왜 많은 랩탑이 19 볼트에서 작동합니까?

일반적으로 주 전원이 공급되는 모바일 장치는 단일 배터리 전압의 배수 인 전압을 수용합니다. 예를 들어 4.5 볼트는 1.5 볼트 (AA 기본 배터리) 3 번, 36 볼트는 3.6 볼트 (Li-Ion 배터리) 10 번입니다.

이제 정확히 19V 정격의 외부 전원 공급 장치를 사용하는 랩톱이 있습니다. 그것은 적합한 여러 가지가 아닙니다. 나를 많이 퍼즐.

이 전압은 어디에서 시작됩니까?

19 볼트의 선택은 20 볼트보다 편안하기 때문에 비 내재적 전력 공급 제한으로 LPS (Limited Power Source)로 인증 될 수있는 전원 공급 장치의 최대 출력 전압입니다.

20 볼트 이하로 유지할 수 있으면 전체 안전 인증이 더 쉽고 저렴 해집니다.

제조 공차를 고려한 한계 내에 있는지 확인하려면 19V 인 5 % 낮아집니다. 당신이 있습니다. 배터리 팩 구성 또는 LCD 화면과 관련이 없습니다.

이제 정확히 19V 정격의 외부 전원 공급 장치를 사용하는 랩톱이 있습니다. 그것은 적합한 여러 가지가 아닙니다. 나를 많이 퍼즐.

이것은 제기 된 설계 문제는 아니지만 배터리 충전 시스템 설계와 관련이 있습니다.

요약:

• 전압은 리튬 이온 배터리의 완전히 충전 된 전압의 배수보다 약간 높으며 거의 ​​모든 최신 랩톱에서 사용되는 유형입니다.

• 대부분의 랩탑은 리튬 이온 배터리를 사용합니다.

• 19V는 벅 컨버터를 사용하여 최대 4 개의 리튬 이온 셀을 직렬로 충전하여 초과 전압을 효율적으로 떨어 뜨리는 데 사용하기에 적합한 전압을 제공합니다.

• 직렬 및 병렬 셀의 다양한 조합을 수용 할 수 있습니다.

• 19V보다 약간 낮은 전압을 사용할 수 있지만 19V는 대부분의 경우를 충족시키는 유용한 표준 전압입니다.

거의 모든 최신 랩톱은 리튬 이온 (LiIon) 배터리를 사용합니다. 각 배터리는 일련의 '스트링'에서 최소한 다수의 LiIon 셀로 구성되며 여러 직렬 스트링의 여러 병렬 조합으로 구성 될 수 있습니다.

리튬 이온 셀의 최대 충전 전압은 4.2V (용감하고 바보 같은 경우 4.3V)입니다. 4.2V 셀을 충전하려면 충전 제어 전자 장치가 작동 할 수 있도록“헤드 룸”을 제공하기 위해 최소한 약간 더 많은 전압이 필요합니다. 최소 약 0.1V에서 추가가 가능하지만 일반적으로 최소 0.5V가 유용하고 더 많이 사용될 수 있습니다.

1 셀 = 4.2V
2 셀 = 8.4V
3 셀 = 12.6V
4 셀 = 16.8V
5 셀 = 21V.

충전기는 사용 가능한 전압을 필요한 전압으로 변환하기 위해 SMPS ( Switched Mode Power Supply) 를 사용하는 것이 일반적입니다 . SMPS는 부스트 컨버터 (스텝 전압 상승) 또는 벅 컨버터 (스텝 전압 감소)이거나 필요에 따라 서로 전환 할 수 있습니다. 대부분의 경우 벅 컨버터는 부스트 컨버터보다 더 효율적으로 만들 수 있습니다. 이 경우 벅 컨버터를 사용하면 최대 4 개의 셀을 직렬로 충전 할 수있다.

나는 노트북 배터리를 보았다

시리즈 3 개 셀 (3S),
시리즈 4 개 셀 (4S),
3 (2P3S)의 2 개 병렬 스트링에서 6 개 셀,
4 (2P4S)의 2 개 병렬 스트링에서 8 개 셀

19V의 소스 전압으로 1, 2, 3 또는 4 개의 LiIon 셀을 직렬로 연결하고 이들의 병렬 스트링을 여러 개 충전 할 수 있습니다.

