充電器輸出電流越大,充電速度越快嗎?

2020-12-03 數碼魅影

以車充為例,探討如下:

因為標稱電流與充電電流不是一個概念。

標稱電流是某電子產品的最大負荷電流。無論任何電源都有一定的內阻,因此當電源輸出電流的時候,會在內部產生壓降,這個壓降等於輸出電流乘以電源內阻。

內阻的存在會產生兩個問題,一個是產生熱量,等於輸出電流的平方乘以內阻;另一個是當電源連接負載後,其輸出電壓變為空載電壓減去內部壓降,而達到輸出電壓就是標稱電壓。

通常的電源設計在考慮散熱問題之後,一般限制一個電流值,當輸出電流達到這個值得時候,輸出電壓降低為標稱電壓的95%,或者其他比例,各廠家根據負載產品的不同需要,可以設定更高或者更低的比例,這個電流值就是標稱電流。

比如車充,標稱輸入: 12-24V;輸出:USB1為5V-1A; USB2為5V-2A。那麼,(1A+2A)*5V=15W,就是它的最大標稱功率。用它給符合電壓要求的設備充電、供電時,功率不應超過15W,而充電電流的大小,取決於被充負載設備等效電阻的大小。下面分三種情況討論:

1、小馬拉大車,即用標稱功率小的電源給標稱功率大的負載設備充電、供電。在電壓符合的情況下,電流的大小就是主要的因素。以這個車充為例,2A、USB輸出口的輸出功率為:2A*5V=10W,這時如果需要充電的設備或負載的等效電阻較小,在電壓一樣的情況下,負載的功率若大於10W,那電流就較大。如果負載的等效電阻太低,會導致電源的輸出電流超過標稱電流,那就有兩種情況:一個是電源的個別元件發熱嚴重,導致燒毀引起電源損壞。另一個是散熱設計留有餘量,僅僅體現為輸出電壓進一步降低,若這個電壓降低太多,超過負載的容許範圍,會導致負載無法正常工作。假如這個負載是需要充電的設備,那麼由於電源的最大輸出電流小,充電速度就會變慢,或者壓降太大,即使有電流輸出也不能充電。

2、大馬拉小車,即在標稱電壓一樣的情況下,用標稱功率大的電源,給標稱功率小的負載設備供電或充電。多數朋友覺得,用大標稱電流的電源,給小標稱電流的設備充電或供電,會燒壞負載,因為電流大了嘛。出現這個誤解,是把標稱電壓和標稱電流混為一談了。實際上電流的大小,在電壓相同的情況下取決於負載,也就是負載設備的工作情況,當設備高負荷運轉的時候,電流大些,進入待機的時候,電流就小些,總電流等於加在負載設備上的電壓,除以設備的等效電阻。大標稱電流的電源有足夠的電流餘量,在給小標稱電流的設備充電、供電時,不僅不會發生過熱或輸出電壓過低的情況,而且完全符合和滿足負載設備的要求。所以這個車充的設計餘量很大,能夠滿足大多數負載設備的要求,可以在更多、更大的範圍內使用。

在這裡有必要簡單講一下標稱電壓,無論電源的功率大小,如果用標稱電壓高的電源,給標稱電壓低的負載設備供電,而且這個電壓超過負載設備允許的範圍,那負載設備就會過流損壞。例如用12V的直流電源,直接給5V的手機充電,肯定會燒毀手機;而用功率較大的3V電源,雖然標稱電流很大,但手機是不會工作的,更談不上充電快慢。

車充有1A或2A的輸出電流,但給手機充電時,等效電阻決定了它的充電電流只有218mA就夠了,換算後的輸出電流為479mA,無論用哪個口都可以。

3、車馬匹配。所謂匹配,可以從功率匹配、電壓匹配、電流匹配,三個方面來討論:

①功率匹配。按照能量守恆定律,輸入功率=輸出功率,但由於電源內阻的存在,輸出功率=輸入功率-內阻發熱功率,這樣輸出功率就會變小。電源的標稱功率就是指的減去內阻功率後的這個功率。

根據電功率=電流*電壓的公式,我們就知道了在功率匹配過程中,必須要考慮電壓和電流的匹配,兩者缺一不可。

②電壓匹配。電源和用電設備在設計時,對電壓的要求都有一個範圍,以標稱電壓為準,容許上下有一定的偏差幅度,只要在這個幅度內,即為匹配,大於或小於這個幅度,即為不匹配。所以在前面的敘述中,都是討論電壓一樣的情況下,電流的大小對充電速度的影響,沒有這個前提條件,也就無法討論。

③電流匹配。搞清楚標稱電流、標稱電壓、標稱功率的概念,對小馬拉大車和大馬拉小車就有了更深刻的理解,電壓一定的情況下,功率的大小就由電流的大小決定了。

歐姆定律告訴我們:電壓=電阻*電流,即電壓一定時,電阻和電流成反比;電阻一定時:電壓和電流成正比。如果我們把負載設備看成一個電阻,那它就有了等效電阻,一般來講這個等效電阻也是一定的。那麼用電功率=電流的平方*電阻這個公式,就更一目了然了。

這樣我們的問題就簡單了,對於用電器來講,在輸入功率、輸入電壓一定的條件下,決定它工作電流大小的,是它自身的等效電阻和電源的內阻;而在輸入功率、輸入電壓、等效電阻一定的條件下,電流也近似於固定。這時只要電源的標稱電流大於或等於這個固定電流,相互之間就達到了車馬匹配。

所以,原裝產品之間最匹配,因為在設計時已經考慮到設備和周邊配件的各種情況。如果沒有原配時,只要符合大馬拉小車的情況,也是屬於匹配的範圍。只要你的負載設備,在電源標稱電流之內,那就是安全的、匹配的。反之如果出現了小馬拉大車的情況,就不匹配,就會出現燒毀或充電快慢的情況。

我們從蘋果iPad的充電器和設備的標稱說明裡,就能看到什麼是匹配了。在它的標稱信息中,雖然沒有使用功率的概念,但可以算出iPad的最大功率是5.1V*2.1A=10.71W,只要用大於等於這個功率、符合這個電壓的電源給它供電,都是匹配的,也不會存在充電快慢和燒毀的說法。

那是輸入功率和輸出功率的比率,是另一個概念,不在這次的討論範圍,請另開帖討論。

講了這麼多廢話,我們可以總結2個結論:

1、在大馬拉小車或匹配的情況下,即電壓、功率符合要求,充電器標稱電流大於或等於負載設備標稱電流的情況下,不管充電器標稱電流多大,充電快慢是一樣的。

2、在小馬拉大車的情況下,才會出現充電慢、不充電、燒毀充電器等問題。

所以用大電流充電快,這個說法是完全不正確的。

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