Alimentação de laptop a partir de fontes de 12V sem inversor

Esta pergunta tem duas partes:

1) Quão ineficiente é aumentar 12V para 120V e depois voltar para 12V, como no uso de um inversor de energia de carro tradicional para alimentar um laptop (ou seja, a energia da bateria de 12V é aumentada para 120V por um inversor de energia e depois de volta para 12V pelo fonte de alimentação do laptop)?

2) Existe alguma maneira de alimentar um laptop diretamente de uma bateria de carro de 12V? Isso seria útil não apenas para uso em um carro, mas também para uma casa movida a energia solar que funciona com baterias de 12V. Se houver um ganho significativo em não passar pelo ciclo de aumento / reversão dos inversores de potência, seria aconselhável alimentar laptops e outros dispositivos de 12V diretamente da energia da bateria. Percebo que os laptops têm classificações de fonte de alimentação diferentes e alguns exigem mais de 12V, mas parece um desperdício aumentar tudo para 120V antes de trazê-lo de volta.

Sim, toneladas de energia são desperdiçadas, passando de 12V a 110V, especialmente quando tudo o que você faz é conectá-lo a uma fonte de alimentação que também perde energia, transformando-a novamente em CC de baixa tensão.

Você pode comprar um conversor CC / CC que fornecerá uma tensão ajustável de 9 a 20 V CC quando receber uma entrada de 10 a 24 V CC.

Eu criei um conversor de estilo SEPIC antes, para esse tipo de coisa: http://dren.dk/carpower.html

Alguns laptops podem funcionar com fontes de energia variáveis, geralmente as mais antigas.

Os adaptadores DC-DC perdem 20% em sua conversão básica de 12V a 19V. (Testei-me com multímetro), vs 40 +% ou mais para alimentar o inversor de 110V para executar o adaptador CA na saída 19VDC.

Gostaria de encontrar um laptop já EFICIENTE mais novo, construído para receber uma entrada de energia de 11 a 15,5V DC ... Um computador mais antigo que eu tenho (muito lento) é um NEC Daylite, 16V de alimentação normalmente, mas ele sai correndo 11-16V não há problema. cerca de 7-11Watts, dependendo do uso.

É possível que o fabricante do laptop já possua um acessório de adaptador de veículo automóvel / avião que você possa comprar. Ele converterá a voltagem da bateria diretamente na voltagem de entrada apropriada para o laptop (DC-DC). Talvez atenda à dupla tarefa e seja capaz de receber entrada CA (parede) também.

Aqui está um exemplo da Dell:
http://accessories.dell.com/sna/productdetail.aspx?c=us&l=en&s=dhs&cs=19&sku=310-8814#Overview

Aqui está uma versão genérica da Duracell que se adapta às principais marcas de laptops:
http://www.amazon.com/DURACELL-Universal-Adapter-Interchangeable-DRACDC5101/dp/B003ICXALS

Eu tenho feito exatamente isso em minha casa alimentado por painéis solares. Ao construir a casa, pedi ao eletricista que administrasse a fiação CC em determinados pontos. Como o meu é um sistema de 24 volts, uso um conversor buck para obter 19V para alimentar tanto o meu laptop Asus quanto um monitor externo de LED da LG (novamente 19V). Existem muitos conversores de preço baixo (mas de qualidade decente, pelo que posso dizer) disponíveis para fazer isso. Observe que, no meu caso, eu tive que usar um retificador em ponte (BR68) antes do conversor buck para filtrar baixa ondulação CA da linha CC. Acho que a onda estava entrando devido às linhas AC / DC compartilhando algum conduíte na parede. Aqui está um que eu encontrei.

É principalmente um mito que é muito mais eficiente alimentar aparelhos de corrente contínua como laptops em um sistema de corrente contínua de ponta a ponta, em vez de usar um inversor e, em vez disso, o conversor CA-CC existente ¹ .

Vamos dar uma olhada na sua primeira pergunta:

1) Quão ineficiente é aumentar 12V para 120V e depois voltar para 12V, como no uso de um inversor de energia de carro tradicional para alimentar um laptop (ou seja, a energia da bateria de 12V é aumentada para 120V por um inversor de energia e depois de volta para 12V pelo fonte de alimentação do laptop)?

Depende do seu hardware, mas não é muito terrível. Você tem duas conversões principais: a conversão CC -> CA no inversor e a conversão CA -> CC na fonte de alimentação do dispositivo.

A maioria dos inversores de qualidade modernos tem mais de 90% de eficiência e muitos se aproximam de 95% de eficiência em grande parte de sua faixa de operação. Inversores muito baratos ou pequenos podem ser piores, talvez nos anos 80 baixos e até bons inversores muitas vezes são menos eficientes ao operar com potência muito baixa em relação à sua potência nominal.

Para o lado AC -> DC, você encontrará mais variações. Alguns conversores de qualidade, por exemplo, aqueles fornecidos com alguns laptops de marca atingem 90% de eficiência, mas muitos outros estão na faixa de 70% a 80%. Conversores CA -> CC muito pequenos, como os encontrados nos plugues USB, tendem a ser um pouco menos eficientes do que os conversores terão menos restrições de espaço.