16.8V의 셀의 경우 전자 장치의 헤드 룸은 (19-16.8) = 2.4V입니다. 이것의 대부분은 필요하지 않으며 그 차이는 "전자 기어 박스"역할을하는 벅 컨버터에 의해 수용되며, 하나의 전압에서 에너지를 취하여 더 낮은 전압에서 적절히 높은 전류로 출력합니다.

0.7V의 헤드 룸을 사용하면 전원 공급 장치에서 16.8V + 0.5V = 17.5V를 사용할 수 있습니다. 그러나 19V를 사용하면 벅 컨버터가 변환 할 때 충분한 결과가 있으며 초과가 낭비되지 않습니다. 필요에 따라 전압을 낮추십시오. 배터리 이외의 전압 강하는 SMPS 스위치 (보통 MOSFET ), SMPS 다이오드 (또는 동기식 정류기), 배선, 커넥터, 저항성 전류 감지 요소 및 보호 회로 에서 발생할 수 있습니다 . 에너지 낭비를 최소화하려면 가능한 한 적은 방울이 바람직합니다.

리튬 이온 셀이 완전 방전에 가까워지면 단자 전압은 약 3V입니다. 방전이 가능한 정도는 수명 및 용량과 관련된 기술적 고려 사항이 적용됩니다. 3 V / 셀 1/2/3/4 셀에서 단자 전압은 3/6/9/12 볼트입니다. 벅 컨버터는 이러한 감소 된 전압을 수용하여 충전 효율을 유지합니다. 우수한 벅 컨버터 설계는 95 % 효율을 초과 할 수 있으며 이러한 종류의 애플리케이션에서는 효율이 90 % 미만이어서는 안된다 (일부는 있지만).

최근에 넷북 배터리를 4 셀로 확장 용량 버전 6 셀로 교체했습니다. 4 셀 버전은 4S 구성에서, 6 셀 버전은 2P3S에서 작동했습니다. 새로운 배터리의 낮은 전압에도 불구하고 충전 회로는 배터리를 인식하고 그에 따라 조정하는 변화를 수용했습니다. 저전압 배터리를 수용하도록 설계되지 않은 시스템에서 이러한 종류의 변경을 수행하면 배터리, 장비 및 사용자의 건강에 해를 끼칠 수 있습니다.

Russell의 답변 ( https://electronics.stackexchange.com/a/31621/88614 )은 세부 사항을 살펴 보는 데 큰 도움이됩니다. 이 답변은 질문의 더 넓은 측면에 더 중점을 둡니다.

일반적으로 주 전원이 공급되는 모바일 장치는 단일 배터리 전압의 배수 인 전압을 수용합니다.

나는 이것이 일반적으로 사실이라고 생각하지 않습니다.

일부 장치에는 정격 전압이 공칭 셀 전압의 배수 인 전원 입력이있는 것이 사실입니다. 주 전원 또는 배터리를 모두 소모 할 수 있지만 주 전원 공급 장치에서 자체 배터리를 충전하지 않는 장치입니다. 자체 배터리를 충전하는 장치는 또 다른 문제입니다.

일반적으로 충전 회로의 입력 전압이 전체 충전주기 동안 배터리 전압보다 높기를 원합니다.

리튬 이온 / 폴리머 셀은 공칭 3.7V 정도이지만 완전히 충전하는 데 필요한 전압은 4.2V와 비슷하며 완전히 식기 세척시의 전압은 3V와 비슷할 수 있습니다. 랩탑 배터리는 일반적으로 직렬로 3-4 셀이 있습니다. 따라서 19V는 충전 회로를위한 합리적인 양의 헤드 룸을 제공합니다.

