Alimentation Apple: câble AC épais, câble DC fin - pourquoi?

L'alimentation Apple se compose d'un câble AC très épais et rigide (prise murale vers convertisseur) et d'un câble DC très fin et flexible (convertisseur vers ordinateur):

Pourquoi? Les courants à travers les câbles devraient être comparables, non?

EDIT: l'étiquette sur le convertisseur indique:

• entrée: 110-240V ~ 1.5A 50-60Hz
• sortie: 16,5 V = 3,65 A max

EDIT2: cf. Adaptateur secteur ThinkPad (câbles typiques, similaires à HP / Dell & C)

Qui a une partie DC plus épaisse (qu'Apple) et plus mince (qu'Apple) AC et est classée

• entrée: 100-240V ~ 1.5A 50 / 60Hz
• sortie: 20V = 3,25A

Les caractéristiques semblent similaires - pourquoi les câbles sont-ils si différents dans le rapport DC cable thickness/ AC cable thickness?

EDIT3: cf. Adaptateur CA pour System76 Pangolin (qui a 3 fils - y compris la terre - dans la partie CA)

Il est évalué comme ci-dessus et a une partie DC plus épaisse et une partie AC plus mince que le câble Apple.

EDIT4: Il semble que les câbles Lenovo / ThinkPad soient sous-conçus , ce qui explique la différence d'épaisseur de câble observée!

La taille des câbles n'est pas due à la taille du conducteur en cuivre à l'intérieur - c'est une partie assez petite du câble. L'essentiel de la majeure partie provient de l'isolation électrique.

Le câble électrique doit être isolé pour éviter les courts-circuits. Plus la tension est élevée, plus l'isolation requise est épaisse.

Votre épais cordon d'alimentation secteur est isolé pour résister à la tension secteur. Dans votre pays, c'est 110 VCA; dans mon pays, c'est 230 VAC. En plus de cela, l'isolation doit résister à des pointes de tension transitoires ("surtensions") - AS1660.3 spécifie qu'un câble flexible multicœur doit résister à un test de pot de 3000 V CA pendant cinq minutes, donc l'isolation doit être suffisamment épaisse pour résister à 3 000 V RMS ou 4 200 V crête .

Le câble DC fin, en revanche, ne doit supporter que 12 VDC. Il n'y a aucun risque de pointes de tension sur cette ligne car la conception de l'alimentation ne le permet pas. Le risque d'électrocution est minime à partir de 12 VDC. Par conséquent, ce câble n'a pas besoin de beaucoup d'isolation et il peut être assez mince.

Pour souligner la relation entre la tension et l'épaisseur de l'isolation, vous pouvez obtenir des câbles comme celui-ci:

Le conducteur en cuivre est relativement petit par rapport au diamètre global du câble. Notez l'épaisseur de l'isolant (le matériau blanc). Cette courte coupure de câble n'avait pas de marques, mais celle-ci est évaluée à au moins 132 000 VCA et l'isolation est plus épaisse pour correspondre.

Le courant à travers le câble DC sera en fait plusieurs fois le courant à travers le câble AC (l'explication suit un peu), mais la raison pour laquelle le câble AC est plus épais est la sécurité de l'opérateur, plutôt que la capacité de transport de courant.

Le fil d'alimentation a une isolation beaucoup plus épaisse (et purement fortuitement, une section de conducteur plus épaisse également) pour fournir une sécurité supplémentaire en cas de pliage, d'abrasion ou d'impact répétés, et des dommages au câble qui en résultent.

Fondamentalement, une personne pourrait être gravement blessée par le contact avec un conducteur transportant la tension du secteur, si le conducteur devait être exposé d'une manière ou d'une autre en raison de dommages à l'isolation. Avec le fil CC, le contact ne comporte pas de risque d'électrocution, en raison de la tension inférieure impliquée.

Estimation du courant:

La puissance via le câble secteur sera l'efficacité du convertisseur de puissance, multipliée par la puissance consommée du côté CC, plus un peu de puissance aérienne / de repos. Donc, si nous supposons une alimentation secteur de 110 volts, une efficacité de 80%, une puissance de repos négligeable et une sortie de 5 volts CC fournissant 5 watts de puissance à l'appareil, alors:

• P = V x I, donc courant continu I = 5/5 = 1 Ampere
• Puissance consommée côté AC: 5 / 0.8 = 6.25 Watts
• Courant de fil AC I = 6.25/110 = 0.0568 Amperes = 58.6 mA

Il ne s'agit donc certainement pas de la capacité de charge actuelle côté AC!

