Perché mentre la potenza totale rimane la stessa, la caduta di tensione su un cavo a causa di correnti elevate può essere evitata con tensioni più elevate e correnti inferiori.Il rame è costoso ed è più semplice gestire 2,5 A a 20 V che 10 A a 5 V.

Legge di potenza di Ohm:

$$ P = V * I = I ^ 2 * R $$

La potenza persa nel rame e che deve essere dissipata sotto forma di calore aumenta con il quadrato della corrente.

Ai consumatori non piacciono i cavi spessi o i giri caldi.

Quindi, se è possibile fornire alimentazione al laptop e utilizzarlo all'interno del laptop, con la minima quantità di corrente, ma comunque entro i livelli ELV (Extra-Low Voltage) (< 50 V) per motivi di sicurezza / conformità, allorai tuoi cavi sono più economici, i tuoi componenti interni di gestione dell'alimentazione sono più economici, la complessità della dissipazione del calore & è inferiore perché perdi meno energia sotto forma di calore.

I regolatori di tensione a commutazione Buck (prendendo l'N * 4,2 V / cella di diverse celle al litio in serie, & che lo regola fino a livelli logici) possono essere resi abbastanza efficienti (> 90%) entro determinati vincoli,un compromesso molto migliore rispetto all'alimentazione, ad esempio, di 5 V a 10 A da un alimentatore a pochi metri dal laptop.

Non è possibile eseguire la logica direttamente dalla batteria, né caricare la batteria direttamente da un alimentatore a tensione fissa. La parte di elaborazione effettiva di un laptop moderno richiede una gamma di tensioni stabili da meno di un volt a circa 5 volt. Tradizionalmente avevano anche bisogno di un'alta tensione CA per far retroilluminare lo schermo (anche se potrebbe essere cambiato con il passaggio da CCFL a LED)

La tensione di una cella agli ioni di litio è generalmente indicata come qualcosa come 3,6 V, ma in realtà varia da circa 2,8 V alla fine del ciclo di scarica a circa 4,2 V alla fine del ciclo di carica.

È più facile / economico / più efficiente realizzare convertitori che aumentano la tensione solo in una direzione piuttosto che convertitori in grado di aumentare o diminuire la tensione e le perdite resistive generalmente diminuiscono con una tensione più alta.

Torniamo quindi alla domanda su quante celle mettere in serie.

Una cella in serie significa che hai bisogno di un convertitore up / down per 3,3 V e un convertitore up per 5V. È comune in cose come smartphone / tablet simili a smartphone che consumano relativamente poca energia e hanno meno bisogno di 3,3 V / 5 V.

Due celle in serie significano che puoi creare tutti i comuni binari di tensione con convertitori verso il basso ma non hai molto spazio per il convertitore che fornisce 5V. Poiché 5V spesso fornisce carichi di picco come i motori con headroom, è utile.

Quindi ha senso usare 3 celle in serie. La maggior parte dei laptop sembra optare per tre o quattro, la cui scelta viene decisa principalmente da vincoli fisici e / o di capacità (alcuni laptop possono effettivamente supportare entrambi).

La tensione di ingresso deve quindi essere comodamente al di sopra della tensione di carica completa, quindi il circuito di carica deve solo convertirsi. La tensione di carica completa per un 4 celle è di circa 16,8 V, quindi una tensione di ingresso di circa 19 V-20 V ha senso.

È importante notare che la tensione della batteria non è costante. Le comuni celle agli ioni di litio variano da circa 4,2-4,3 V a piena carica fino a meno di 3,0 V. La tensione di taglio esatta varia a seconda del circuito di protezione, si desidera evitare di cadere al punto in cui la ricarica è impossibile, ma sebbene sia 2,7 V o inferiore, c'è pochissima energia utilizzabile tra un taglio di 2,7 V e un taglio di 3,0 V. Tuttavia, parte della gamma utile della batteria è inferiore all'ingresso minimo di 3,6 V (o giù di lì) richiesto da un regolatore a bassa caduta.

Quindi, per ottenere un binario regolato da 3,3 V da una singola disposizione di celle in serie, il regolatore deve supportare tensioni di ingresso sia sopra che sotto l'uscita, ad es. un regolatore buck-boost. Tuttavia, se metti almeno 2 celle in serie, la tensione minima è superiore a 5,5 V e puoi utilizzare un regolatore buck per l'uscita a 3,3 V e persino a 5,0 V.

I regolatori buck sono più semplici, più piccoli e più economici dei loro fratelli buck-boost.