단일 셀 리튬 이온 배터리가 장착 된 휴대폰, 태블릿 및 이와 유사한 모바일 장치는 5V의 입력 전압을 사용하는 경향이 있습니다. 나는 이것이 USB를 소진하려는 욕구에 의해 부분적으로 추진되고 있지만 단일 셀 리튬 이온 / 폴리머 배터리를 충전하기위한 합리적인 양의 헤드 룸을 제공하기 때문에 확신합니다.

이것은 훌륭한 "역"엔지니어링 설계 문제입니다.

모든 모바일 컴퓨터는 유사한 다운 컨버터 dc-dc 배터리 충전기 철학을 사용하지만 외부 충전기가 아닌 랩톱에서 관리 하는 다른 칩과 프로파일을 사용할 수 있습니다 . 내부가 종종 지정된 것보다 넓은 입력 범위를 스텝 다운 할 수 있기 때문에 더 많은 용량의 더 넓은 충전기 전압 범위를 사용할 수 있습니다. 극한 범위는 디스플레이가 최대 밝기로 유지되는 동안 방전 상태에서 효율을 줄이고 최대 전력을 증가시킬 수 있습니다. 백라이트는 가장 안정적으로 사용되며 CPU / GPU는 고성능 사용을위한 피크가 가장 높습니다. (i7 쿼드 코어 등)

범용 배터리 충전기.
장거리 여행 중에 범용 충전기를 구입했습니다. 나중에 60 와트의 LED를 구동하는 데 사용하기로 결정했습니다. 충전기는 @ 15 ~ 24V, 최대 63W입니다. 교체 가능한 동축 전원 플러그 바로 앞에 6 핀 헤더가있었습니다. 핀 중 하나는 DC 라인 손실을 보상하기 위해 플러그 전압을위한 원격 감지 라인이었습니다. 나는 입력을 특성화하고 3V 주위의 2.5V 입력 제어 범위로 5 ~ 50V의 출력을 조절하는 데 사용될 수 있음을 발견했습니다. 나는 사용 가능한 전력을 사용하여 10 ~ 100 % 에서이 맞춤형 조광기를 제어하기 위해 로그 포트, 몇 개의 저항 LED 및 캡을 사용했으며 아내는 눈부심 방지 검은 계란 상자가있는 베이 창에서 LED 햇빛에 매우 만족했습니다. 최대 직사광선보다 약 3 배 밝았습니다.

어쨌든 모든 모바일 컴퓨터는 외부 전원을 조절해야하므로 정확한 전압이 그다지 중요하지 않으며 더 넓은 범위에서 벗어날 수 있습니다. 입력 전압이 낮을수록 전류가 높아지고 그 반대도 가능하지만 효율은 범위에 따라 달라질 수 있습니다.

대부분의 모바일 장치는 낮은 셀 전압으로 작동하여 부하시 전압 강하에 영향을 미치는 팩의 ESR을 낮추고 내부 CPU / I / O 및 주변 장치를 위해 보드에서 스텝 다운 및 스텝 업하는 추가 레귤레이터로의 전파 리플에서 전파에 따른 리플을 조정합니다. 5 & ​​12V.

더 큰 모바일 PC 팩에는 다음이 포함됩니다.

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

유용한 Factoid : 배터리 관리 레귤레이터는 단순히 내부 DC-DC 레귤레이터를 실행하는 데 사용되지 않으므로 배터리가 설치되지 않은 모바일 컴퓨터를 실행할 수 있습니다. 이는 오래된 랩탑의 열부하를 줄이고 드레인없이 100 %를 유지하더라도 배터리 열 노화를 줄입니다. (단, 전원 결함으로 종료됩니다.)

배터리 전압을 낮추기 위해 적절한 전압을 가진 더 큰 전원 충전기와 함께 사용할 수도 있으며, 충분한 전원이 공급되는 한 효율면에서 성능에 큰 영향을 미치지 않아야합니다.

