笔记本基本知识解读——电源适配器

2019-10-27 21:15:07

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供稿：网友

　　关于电源电压，电源功率，电源和负载匹配与否的讨论，有几个常见的问题如下：

　　1、电源适配器（以下简称电源）的标称电压和电流是什么意思？
　　2、都是同样标称电压的电源，输出电流不同，能不能用在同一台本本上？
　　3、一模一样的机器，别人的电源温温的，我的总是很烫，为什么？
　　4、电源标称电压比我的本本电池电压高很多，不会出事吧？
　　5、为什么理论上原配的电源通常比非原配的电源要好？

　　首先电源适配器的标称电压通常指的是开路输出电压，也就是不接任何负载，没有电流输出的电压值。因此也可以认为这是该电源的输出电压上限。对于电源内部使用了主动稳压单元或者电压基准元件的情况，一般来说使用高内阻的直流电压表可以直接测得标称电压（更准确的应该用电动势电桥的方法，属于大学普通物理课程实验，不赘述），即使市电电压发生一定的波动，其输出也是稳稳的恒定值；但是对于市面上廉价的小变压器，比如给随身听之类使用的那种，基本上是传统磁芯变压器加上四个整流二极管桥式整流再加上一个大的滤波电容就完事了，这样的话如果使用普通直流电压表测得的数值将大于标称电压，原因是桥式整流的输出为脉动直流，简单的说是一个一个正弦电压信号的正半周连接成的时间链，经过大电容滤波之后会变得平坦一些，但是纹波系数仍然很大（纹波系数就是电压信号波动的幅度同电压平均值之比，越小说明电压越接近直流），所谓标称电压指的是这种电压对时间积分再除以积分时间，简单理解就是对时间的平均值，如果用普通直流电压表测量，测量值十分接近该电压信号的最大值，所以测不准。同时，如果市电发生波动，该类电源的输出也会随之变化。
　　一般来讲普通电源适配器的真正空载电压也不一定和标称电压完全一致，因为电子元件的特性不可能完全一致，所以允许有一定的误差，民用情况根据用途的需要控制在0.1%到5%左右。误差越小，对电子元件的一致性要求越高，工业生产中的成本也就越高，价格当然也就越贵。

　　其次是电源的标称电流值。无论任何电源都有一定的内阻，因此当电源输出电流的时候，会在内部产生压降，等于输出电流乘以电源内阻。导致两件事情，一个是产生热量，等于输出电流的平方乘以内阻，所以电源会热，另一个是输出电压变为标称电压减去内部压降，导致输出电压降低。通常的设计在考虑完毕散热问题之后，一般限制一个电流值，当输出电流达到这个值得时候，输出电压降低为标称电压的95%，或者其他比例，各厂家根据负载产品的不同需要可以设定更高或者更低的比例，这个电流值就是标称电流。比如72W的ibm16V电源适配器的标称电流是4.5A（16*4.5=72，废话）。如果负载电阻过低，导致输出电流超过标称电流，一般会发生两件事情，一个是个别元件由于发热超过了散热容量导致烧毁引起电源损坏，另一个是散热设计留有余量，仅仅体现为输出电压进一步降低，如果降低太多可能导致负载无法正常工作。

　　理解了上述概念，就可以判断本文的第二个问题。同样标称电压的电源，输出电流不同，能不能用在同一台本本上。基本的原则是大标称电流的电源可以代替小标称电流的电源。有些朋友有误解，觉得大标称电流的电源会烧坏本本，因为电流大了嘛。实际上电流多大在电压相同的情况下取决于负载，也就是本本的工作情况，当本本高负荷运转的时候，电流大些，本本进入待机的时候，电流就小些，总之电流等于加在本本上的电压除以本本的等效电阻。大标称电流的电源有足够的电流余量，不会在代替小标称电流电源之后发生过热或者输出电压过低的情况。反之，用小电流电源代替大电流电源就存在上述危险。但是有的朋友用56w的电源代替72w的用起来也没什么问题，原因是通常电源适配器的设计留有一定的余量，负载功率都要小于电源功率，所以这种代替在一般使用上是可行的，但是剩余的电源功率余量就很少了，一旦你的本本接了很多外设，比如两块usb硬盘，然后cpu全速运转，再有一个底座，上面来个光驱全速读盘，再加上同时给电池充电，估计就危险了，要随时用手摸摸你的电源是不是已经可以煮鸡蛋了。72w比56w适配器多出的16w就是应付这种情况的。所以最好不要用小电流电源代替大电流电源。如果实在要做，有条件的朋友可以想办法测测你的本本最大消耗的时候的实际需要电流，测量方法十分简单，一个插座，一个插头，一块电流表，几根导线，一把烙铁即可。如果在你的电源标称电流之内，当然是安全的。
　　回答了第二个问题，第三个问题就很简单了。先不要怀疑你的电源有问题，先看看你的本本在干什么，是不是像上面说的两块usb硬盘，cpu全速运转，硬盘疯狂读写，光驱全速读盘，同时给电池充电，大声放着音乐，屏幕亮度最大，无线网卡一直在侦测信号等等，善用电源管理，根据任务合理调整本本的工作状态是很重要的。很多人不喜欢用电源管理，我甚至看到很多朋友在安装了电源管理软件之后不希望任何一种管理模式被启用，那还装他干什么？不会是只想看看电池还剩余百分之多少吧？

