Da bei gleichbleibender Gesamtleistung ein Spannungsabfall an einem Kabel aufgrund hoher Ströme mit höheren Spannungen und niedrigerem Strom vermieden werden kann.Kupfer ist teuer und es ist einfacher, mit 2,5 Ampere bei 20 V umzugehen als mit 10 Ampere bei 5 V.

Ohmsches Potenzgesetz:

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

Die in Kupfer verlorene Leistung, die als Wärme abgeführt werden muss, steigt mit dem Quadrat des Stroms.

Verbraucher mögen keine dicken Kabel oder heißen Runden.

Wenn Sie also den Laptop mit Strom versorgen und ihn innerhalb des Laptops mit der geringsten Strommenge, aber aus Sicherheits- / Compliance-Gründen immer noch innerhalb der ELV-Werte (Extra-Low Voltage) (< 50 V) verwenden können, dannIhre Kabel sind billiger, Ihre internen Energieverwaltungskomponenten sind billiger, Ihre Wärmeableitungskomplexität Der &-Overhead ist geringer, weil Sie weniger Energie als Wärme verlieren.

Buck-Schaltmodus-Spannungsregler (die N * 4,2 V / Zelle mehrerer Lithiumzellen in Reihe nehmen, & regelt sie auf logische Pegel) können innerhalb bestimmter Einschränkungen effizient genug (> 90%) gemacht werden, was aEin viel besserer Kompromiss, als beispielsweise 5 V bei 10 A von einem Stromversorgungsbaustein zu speisen, der nur wenige Meter vom Laptop entfernt ist.

Sie können die Logik weder direkt aus der Batterie laufen lassen noch die Batterie direkt über eine Festspannungsversorgung laden. Der eigentliche Computerteil eines modernen Laptops benötigt einen Bereich stabiler Spannungen von weniger als einem Volt bis etwa 5 Volt. Traditionell benötigten sie auch eine hohe Wechselspannung, um die Hintergrundbeleuchtung des Bildschirms anzutreiben (obwohl sich dies möglicherweise mit dem Wechsel von CCFL zu LED geändert hat)

Die Spannung einer Lithium-Ionen-Zelle wird normalerweise mit etwa 3,6 V angegeben, variiert jedoch tatsächlich von etwa 2,8 V am Ende des Entladezyklus bis etwa 4,2 V am Ende des Ladezyklus.

Es ist einfacher / billiger / effizienter, Wandler herzustellen, die nur die Spannung in eine Richtung erhöhen, als Wandler, die die Spannung sowohl nach unten als auch nach oben und die Widerstandsverluste im Allgemeinen mit höherer Spannung senken können.

Zurück zur Frage, wie viele Zellen in Reihe geschaltet werden sollen.

Eine Zelle in Reihe bedeutet, dass Sie einen Aufwärts- / Abwärtswandler für 3,3 V und einen Aufwärtswandler für 5 V benötigen. Dies ist häufig bei Smartphones / Smartphone-ähnlichen Tablets der Fall, die relativ wenig Strom verbrauchen und weniger 3,3 V / 5 V benötigen.

Zwei Zellen in Reihe bedeuten, dass Sie alle gängigen Spannungsschienen mit Abwärtswandlern erstellen können, aber Sie haben nicht viel Spielraum für den Wandler, der 5 V liefert. Da 5 V häufig Spitzenlasten wie Motoren mit Kopffreiheit liefern, ist dies nützlich.

Es ist also sinnvoll, 3 Zellen in Reihe zu verwenden. Die meisten Laptops scheinen drei oder vier zu haben, wobei die Wahl hauptsächlich durch physische und / oder Kapazitätsbeschränkungen entschieden wird (einige Laptops können tatsächlich beide unterstützen).

Die Eingangsspannung muss dann bequem über der vollständig geladenen Spannung liegen, damit der Ladekreis nur herunterkonvertiert werden muss. Die vollständig geladene Spannung für eine 4-Zellen-Zelle beträgt ungefähr 16,8 V, daher ist eine Eingangsspannung von ungefähr 19 V bis 20 V sinnvoll.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Batteriespannung nicht konstant ist. Übliche Li-Ionen-Zellen variieren von etwa 4,2 bis 4,3 V bei voller Ladung bis unter 3,0 V. Die genaue Abschaltspannung variiert je nach Schutzschaltung. Sie möchten vermeiden, dass sie bis zu einem Punkt abfällt, an dem ein Aufladen nicht möglich ist. Obwohl dies 2,7 V oder weniger ist, gibt es zwischen einer Abschaltung von 2,7 V und einer Abschaltung von 3,0 V nur sehr wenig nutzbare Energie. Ein Teil des Nutzbereichs der Batterie liegt jedoch unter dem Mindesteinsatz von 3,6 V (oder ungefähr), der von einem Regler mit niedrigem Ausfall benötigt wird.

Um eine geregelte 3,3-V-Schiene aus einer einzelnen Reihenzellenanordnung zu erhalten, muss der Regler Eingangsspannungen sowohl über als auch unter dem Ausgang unterstützen, z. ein Buck-Boost-Regler. Wenn Sie mindestens 2 Zellen in Reihe schalten, liegt Ihre Mindestspannung über 5,5 V und Sie können einen Buck-Regler für 3,3 V und sogar 5,0 V Ausgang verwenden.

Buck-Regler sind einfacher, kleiner und billiger als ihre Buck-Boost-Brüder.

