, turun 5% lebih rendah, yaitu 19 volt. Anda disana. Ini tidak ada hubungannya dengan organisasi baterai atau layar LCD.

Sekarang sudah ada laptop yang menggunakan catu daya eksternal dengan nilai tepat 19 volt. Itu bukan kelipatan dari sesuatu yang cocok. Teka-teki saya banyak.

Ini bukan pertanyaan desain seperti yang diajukan, tetapi memiliki relevansi dengan desain sistem pengisian baterai.

Ringkasan:

• Tegangannya sedikit lebih dari kelipatan tegangan baterai Lithium Ion yang terisi penuh — jenis yang digunakan di hampir setiap laptop modern.

• Sebagian besar laptop menggunakan baterai Lithium Ion.

• 19 V memberikan tegangan yang sesuai untuk digunakan untuk mengisi daya hingga 4 x sel Ion Lithium secara seri menggunakan konverter buck untuk menjatuhkan tegangan berlebih secara efisien.

• Berbagai kombinasi sel seri dan paralel dapat ditampung.

• Tegangan sedikit di bawah 19 V dapat digunakan tetapi 19 V adalah tegangan standar yang berguna yang akan memenuhi sebagian besar kemungkinan.

Hampir semua laptop modern menggunakan baterai Lithium Ion (LiIon). Setiap baterai terdiri dari setidaknya sejumlah sel LiIon dalam 'string' seri dan dapat terdiri dari sejumlah kombinasi paralel dari beberapa string seri.

Sel Lithium Ion memiliki tegangan pengisian maksimum 4,2 V (4,3 V untuk berani dan bodoh). Untuk mengisi daya sel 4,2 V setidaknya diperlukan sedikit lebih banyak tegangan untuk menyediakan "ruang kepala" untuk memungkinkan elektronik kontrol muatan berfungsi. Paling tidak sekitar 0,1 V ekstra mungkin dilakukan tetapi biasanya setidaknya 0,5 V akan berguna dan lebih banyak digunakan.

Satu sel = 4,2 V
Dua sel = 8,4 V
Tiga sel = 12,6 V
Empat sel = 16,8 V
Lima sel = 21 V.

Biasanya pengisi daya menggunakan catu daya mode sakelar (SMPS) untuk mengubah tegangan yang tersedia menjadi tegangan yang diperlukan. SMPS dapat berupa Boost converter (step voltage up) atau Buck converter (step voltage down) atau bertukar dari satu ke yang lain sesuai kebutuhan. Dalam banyak kasus, konverter buck dapat dibuat lebih efisien daripada konverter boost. Dalam hal ini, dengan menggunakan konverter buck, dimungkinkan untuk mengisi hingga 4 sel secara seri.

Saya telah melihat baterai laptop dengan

3 sel dalam seri (3S),
4 sel dalam seri (4S),
6 sel dalam 2 string paralel 3 (2P3S),
8 sel dalam 2 string paralel 4 (2P4S)

dan dengan sumber tegangan 19 V dimungkinkan untuk mengisi 1, 2, 3 atau 4 sel-sel LiIon secara seri dan berapapun jumlah string paralelnya.

Untuk sel-sel pada 16,8 V tinggalkan ruang kepala (19−16,8) = 2,4 volt untuk elektronik. Sebagian besar ini tidak diperlukan dan perbedaannya ditampung oleh buck converter, yang bertindak sebagai "gearbox elektronik", mengambil energi pada satu tegangan dan mengeluarkannya pada tegangan yang lebih rendah dan arus yang lebih tinggi secara tepat.

Dengan katakanlah 0,7 V dari ruang kepala, secara tidak terduga dimungkinkan untuk menggunakan katakanlah 16,8 V + 0,5 V = 17,5 V dari catu daya — tetapi menggunakan 19 V memastikan bahwa ada cukup untuk setiap kemungkinan dan kelebihannya tidak terbuang sia-sia ketika konverter buck mengkonversi tegangan turun sesuai kebutuhan. Penurunan tegangan selain dari baterai dapat terjadi pada sakelar SMPS (biasanya MOSFET ), SMPS dioda (atau penyearah sinkron), perkabelan, konektor, elemen indera arus resistif, dan sirkuit perlindungan. Teteskan sesedikit mungkin diinginkan untuk meminimalkan pemborosan energi.

Ketika sel Lithium Ion hampir habis sepenuhnya, maka tegangan terminalnya sekitar 3 V. Seberapa rendah mereka dibiarkan tergantung pada pertimbangan teknis terkait umur panjang dan kapasitas. Pada 3 V / sel 1/2/3/4 sel memiliki tegangan terminal 3/6/9/12 volt. Konverter buck mengakomodasi penurunan tegangan ini untuk menjaga efisiensi pengisian daya. Desain konverter uang yang baik dapat melebihi 95% efisien dan dalam aplikasi semacam ini seharusnya tidak pernah di bawah 90% efisien (walaupun beberapa mungkin).