Le courant du côté DC va être beaucoup plus élevé. Mais il est également limité par la brique d'alimentation, et c'est une tension beaucoup plus faible. Le cordon secteur doit être épais car il doit être durable. La majeure partie de l'épaisseur sera l'isolation.

Comme il s'agit d'un produit Apple, la réponse est probablement le design. Il est conçu pour être aussi fin que possible et répondre aux exigences légales.

En fait, le courant serait plus faible dans le câble AC. Cela a probablement plus à voir avec les exigences de durabilité (résistance aux dommages physiques) du câble CA qui transporte une tension de ligne plus élevée.

Les exigences UL s'appliquent, en particulier, au côté CA de l'adaptateur secteur et spécifient un ensemble ou des exigences spécifiques qui doivent être satisfaites pour tout câble qui conduit des tensions domestiques CA. Apple a rendu ce câble aussi fin que possible tout en répondant à toutes ces conditions - capacité de manipulation actuelle, isolation, arcs et défauts à potentiel élevé et durabilité physique, y compris la résistance aux coupures, à la chaleur, à la flexion et à l'usure.

Si les seules exigences avaient été de résister à 120 VCA RMS sans arc et de conduire jusqu'à 1 ampère, elles auraient pu le rendre beaucoup, beaucoup plus mince.

Les exigences UL sont assez rigoureuses.

Il y a quatre contraintes sur la taille minimale du câble cc:

1. tension nominale
2. courant nominal
3. indice de dégradation (sur la durée de vie du produit, nous nous attendons à ce qu'il ne perde pas plus de x% de la capacité de charge en tension / courant en raison de l'usure)
4. disponibilité du câble

Il y a quatre contraintes sur la taille minimale du câble ca, et voici l'amortisseur, ce sont exactement les quatre mêmes contraintes. Les différences résident entièrement dans les valeurs nominales de tension et de courant. Dans les deux cas, le câble doit être dimensionné par la source d'alimentation. Dans le cas du courant continu, la source est l'alimentation (qui est à son tour dimensionnée par la charge). Dans le cas du courant alternatif, la source est la sortie. Selon une interprétation stricte du NEC, la prise peut fournir 20 ampères à 115 volts, bien que puisque l'alimentation est évaluée à 220 volts, vous devez supposer que le câble sera branché sur une prise d'adaptateur et qu'il existe des installations qui mettent des prises de 20 ampères sur 30 circuits d'amplis (les prisons et les écoles aiment le faire). Le cordon doit donc pouvoir gérer une panne à 220 volts 30 ampères.

Je n'ai jamais vu de fil évalué à 110 ou 220 volts. Les câbles de 300 volts et 600 volts sont courants. En règle générale, ils utilisent un câble de 300 volts pour le câblage basse tension et 600 volts pour le côté ca. Un fil de calibre 14 peut transporter 20 ampères, bien qu'il puisse devenir chaud, et ne tombera probablement pas en panne sous une surtension de 30 ampères.

La taille des câbles d'alimentation flexibles pour les petits appareils est principalement déterminée par des considérations de sécurité. Les noyaux doivent être suffisamment épais pour ne pas se rompre sous l'effet des contraintes mécaniques et suffisamment épais pour que, dans le cas peu probable d'un court-circuit, ils ne se vaporisent pas avant le fusible / disjoncteur. L'isolation et la gaine doivent être suffisamment épaisses pour que même après de nombreuses années d'usure, elles fournissent toujours une isolation adéquate.

Le câble Apple a un fil de terre (même si étrangement les adaptateurs qui vous permettent d'utiliser la brique d'alimentation sans le câble sont mis à la terre). Un fil de terre est souhaitable sur les alimentations à découpage plus grandes car il permet de réduire considérablement les courants de contact.

Je soupçonne que le connecteur étrange a aussi une influence. Apple peut ne pas vouloir concevoir des variantes de ce connecteur pour différents types de câbles et peut avoir choisi de choisir un type / taille qui serait acceptable partout. Les câbles en trèfle, d'autre part, sont fabriqués en quantités massives, il est donc plus logique de concevoir des variantes pour les spécifications de chaque pays et la commoditisatoin offre beaucoup plus de possibilités aux vendeurs douteux en Chine pour pousser les produits non conformes.

Le câble de sortie CC, d'autre part, n'est pas considéré comme un risque de sécurité important, donc sa taille est principalement due au compromis entre les vendeurs entre l'efficacité et la beauté. Apple veut que leurs machines soient élégantes dans le magasin, si mince soit-il.