Bei Batterien in der realen Elektronik sind 2-Reihen-Anordnungen ("7,4 V") beliebt. 3er und 4er sind in mancher Hinsicht sogar noch besser (Verluste im Ladekabel), aber die inkrementellen Vorteile sind bei weitem nicht so groß und beginnen mit der Kompatibilität mit z. 12-V-Ladegeräte wie USB QuickCharge und USB C PD.

Lassen Sie uns ein Strombudget für einen Laptop erstellen ...

CPU und GPU - Viele Watt (10-50 W) bei etwa einem Volt.

DDR, Chipsatz, WiFi usw. - Ein paar Spannungsschienen wie 2,5 V und 3,3 V, ich würde 10-20 W sagen.

Festplatte - Für die SATA-Spezifikation sind 5 V und 12 V erforderlich, obwohl die meisten 2,5-Zoll-Festplatten die 12-V-Versorgung nicht verwenden. Wenn diese nicht vorhanden ist, funktioniert Ihr Laptop nur mit einigen Festplatten, sodass Sie ein Marketingproblem haben ...

DVD-Laufwerk - das gleiche Problem, aber schlimmer, da das Drehen einer großen CD oder DVD mit hoher Geschwindigkeit etwa 10 W erfordert ...

Lüfter - 5 V oder 12 V

An USB angeschlossenes Material - Die Benutzer sehen USB-Anschlüsse, schließen USB-Geräte an, ziehen den maximalen Strom gemäß Spezifikation und erwarten, dass er funktioniert.

Integrierte Audio- und Lautsprecherverstärker - 5 oder 12 V

Display-Hintergrundbeleuchtung - Dies ist ein echtes Problem, für CCFL wird ein Wechselrichter verwendet, für LED-Hintergrundbeleuchtung wird offensichtlich ein LED-Treiber verwendet. Die Eingangsspannung sollte ohne weitere Umwandlung aus der Batterie entnommen werden, da dies die effizienteste Option ist.

OK ... Sie müssen also eine batteriebetriebene Lösung dafür entwickeln.

Wenn Ihr "Laptop" tatsächlich ein Smartphone oder Tablet wie ein iPad ist, keine Festplatten- oder DVD-Laufwerke, stattdessen nur ein paar Flash-Chips auf dem Motherboard ... eine sehr effiziente ARM-CPU ... keine Lüfter, nein 12V ... die Dinge sind einfacher, und eine 3,6V-Lithiumzelle ist wahrscheinlich die einfachste Lösung. Die einzige Spannung, die einen Boost-DCDC benötigt, beträgt 5 V für den USB-Host, aber der Strom ist eher begrenzt.

Für einen Standard-x86-Laptop möchten Sie jedoch eine Batteriespannung über Ihrer 12-V-Schiene verwenden, damit alle DCDC-Wandler Buck sind, die effizienter als Boost sind. Sie müssen also 4 oder mehr Li-Zellen in Reihe verwenden.

Wenn Sie kein DVD-Laufwerk haben und die Festplatte spezifizieren können, benötigen Sie keine 12-V-Schiene, aber dennoch 5 V für USB, sodass Sie 2-3 Zellen verwenden können.

Ihr größter DCDC-Wandler ist der CPU-VRM, der viele Ampere bei etwa 1 V ausgibt.Sie möchten wirklich, dass dieser effizient ist, und Buck-Wandler neigen dazu, sich zu verschlechtern, wenn das Vin / Vout-Verhältnis zu hoch wird. Auch Niederspannungs-MOSFETs haben eine höhere Leistung. Dies bedeutet, dass Sie nicht möchten, dass Ihre Batteriespannung zu hoch ist.

Jeder scheint entweder 4 oder 5 Zellen zu verwenden, dh ungefähr 14 bis 20 V.Es ist der Sweet Spot für Effizienz.

Dann kaufen Sie Batterien ein und entscheiden, ob Sie maßgeschneiderte Beutelzellen wünschen, um Ihr McBook Air modisch schlank zu machen, oder fette billige 18650er ...

Laptops verwenden 19-V-zu-DCDC-Batterieladegeräte sowie DCDC-LV-Mobo-Ausgänge mit Eingängen von Batterien oder 19-V-Ladegeräten, falls aktiv.

Die Zellenspannung hängt von den Watt ab, die für den Betrieb einer größeren Hintergrundbeleuchtung des Bildschirms und damit von einem geringeren Leitungsverlust bei geringerem Strom bei höherer Zellstringspannung erforderlich sind.

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Außerdem gibt es viele Gründe; Kosten, Effizienz und Flexibilität.

• Der DC-DC-Wert von 19 V bis zu den Logikpegeln 5,3,3, 1,2 usw. ist unabhängig von Batterieladung und Batterie. Sie müssen auch keinen Laptop bedienen.

• Das Ladegerät reguliert die aktuelle Ladung basierend darauf, wie viel übrig bleibt, nachdem der MOBO erfüllt ist. Dieser DC-DC-Regler für komplexe V- und I-Batterieprofile ist unabhängig von dem oben genannten für den MOBO

Früher gab es eine Vielzahl von "Universal" -Laptop-Ladegeräten mit Selektoren für 12 bis 24 V mit vielen Einstellungen für unterschiedliche OEM-Anforderungen.

Jetzt in Nordamerika sind diese fast ausgestorben und werden durch 19-V- "Universal-Ladegeräte" ersetzt, die alle neueren und neuen Laptops mit 65 W oder mehr erfüllen. Apple ist mit seinem Anschluss immer noch einzigartig und andere verwenden die Smart-ID-Kommunikation, um nur den Batterieladegeräteteil aller DC-DC-Wandler zu aktivieren, und sollten weiterhin den MOBO ausführen.