Baru-baru ini saya mengganti baterai netbook dengan 4 sel dengan versi kapasitas diperpanjang dengan 6 sel. Versi 4 sel dioperasikan dalam konfigurasi 4S dan versi 6 sel dalam 2P3S. Meskipun tegangan baterai baru lebih rendah, sirkuit pengisian daya mengakomodasi perubahan, mengenali baterai dan menyesuaikannya. Membuat perubahan semacam ini dalam sistem TIDAK dirancang untuk mengakomodasi baterai bertegangan rendah dapat membahayakan kesehatan baterai, peralatan, dan pengguna.

Jawaban Russell ( https://electronics.stackexchange.com/a/31621/88614 ) sangat membantu dalam melihat detailnya. Jawaban ini lebih berfokus pada aspek pertanyaan Anda yang lebih luas.

Biasanya perangkat seluler yang memiliki catu daya bertenaga akan menerima tegangan yang merupakan kelipatan dari beberapa tegangan baterai tunggal.

Saya tidak berpikir ini umumnya benar.

Memang benar bahwa beberapa perangkat memiliki input daya yang tegangan pengenalnya beberapa kelipatan dari tegangan sel nominal. Mereka cenderung berupa perangkat yang dapat menghabiskan daya listrik atau baterai tetapi tidak mengisi daya baterai sendiri dari catu daya utama. Perangkat yang mengisi baterai sendiri adalah masalah lain.

Secara umum Anda ingin tegangan input ke sirkuit pengisian berada di atas tegangan baterai Anda melalui seluruh siklus pengisian.

Sel lithium ion / polimer secara nominal 3.7V atau lebih tetapi tegangan yang dibutuhkan untuk mengisi penuh itu lebih seperti 4.2V dan tegangan ketika diisi penuh mungkin lebih seperti 3V. Baterai laptop umumnya memiliki seri 3-4 sel. Jadi 19V memberikan jumlah ruang kepala yang masuk akal untuk sirkuit pengisian daya.

Ponsel, tablet, dan perangkat seluler sejenis dengan baterai lithium ion sel tunggal cenderung menggunakan tegangan input 5V. Saya yakin ini sebagian didorong oleh keinginan untuk mematikan USB tetapi juga karena ia memberikan jumlah ruang kepala yang wajar untuk mengisi baterai lithium ion / polimer sel tunggal.

Ini adalah pertanyaan desain teknik "terbalik" yang luar biasa.

Semua komputer seluler dapat menggunakan filosofi pengisi daya baterai dc-dc down-converter yang serupa namun mungkin menggunakan chip dan profil yang berbeda, yang dikelola oleh laptop, bukan pengisi daya eksternal. Seringkali rentang voltase pengisi yang lebih luas dengan kapasitas yang lebih besar dapat digunakan, karena kemampuan di dalam untuk mundur berbagai input seringkali lebih luas daripada yang ditentukan. Rentang ekstrem dapat mengurangi efisiensi dan meningkatkan daya maks saat pengisian daya mati saat tampilan dalam kecerahan penuh. Lampu latar adalah penarikan stabil terbesar dan CPU / GPU memiliki puncak terbesar untuk penggunaan kinerja tinggi. (i7 quad core dll)

Pengisi daya baterai universal.
Saya membeli pengisi daya Universal selama perjalanan jauh. Saya kemudian memilih untuk menggunakannya untuk menggerakkan 60 Watt LED. Pengisi daya ditentukan @ 15 ~ 24V, maks 63W. Itu header 6 pin sebelum colokan listrik koaksial dipertukarkan. Salah satu pin adalah jalur indera jarak jauh untuk tegangan steker untuk mengkompensasi hilangnya saluran DC. Saya mengkarakterisasi input dan menemukan itu dapat digunakan untuk mengatur output dari 5 ~ 50V dengan rentang kontrol input 2,5V yang berpusat di sekitar 3V. Saya menggunakan Log Pot, beberapa resistor LED dan topi untuk mengontrol dimmer khusus ini dari 10 hingga 100% menggunakan daya yang tersedia dan istri saya sangat senang dengan sinar matahari LED di atas jendela bay dengan crating proof black egg crating. Itu sekitar 3x lebih terang dari sinar matahari langsung pada maks.

Dalam kasus apa pun, setiap komputer seluler harus mengatur suplai eksternal sehingga tegangan yang tepat tidak terlalu penting dan Anda dapat pergi dengan jangkauan yang lebih luas. Semakin rendah tegangan input, semakin tinggi saat ini dan sebaliknya, itu harus bekerja tetapi efisiensi dapat bervariasi pada kisaran.