No geral, você está vendo uma perda no melhor dos casos de talvez 15% (um inversor eficiente de 95% com uma fonte de alimentação eficiente de 90%) para uma perda no pior dos casos com um inversor razoável de talvez 40% (um inversor no 80s altos combinados com uma fonte de alimentação de 70% ² .

Agora considere também que o caminho DC "de ponta a ponta" geralmente também precisará de uma conversão DC-DC, a menos que o dispositivo opere exatamente na tensão (por exemplo, 12V ou 24V) do seu sistema DC. É provável que essa conversão seja, na melhor das hipóteses, tão eficiente quanto uma das conversões acima. Na pior das hipóteses, se você comprar um dos vários conversores buck / boost ajustáveis ​​com amplas faixas de entrada e saída, a eficiência poderá ser consideravelmente menor se estiver operando fora da faixa ideal. Portanto, ignorando todos os outros fatores, é possível que a rota CC completa já seja menos eficiente que a CA!

Ainda assim, vamos supor que o caminho DC completo seja teoricamente um pouco mais eficiente que o caminho DC-AC-DC, em talvez 10%. Aqui estão as desvantagens de um caminho DC completo que pode superar essa pequena vantagem:

• Algo como uma casa (ou RV ou qualquer outra coisa), como você mencionou no ponto (2), já terá fiação de 120V existente: os aparelhos de energia em um sistema DC completo exigiriam a localização desses aparelhos muito perto do banco de baterias ou a execução de uma segunda fiação DC sistema com um esforço considerável (adicionar fiação a uma casa existente é muito mais difícil do que fazê-lo quando está sendo construído - a menos que você não se importe com feio). Além disso, você encontrará problemas como nenhuma tomada padrão para energia CC (o isqueiro é provavelmente a coisa mais amplamente suportada, mas inadequada para muitos propósitos).
• Tensões mais baixas são inerentemente menos eficientes do que tensões mais altas para transmissão: tanto porque uma determinada queda de tensão absoluta representa uma fração relativa mais alta da tensão total, quanto porque é necessária proporcionalmente mais corrente para fornecer a mesma energia. Esse efeito é aproximadamente quadrático: um sistema de 12V sofre aproximadamente 100 vezesa queda de tensão como fios do mesmo medidor em 120V do mesmo medidor para fornecer a mesma potência. Um exemplo: com mais de 10 pés de fiação doméstica de 14 AWG, para uma carga de 120W, um sistema de 120V precisa de 1 amp e sofre uma queda de tensão de 0,042% - basicamente um erro de arredondamento. Um aparelho de 12V com a mesma potência precisaria de 10 amperes e sofreria uma queda de tensão de 4,2% - portanto, com mais de 10 pés de 14 AWG, você já perdeu quase tanta energia quanto perderia em um bom inversor. Em uma casa, você pode facilmente ter fiação de 15 a 30 metros, resultando em quedas de tensão CC que tornam o sistema insustentável - mesmo com uma pequena carga de 120 W. Na prática, você precisaria usar um medidor de fio significativamente maior para combater isso: um custo significativo que poderia ser gasto em mais painéis ou baterias solares.
• A CA é o padrão: quase todos os aparelhos que você compra vêm por padrão com um plugue de CA. Existem todos os tipos de aparelhos onde você também pode comprar uma versão DC, mas geralmente com uma seleção bastante reduzida. Sim você podecompre uma geladeira alimentada por corrente contínua, mas você precisa escolher entre 1 ou 2 modelos estranhos na sua loja solar / de baterias. Geralmente, o dobro do preço de uma geladeira que você compraria em qualquer outro lugar e com base em algum modelo antigo que pode ser inerentemente menos eficiente. O mesmo vale para ventiladores, TVs, cafeteiras, etc. Sim, eles existem, mas o mercado é minúsculo no momento em que a seleção segue. Você desperdiçará mais dinheiro e ficará menos feliz com o que acaba tendo do que jamais salvou em "perdas de conversão CA". A única abordagem que funciona aqui é obter coisas que funcionam com CA, mas possuem uma fonte de alimentação CA-CC externa: você pode pular a peça e conectar seu sistema DC diretamente (mas, novamente, as tensões geralmente são estranhas, como 17V, 21V, etc, então você ainda precisa de uma conversão).

Então, serei o que parece ser a voz solitária aqui e direi que qualquer tipo de "sistema DC" grande ou médio não faz sentido apenas para economizar em perdas de conversão quando você estiver conectando aparelhos prontos para uso. 120V AC é realmente um método bastante razoável de distribuição de energia, especialmente porque é a entrada padrão para quase tudo o que você compraria. As perdas de conversão são razoavelmente pequenas em equipamentos modernos, e você geralmente não pode evitar totalmente as perdas de conversão, mesmo com um sistema DC completo.

¹ Às vezes, chamo isso de abordagem DC-AC-DC.

² Obviamente, você pode levar o pior caso a sério se procurar um inversor realmente ineficiente (mas isso está sob seu controle) e encontrar algum dispositivo com um terrível (ou velho) SMPS ou regulador linear que seja muito ineficiente.