19 볼트는 직렬로 여러 개의 리튬 이온 셀이있는 배터리 팩을 충전하는 것입니다. 랩탑 내부 전자 장치는 배터리 전압 및 / 또는 AC 어댑터의 19 볼트에서 스위칭 레귤레이터로 전원을 공급받습니다. 이것은 사용하는 동안 배터리 전압이 방전에서 떨어지기 때문에 랩톱에 적절한 런타임을 제공합니다. 이것이 19 볼트의 유일한 이유입니다. 변화하는 배터리 전압에 적응하고 내부 시스템 (CPU, 램, 하드 디스크 등)에 일정한 조정 전압을 제공하는 내부 스위칭 조정 전원 공급 장치를 제외하고는 실제 랩톱 내부와는 아무런 관련이 없습니다.

배터리에서 랩톱의 작동 시간은 랩톱이 소비하는 와트 수와 배터리에 포함 된 와트 수에 따라 다릅니다. 화면의 밝기, 특히 큰 화면의 밝기가 현저한 영향을 미치더라도 시간이 지남에 따른 평균 소비량은 상당히 고정되어 있습니다.

다른 사람들이 언급했듯이 랩탑에는 리튬 배터리가 있으며 더 많은 작동 시간을 얻으려면 더 많은 에너지 (Watt hours)가 필요하므로 더 많은 용량의 배터리가 필요합니다. 랩톱의 크기는 일반적으로 배터리 크기를 제한하므로 더 많은 배터리를 사용하면 더 많은 전력을 얻을 수 있으며 일반적으로 배터리를 직렬로 연결합니다 (배터리가 병렬이 아닌 직렬 일 때 올바르게 충전하기 위해 필요한 회로가 적음 (= 저렴)). 그런 다음 랩톱의 원시 작동 전압이 발생합니다. 그런 다음 내부 DC / DC 변환기는 조정되지 않은 원시 전압을 가져와 전자 장치에 필요한 조정 된 저전압 (3.3VDC 등)을 생성합니다.

이러한 배터리를 충전하려면 내부 충전 회로에 리튬 배터리의 완전 충전 전압보다 약 1V 높은 입력 전압이 필요합니다. 또한 중국산 외부 전원 공급 장치의 출력 허용 오차는 일반적으로 +/- 5 %입니다. 실제 출력 전압은 작동 부하에서 측정해야합니다. DC 케이블의 IR (전류 x 저항) 강하 (손실) 및 외부 전원 공급 장치의 부하 레귤레이션 (일반적으로 음수 인 비트)으로 인해 항상 부하없이 더 높아집니다.

중요한 응용 제품을위한 전원 공급 장치에는로드 또는 커넥터의 출력 전압을 측정하고 IR 손실을 자동으로 보상하는 "감지"라는 기능이 있지만 외부 전원 공급 장치에서는 본 적이 없습니다. (우리는 불과 몇 피트의 구리선을 통해 흐르는 18A로 IR 손실이 현저하기 때문에 군대를 위해 5V / 80W 애플리케이션을위한 맞춤형 제품을 구축하고 있지만)

배터리 랩톱에서 "더 큰"또는 더 오래 작동하기 위해 일반적으로 사용되는 4 개의 리튬 배터리를 직렬로 사용하면 실제로 약 17-20VDC의 공칭 19VDC 외부 전원 공급 장치가 필요합니다. 더 낮은 DC 전압을 생성하기위한 내부 DC / DC 컨버터와 배터리 충전 회로는이 범위에 몇 볼트를 더 추가 할 수 있습니다. 가변 출력 전원 공급 장치를 사용하고 "충전 표시 등"이 꺼질 때까지 전압을 낮추면 낮은 허용 전압을 테스트 할 수 있습니다. 그러나 커넥터에서 해당 전압을 측정해야합니다. 랩탑을 작동시키는 DC / DC 변환기를 쉽게 제거 할 수 있으므로 입력 전압이 너무 높음을 나타내는 유일한 표시이므로 높은 허용 전압을 테스트하지 마십시오.

BTW, 19VDC는 유비쿼터스 배럴 커넥터가 5A 만 처리 할 수있는 정격을 제공하기 때문에 더 긴 실행 시간 동안 와트 타임을 늘리고 더 큰 랩탑에서 전류를 낮추는데도 필요합니다. 대부분 2-3A입니다. PC 전원을 켤 때 해당 커넥터의 플러그를 꽂거나 뽑지 않으려는 주된 이유입니다.