Sebagian besar ponsel cenderung berjalan dalam voltase sel yang lebih rendah untuk mengurangi ESR paket yang memengaruhi penurunan voltase di bawah beban dan riak regulasi silang dari merambat ke regulator lebih lanjut yang melangkah turun dan naik ke papan untuk CPU / I / O internal dan periferal misalnya. 5 & ​​12V.

Paket PC seluler yang lebih besar meliputi;

9 sel = 10.1V (3P3S) 10 sel = 7.4V (5P2S) 12 sel = 14.8 (3P4S)

Berguna Factoid: Anda dapat menjalankan komputer seluler tanpa baterai terpasang karena regulator manajemen baterai tidak digunakan untuk menjalankan regulator DC-DC internal. Ini berfungsi untuk mengurangi beban panas pada laptop lama dan mengurangi penuaan panas baterai bahkan jika mereka tetap @ 100% tanpa terkuras. (Tapi Anda akan mematikan daya kesalahan.)

Anda juga dapat menggunakan pengisi daya yang lebih besar dengan tegangan yang memadai untuk turun ke tegangan baterai dan seharusnya tidak mempengaruhi kinerja banyak pada efisiensi selama ada daya yang cukup masuk.

19 volt adalah untuk mengisi daya baterai yang memiliki beberapa sel Li-ion secara seri. Elektronik internal laptop ini didukung oleh regulator switching dari tegangan baterai dan / atau 19 volt dari adaptor AC. Ini memberikan waktu berjalan yang layak untuk laptop karena tegangan baterai turun dari pemakaian saat digunakan. Ini adalah alasan HANYA untuk 19 volt. Ini tidak ada hubungannya dengan internal laptop yang sebenarnya, kecuali catu daya internal yang diatur switching yang beradaptasi dengan perubahan tegangan baterai, dan memberikan tegangan konstan, diatur untuk sistem internal (CPU, ram, hard disk, dll)

Waktu pengoperasian laptop pada baterai tergantung pada berapa banyak watt yang dikonsumsi laptop versus berapa banyak watt jam yang dikandung baterai. Konsumsi rata-rata dari waktu ke waktu cukup tetap, meskipun kecerahan layar, terutama yang besar, memang memiliki dampak penting.

Seperti yang telah dibahas orang lain, laptop memiliki baterai lithium dan untuk mendapatkan lebih banyak waktu operasi Anda memerlukan lebih banyak energi (jam Watt) sehingga Anda membutuhkan baterai berkapasitas lebih besar atau lebih besar. Ukuran laptop umumnya membatasi ukuran baterai sehingga lebih banyak daya diperoleh dengan menggunakan lebih banyak baterai dan umumnya baterai tersebut dimasukkan secara seri (lebih sedikit sirkuit yang dibutuhkan (= lebih murah) untuk mengisi daya dengan benar saat baterai dalam seri daripada paralel) kemudian menghasilkan tegangan operasi mentah laptop. Konverter DC / DC internal kemudian mengambil tegangan mentah yang tidak diatur dan menghasilkan voltase rendah yang diatur (dll. 3.3VDC) yang dibutuhkan oleh elektronik.

Untuk mengisi daya baterai-baterai tersebut, sirkuit pengisian daya internal memerlukan voltase input sekitar volt lebih tinggi dari voltase baterai lithium yang terisi penuh. Juga catu daya eksternal buatan Cina memiliki toleransi keluaran yang biasanya +/- 5%. Perlu dicatat bahwa tegangan keluaran aktual harus diukur pada beban operasi. Itu akan selalu lebih tinggi tanpa beban karena IR (current x resistance) drop (loss) pada kabel DC dan pengaturan beban catu daya eksternal yang umumnya sedikit negatif.

Catu daya untuk aplikasi kritis memiliki fitur yang disebut "Sense" yang mengukur tegangan output pada beban atau konektor dan secara otomatis mengkompensasi hilangnya IR tetapi saya belum pernah melihatnya di catu daya eksternal. (walaupun kami sedang membangun yang khusus untuk aplikasi 5V / 80W untuk militer karena kerugian IR sangat penting dengan 18A mengalir melalui hanya beberapa kaki dari kawat tembaga)

Faktor dalam semua itu dan dengan 4 baterai lithium yang umum digunakan secara seri untuk "lebih besar" atau lebih lama berjalan pada baterai laptop dan Anda akhirnya membutuhkan catu daya eksternal 19VDC nominal yang sebenarnya bisa di mana saja dari sekitar 17 - 20 VDC. Konverter DC / DC internal untuk menghasilkan tegangan DC yang lebih rendah dan sirkuit pengisian baterai dengan mudah menerima kisaran itu plus mungkin beberapa volt lagi. Anda dapat menguji tegangan penerimaan yang lebih rendah dengan menggunakan catu daya keluaran variabel dan menurunkan tegangan hingga "lampu pengisian" padam. Namun, Anda harus mengukur tegangan pada konektor. JANGAN menguji tegangan penerimaan yang tinggi karena Anda dapat dengan mudah meledakkan konverter DC / DC yang membuat laptop Anda dan itu umumnya hanya indikasi Anda bahwa tegangan input terlalu tinggi.