　　至于第四个问题，提问的人有可能对电子电路是外行。电源给本本供电与电池给本本供电是不同的，首先说电池供电，电池的输出是纯直流，干净得很，直接接入直流变压模块即可，电池的电压既不可能也不需要设计得很高，微电子电路中模拟信号和数字信号的电压需求目前基本上以5V为界，除掉变压模块的效率和压差需求，10.8V足够了，而且锂电池的化学电动势决定了一节电芯的输出电压只能在3.6V左右，所以很多电池都是采用三级串联的方式，10.8V也就成了很流行的电池电压。有些电池的标称值比3.6V的整数倍稍大一些，比如3.7V或者11.2V等等，其实是为了保护电池（极少数厂家会将电池的放电中止电压定为3.7V）或者在计算电池设计容量时候的取巧行为。如果使用电源供电，情况就复杂一些，首先需要对加入电压进行进一步的稳压滤波，以保证在电源性能不很好的情况下稳定工作，稳压后的电压兵分两路，一路给本本工作供电，另一路给电池充电，给本本供电的那部分的遭遇同电池供电的时候相同，而给电池充电的那部分需要通过电池的充电控制电路才可以加在电芯上，控制电路可以很复杂，简单说应该包括初级稳压、精密可调谐稳压、可控硅调节脉动输出、稳压输出、电流反馈、芯片充电过程记录与运算、充电程序自反馈调节参数等等，所以电源电压必须大于电芯电压才有充分的压差余量供应给充电控制电路的各单元。最后真正加到电芯上的电压决不是16V，请担心的朋友放心就是。

　　下面说说为什么原配的电源通常比非原配的电源要好。我想说理论上原配的电源要相对好一些，实际上可能感觉不到差别。通常的负载允许的输入电压有一个安全范围，比如标称值加减5%，一个例子就是很多2.5英寸硬盘的输入要求就是5v加减5%。笔记本也一样，如果输入电压过大或者过小都会导致保护电路动作，从而停止工作。但是在保护电路动作之前，本本内部的稳压电路已经偏向工作上限或者下限，原则上对器件寿命有一定影响，但是按照今天的观点来看，电子元件的可靠性已经相当不错，只要是在设计范围内，很少会出问题，寿命也不会比本本的寿命短，所以这并不是最主要的问题。更重要的问题可能是本本的数据安全，突然的自动保护而停止工作对于计算机来说是很恐怖的事情，尤其是很多不用电池的朋友。有的时候计算机莫名其妙的重新启动也和此有关。对于原配的电源来说，厂家知道要接入的是什么样的负载，因此可以很容易计算出电源的标称电压和标称电流，即电源标称电压应该满足以下两个条件，第一是最大电流输出的时候标称电压减去电源本身压降应该大于负载所需电压的95%，第二是最小电流输出的时候设计电压减去电源本身压降应该小于负载所需电压的105%。然而如果使用的是非原配适配器，比如通用型的变压器之类，上述问题不能得到认真考虑，这是用户就只能从电源参数上尽量想办法获得兼容，但是每种适配器的内阻是不同的，标称电压的允许误差可能不同，标称电流输出下电压的变化范围的定义也可能有所不同，甚至输出纹波系数是不是够小都不一定，如果不是仔细测量了其输出功率同输出电压的关系，原则上存在一定风险，但是这种风险很小，因为只要你选择足够大标称电流的电源就不会出现内阻过大的问题，纹波系数也可以通过本本内部的稳压来减低，所以我说原配的电源通常比非原配的电源要好。这就是原配电源和普通电源的不同。

　　上面啰罗嗦嗦讲了一大堆，思路不是很清晰，有些地方可能也没有考虑到，如果有任何问题，请大家指正。

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