Nelle batterie dell'elettronica reale, le disposizioni della serie 2 ("7,4 V") sono popolari. La serie 3 e la serie 4 sono anche migliori sotto alcuni aspetti (perdite nel cavo di ricarica) ma i vantaggi incrementali non sono così grandi e iniziano a fare trading contro la compatibilità con ad es. Caricabatterie da 12V come USB QuickCharge e USB C PD.

Facciamo un budget energetico per un laptop ...

CPU e GPU: molti watt (10-50 W) a circa un volt.

DDR, chipset, WiFi, ecc. - Alcuni binari di tensione come 2,5 V e 3,3 V, direi 10-20 W.

HDD - Le specifiche SATA richiedono 5V e 12V, sebbene la maggior parte degli HDD da 2,5 "non utilizzi effettivamente l'alimentazione a 12V, se non è presente il tuo laptop funzionerà solo con alcuni HDD, quindi hai un problema di marketing ...

Unità DVD: stesso problema, ma peggio, poiché la rotazione di un CD o DVD di grandi dimensioni ad alta velocità richiede circa 10 W ...

Ventole - 5 V o 12 V

Cose collegate a USB: le persone vedono le porte USB, collegano i dispositivi USB che assorbono la corrente massima secondo le specifiche e si aspettano che funzioni.

Amplificatori audio e altoparlanti integrati - 5 o 12V

Display retroilluminato - Questo è piuttosto il power hog, per CCFL utilizzerà un inverter, per la retroilluminazione a LED utilizzerà ovviamente un driver LED. La tensione di ingresso dovrebbe essere presa dalla batteria senza ulteriore conversione, poiché questa è l'opzione più efficiente.

OK ... Quindi devi progettare una soluzione alimentata a batteria per questo.

Se il tuo "laptop" è in realtà uno smartphone o un tablet come un iPad, niente unità HDD o DVD, solo pochi chip flash sulla scheda madre invece ... una CPU ARM molto efficiente ... niente fan, no 12V ... le cose sono più semplici e una cella al litio da 3,6 V è probabilmente la soluzione più semplice. L'unico voltaggio che necessita di un boost DCDC sarà 5V per host USB, ma la corrente è piuttosto limitata.

Per un laptop x86 standard, tuttavia, si desidera utilizzare una tensione della batteria superiore al binario a 12V, quindi tutti i convertitori DCDC sono buck, che sono più efficienti del boost. Quindi dovrai usare 4 o più celle Li in serie.

Se non hai un'unità DVD e puoi specificare l'HDD, non hai davvero bisogno di una guida da 12V, ma hai comunque bisogno di 5V per USB, quindi puoi usare 2-3 celle.

Il tuo più grande convertitore DCDC sarà il VRM della CPU che produrrà molti amplificatori a circa 1V.Vuoi davvero che questo sia efficiente, e i convertitori buck tendono a degradarsi quando il rapporto Vin / Vout diventa troppo alto, anche i MOSFET a bassa tensione hanno prestazioni più elevate ... questo significa che non vuoi che la tensione della batteria sia troppo alta.

Tutti sembrano utilizzare 4 o 5 celle, ovvero da 14 a 20 V, più o meno.È il punto ideale per l'efficienza.

Quindi acquisti batterie, decidi se desideri celle a sacchetto personalizzate per rendere il tuo McBook Air sottile alla moda o 18650 a buon mercato ...

I laptop utilizzano un caricabatterie da 19Vin a DCDC e anche uscite mobo DCDC LV con ingressi da batteria o caricabatterie da 19V se attivo.

La tensione delle celle dipende dai watt necessari per eseguire una retroilluminazione dello schermo più grande e quindi una minore perdita di conduzione con una corrente inferiore a una tensione della stringa di celle più elevata.

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Capiscilo.

Ci sono molte ragioni, inoltre; costo, efficienza e flessibilità.

• Il DC-DC da 19V tipico a livelli logici, 5,3.3, 1,2 ecc. è indipendente dalla carica della batteria e dalla batteria. Non hai bisogno di nessuno dei due per far funzionare il laptop.

• Il caricabatteria regolerà la carica corrente in base a quanto resta dopo che il MOBO è soddisfatto. Questo regolatore DC-DC per i profili di batteria V e I complessi è indipendente da quello sopra per il MOBO

C'era una pletora di caricabatterie per laptop "universali" con selettori approssimativamente da 12 a 24V con molte impostazioni per le diverse esigenze dell'OEM.

Ora in Nord America, questi sono quasi estinti e sostituiti con "caricatori universali" da 19 V che soddisfano tutti i laptop recenti e nuovi che necessitano di 65 W o più. Apple è ancora unica con il loro connettore e altri usano la comunicazione Smart ID per abilitare solo la parte del caricabatteria di tutti i convertitori CC-CC e dovrebbe comunque eseguire il MOBO.