BTW, 19VDC juga diperlukan untuk menaikkan watt-jam untuk waktu operasi yang lebih lama dan arus turun di laptop yang lebih besar karena konektor barel yang ada di mana-mana hanya dinilai untuk menangani 5A - dan itu untuk yang benar-benar bagus. Sebagian besar adalah 2-3A. Itulah alasan utama Anda tidak ingin mencolokkan dan mencabut konektor saat PC Anda dinyalakan karena Anda akan membakar kontak yang pada akhirnya membuat kontak yang tidak dapat diandalkan di konektor itu.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang konektor PC, lihat: https://en.wikipedia.org/wiki/DC_connector

BTW2, PC juga memiliki baterai "pengukur gas" yang memberi tahu Anda berapa lama waktu yang tersisa saat beroperasi dengan baterai. "Pengukur" itu harus melacak arus masuk dan keluar dari baterai. (Neraca saat ini daripada energi dipantau karena efisiensi debit / pengisian saat ini hampir 100% sedangkan efisiensi energi bervariasi dan secara signifikan kurang dari 100%). Meskipun mereka cukup akurat secara real time, mereka memiliki kesalahan yang menumpuk dari waktu ke waktu dan kapasitas baterai lithium menurun seiring bertambahnya usia, suhu pengoperasian, dan siklus pengisian daya. Hal ini sering mengakibatkan PC Anda "memberitahu" Anda bahwa Anda tidak memiliki sisa waktu yang tersisa dan akan dimatikan ketika, pada kenyataannya, baterai mungkin masih pada kapasitas 50%, yang kemudian menyebabkan Anda keluar dan membeli yang baru. paket baterai (dan mahal). Ketika baterai pengganti dicolokkan ke PC, mengenali baterai baru itu dan mengatur ulang pengaturan kapasitas baterainya. Jauh di dalam (beberapa / banyak / kebanyakan?) PC ada kalibrasi kapasitas baterai rutin. Jika Anda dapat mengaksesnya, PC akan menjalani rutinitas pemakaian dan pengisian ulang baterai beberapa kali untuk mengkalibrasi ulang kapasitas baterai yang memberi Anda satu atau dua tahun lagi pada paket baterai asli, meskipun dengan waktu operasi yang menurun.

Jika Anda memeriksa volt yang diperlukan untuk layar lcd di laptop Anda, saya pikir Anda akan menemukan jawabannya. Saya telah menarik banyak lcds laptop terpisah belakangan ini dan saya telah menemukan bahwa mereka membutuhkan volt tinggi.

Tegangan dibagi untuk 12v rail dan 5v rail. Komputer mini non-laptop menggunakan input 19v yang sama tanpa sel atau tampilan.

Kedua rel adalah mainboard @ 12V (+/- 5V dan 3.3V disediakan dari ini) periferal @ 5V untuk drive dan terkadang USB. Ini dibagi karena spin-up biasanya. Ini dapat menarik arus maksimum dan akan membutuhkan papan induk untuk dirancang untuk itu (lihat di dalam catu daya AC dan Anda akan melihat kapasitor dan induktor besar). Desktop biasanya membagi USB +/- 5V untuk alasan yang sama dengan sejumlah besar port dan rantai Daisy / hub. Mereka juga menyediakan rel tambahan untuk GPU.

Semua ini untuk menjaga agar voltase tetap konstan untuk mainboard (CPU, memori, I / O). Periferal dapat mentolerir tegangan variabel jauh lebih baik (motor listrik dan konverter dc-dc solid state untuk SSD dan USB).

Hard disk drive masih merupakan motor dan beroperasi pada level 12v.

Ketika kuno memberi jalan untuk solid state 19v akan menghilang. Ketika semua kondisi solid yang ada pada papan ibu karena lebih efisien seperti IC bergerak dari 12v CMOS ke level rendah 1,8-3,3v saat ini kebutuhan untuk lebih besar dari 5v akan hilang. Baterai akan menjadi satu sel.

19V yang tersisa dari hari-hari di mana "lug-ables" - Komputer sebelum laptop, harus membuat -5,5, dan 12 volt untuk motherboard. Mereka memiliki catu daya yang berdiri sendiri yang memiliki colokan empat kawat. Segera, itu hanya colokan 2 kawat, laptop menciptakan 3 volt secara internal. -5 hingga 12 adalah 17 volt, dengan tambahan 2 volt, saya menganggap sebagai ruang kepala untuk mengatur daya. Yang tersisa dari itu. jmarc@gmx.com