Przegląd technologii ładowarek

I. Architektura i podstawy ładowarek

W systemach elektronicznych ładowarka służy jako krytyczny element interfejsu, którego zadaniem jest konwersja prądu przemiennego (AC) z sieci energetycznej na regulowany prąd stały (DC) dostosowany do specyfikacji urządzenia. Typowa ładowarka składa się z czterech głównych podsystemów:

• Transformator: Obniża wysokie napięcie AC (np. 220V) do niższych napięć
• Prostownik: Konwertuje AC na pulsujący DC
• Filtr: Wygładza wyjście DC poprzez redukcję tętnień napięcia
• Regulator napięcia: Utrzymuje precyzyjne napięcie wyjściowe w wąskich tolerancjach

Zasada konwersji AC-na-DC:
Moc sieci charakteryzuje się sinusoidalnymi właściwościami napięcia (np. 220V/50Hz), z okresowymi zmianami amplitudy i polaryzacji. Natomiast urządzenia półprzewodnikowe (np. mikroprocesory, moduły RF) wymagają stabilnego zasilania DC z minimalnym odchyleniem napięcia. Wymaga to sekwencyjnych procesów konwersji wykonywanych przez ładowarkę.

II. Mechanika działania

Etap transformatora:

• Wykorzystuje indukcję elektromagnetyczną za pomocą rdzeni laminowanych i uzwojeń miedzianych
• Współczynnik obniżenia napięcia określany przez stosunek zwojów (np. 220V→5V wymaga stosunku 44:1)
• Materiały izolacyjne (np. Mylar, emalia) łagodzą straty prądów wirowych

Układ prostowania:

• Konfiguracja mostka pełnookresowego z diodami Schottky'ego dla niskiego spadku napięcia w przód
• Konwertuje dwukierunkowy AC na jednokierunkowy pulsujący DC
• Wartości szczytowego napięcia wstecznego (PIV) dobierane na podstawie wyjścia transformatora

Filtrowanie wyjścia:

• Pasywne sieci RC/LC redukują składowe częstotliwości tętnień
• Kondensatory elektrolityczne (100-1000μF) do magazynowania energii
• Kondensatory ceramiczne (<1μF) do tłumienia szumów o wysokiej częstotliwości

Regulacja napięcia:

• Regulatory liniowe (np. LM7805) do zastosowań o niskim poziomie szumów
• Regulatory impulsowe (SMPS) do konwersji mocy o wysokiej sprawności (>85%)
• Pętle sprzężenia zwrotnego utrzymują dokładność napięcia ±5%

Podsumowanie techniczne (Przykład ładowarki do telefonu komórkowego):

1. Transformator: Obniża napięcie sieciowe (np. 220V AC) do niższego napięcia AC (np. 12V AC)
2. Prostownik: Konwertuje AC na pulsujący DC za pomocą mostka diodowego
3. Regulator napięcia: Stabilizuje wyjście do precyzyjnych specyfikacji DC (np. 5V/2A)
   Zapewnia to zgodne dostarczanie zasilania dla protokołów ładowania USB-C/PD.