PC 커넥터에 대한 자세한 내용은 https://en.wikipedia.org/wiki/DC_connector를 참조하십시오.

BTW2 PC에는 배터리 "가스 게이지"가있어 배터리 작동시 남은 시간을 알려줍니다. 이 "게이지"는 배터리로 들어오고 나가는 전류를 추적해야합니다. (전류 방전 / 충전 효율이 거의 100 % 인 반면 에너지 효율은 100 % 미만으로 현저히 낮기 때문에 에너지가 아닌 전류 균형이 모니터링됩니다). 실시간으로 상당히 정확하지만 시간이 지남에 따라 누적되는 오류가 있으며 리튬 배터리의 용량은 수명, 작동 온도 및 충전주기에 따라 감소합니다. 이로 인해 PC에 "사용 시간"이 남았으며 실제로 배터리 용량이 여전히 50 %에 도달하면 종료 될 것입니다. (그리고 비싼) 배터리 팩. 교체 배터리가 연결되면 PC가 새 배터리를 인식하고 배터리 용량 설정을 재설정합니다. (일부 / 많은 / 대부분의) PC에서 배터리 용량 교정 루틴이 있습니다. 액세스 할 수있는 경우 PC는 작동 시간이 감소하더라도 원래 배터리 팩에서 1 년 또는 2 년 동안 배터리 용량을 다시 교정하기 위해 배터리를 몇 차례 방전 및 재충전하는 과정을 거칩니다.

랩톱의 LCD 화면에 필요한 전압을 확인하면 답을 찾을 수 있다고 생각합니다. 나는 최근에 많은 노트북 LCD를 떼어 냈으며 높은 볼트가 필요하다는 것을 알았습니다.

전압은 12V 레일과 5V 레일에 대해 분할됩니다. 랩톱이 아닌 미니 컴퓨터는 셀이나 디스플레이없이 동일한 19V 입력을 사용합니다.

2 개의 레일은 메인 보드 @ 12V (+/- 5V 및 3.3V는 여기에서 제공) 드라이브 용 주변 장치 @ 5V이며 때로는 USB입니다. 이들은 일반적으로 스핀 업으로 인해 분할됩니다. 이것은 최대 전류를 끌어들일 수 있으며 메인 보드가이를 위해 설계되어야합니다 (AC 전원 공급 장치 내부를 보면 큰 커패시터와 인덕터가 나타납니다). 데스크탑은 일반적으로 같은 이유로 많은 포트와 데이지 체인 / 허브를 사용하여 USB +/- 5V를 분할합니다. 또한 GPU 용 추가 레일을 제공합니다.

이 모든 것은 메인 보드 (CPU, 메모리, I / O)의 전압을 일정하게 유지하는 것입니다. 주변 장치는 가변 전압을 훨씬 더 잘 견딜 수 있습니다 (ssd 및 USB 용 전기 모터 및 솔리드 스테이트 DC-DC 컨버터).

하드 디스크 드라이브는 여전히 모터이며 12V 레벨에서 작동합니다.

고풍이 고체 상태가되면 19v가 사라집니다. IC가 12v CMOS에서 오늘날 낮은 1.8-3.3v 수준으로 이동함에 따라 더 효율적이기 때문에 마더 보드의 모든 기존 솔리드 스테이트가 5V 이상에 대한 요구는 사라질 것입니다. 배터리는 하나의 셀이됩니다.

노트북 앞에있는 컴퓨터 인 "lug-ables"는 마더 보드를 위해 -5,5,12 볼트를 생성해야했던 시절보다 19V가 남았습니다. 그들은 4 개의 와이어 플러그를 가진 독립형 전원 공급 장치를 가지고있었습니다. 곧 2 와이어 플러그였으며 노트북은 내부적으로 3 개의 전압을 생성합니다. -5 ~ 12는 17 볼트이며 여분의 2 볼트는 전력 조절을위한 헤드 룸으로 가정합니다. 그것에서 남았습니다. jmarc@gmx.com