Adaptador de CA

Un adaptador de CA o adaptador de CA/CC (también llamado cargador de pared , adaptador de corriente , bloque de alimentación o adaptador de pared ) ^[1] es un tipo de fuente de alimentación externa , a menudo encerrada en una carcasa similar a un enchufe de CA. [ ^2] Los adaptadores de CA suministran energía eléctrica a dispositivos que carecen de componentes internos para extraer voltaje y energía de la red eléctrica . El circuito interno de una fuente de alimentación externa suele ser muy similar al diseño que se utilizaría para una fuente integrada o interna.

Cuando se utilizan con equipos alimentados por batería , los adaptadores generalmente cargan la batería además de alimentar el equipo.

Además de obviar la necesidad de fuentes de alimentación internas, los adaptadores ofrecen flexibilidad: un dispositivo puede obtener energía de la red eléctrica de 120 V CA o 230 V CA, de la batería del vehículo o de la batería del avión, simplemente utilizando diferentes adaptadores . La seguridad puede ser otra ventaja, ya que la peligrosa red eléctrica de 120 o 240 voltios se transforma a un voltaje más bajo y seguro en la toma de corriente de la pared antes de llegar al aparato que manipula el usuario.

Originalmente, la mayoría de los adaptadores de CA/CC eran fuentes de alimentación lineales , que contenían un transformador para convertir el voltaje de la red eléctrica a un voltaje más bajo, un rectificador para convertirlo en CC pulsante y un filtro para suavizar la forma de onda pulsante a CC, con variaciones de ondulación residuales lo suficientemente pequeñas como para no afectar al dispositivo alimentado. El tamaño y el peso del dispositivo estaban determinados en gran medida por el transformador, que a su vez estaba determinado por la potencia de salida y la frecuencia de la red . Las clasificaciones superiores a unos pocos vatios hacían que los dispositivos fueran demasiado grandes y pesados ​​para ser soportados físicamente por una toma de corriente de pared. El voltaje de salida de estos adaptadores variaba con la carga; para los equipos que requerían un voltaje más estable, se añadían circuitos reguladores de voltaje lineal . Las pérdidas en el transformador y el regulador lineal eran considerables; la eficiencia era relativamente baja y se disipaba una potencia significativa en forma de calor incluso cuando no se impulsaba una carga.

A principios del siglo XXI, las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) se volvieron casi omnipresentes para este propósito debido a su tamaño compacto y peso ligero en relación con su capacidad de salida de potencia. La tensión de la red se rectifica a una tensión continua alta que impulsa un circuito de conmutación, que contiene un transformador que funciona a una frecuencia alta y emite corriente continua a la tensión deseada. La ondulación de alta frecuencia se filtra más fácilmente que la frecuencia de la red. La alta frecuencia permite que el transformador sea pequeño, lo que reduce sus pérdidas; y el regulador de conmutación puede ser mucho más eficiente que un regulador lineal. El resultado es un dispositivo mucho más eficiente, más pequeño y más ligero. La seguridad está garantizada, como en el antiguo circuito lineal, porque un transformador todavía proporciona aislamiento galvánico .

Un circuito lineal debe estar diseñado para un rango específico y estrecho de voltajes de entrada (por ejemplo, 220–240 VCA) y debe utilizar un transformador apropiado para la frecuencia (generalmente 50 o 60 Hz), pero una fuente de alimentación conmutada puede funcionar de manera eficiente en un rango muy amplio de voltajes y frecuencias; una sola unidad de 100–240 VCA manejará casi cualquier suministro de red del mundo.

Muchos adaptadores de CA de modo conmutado económicos no implementan un filtrado y/o protección adecuados para la interferencia electromagnética que generan. La naturaleza de estos diseños de conmutación de alta velocidad y alta energía es tal que cuando no se implementan estas medidas preventivas, se pueden generar armónicos de energía relativamente alta y radiarlos hasta bien entrada la porción de radio del espectro. La cantidad de energía de RF generalmente disminuye con la frecuencia; por lo tanto, por ejemplo, la interferencia en la banda de transmisión de onda media (AM de EE. UU.) en la región de un megahercio puede ser fuerte, mientras que la interferencia con la banda de transmisión de FM alrededor de 100 megahercios puede ser considerablemente menor. La distancia es un factor; cuanto más cerca esté la interferencia de un receptor de radio, más intensa será. Incluso la recepción WiFi en el rango de gigahercios puede degradarse si las antenas receptoras están muy cerca de un adaptador de CA que irradia. Se puede determinar si la interferencia proviene de un adaptador de CA específico simplemente desenchufando el adaptador sospechoso mientras se observa la cantidad de interferencia recibida en la banda de radio problemática. En un entorno doméstico o comercial moderno, puede haber varios adaptadores de CA en uso; En tal caso, desconéctelos todos y vuelva a conectarlos uno por uno hasta encontrar al culpable o los culpables.

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Los adaptadores de CA externos se utilizan ampliamente para alimentar dispositivos electrónicos pequeños o portátiles. Entre las ventajas se incluyen:

• Seguridad: los adaptadores de alimentación externos pueden liberar a los diseñadores de productos de la preocupación por algunos problemas de seguridad. Gran parte de este tipo de equipos utilizan únicamente voltajes lo suficientemente bajos como para no representar un peligro de seguridad interna, aunque la fuente de alimentación debe utilizar necesariamente un voltaje de red peligroso. Si se utiliza una fuente de alimentación externa (normalmente a través de un conector de alimentación, a menudo de tipo coaxial ), el equipo no necesita diseñarse teniendo en cuenta los voltajes peligrosos dentro de la carcasa. Esto es especialmente relevante para equipos con carcasas ligeras que pueden romperse y exponer las piezas eléctricas internas.
• Reducción de calor: el calor reduce la confiabilidad y la longevidad de los componentes electrónicos y puede provocar que los circuitos sensibles se vuelvan imprecisos o funcionen mal. Una fuente de alimentación independiente elimina una fuente de calor del aparato.
• Reducción de ruido eléctrico: debido a que el ruido eléctrico irradiado disminuye con el cuadrado de la distancia, es beneficioso para el fabricante convertir la energía de la línea de CA o la energía del automóvil potencialmente ruidosa en CC "limpia" y filtrada en un adaptador externo, a una distancia segura de los circuitos sensibles al ruido.
• Reducción de peso y tamaño: al quitar los componentes de alimentación y el enchufe de conexión a la red eléctrica de los equipos alimentados por baterías recargables, se reduce el peso y el tamaño que se deben transportar.
• Facilidad de reemplazo: las fuentes de alimentación son más propensas a fallar que otros circuitos debido a su exposición a picos de tensión y a la generación interna de calor residual . Las fuentes de alimentación externas pueden ser reemplazadas rápidamente por un usuario sin necesidad de reparar el dispositivo alimentado.

• Versatilidad de configuración: los productos electrónicos alimentados externamente se pueden utilizar con diferentes fuentes de alimentación según sea necesario (por ejemplo, 120 VCA, 240 VCA, 12 VCC o paquete de batería externo), para un uso conveniente en el campo o cuando se viaja.
• Inventario, distribución y certificación de productos simplificados: un producto electrónico que se vende y utiliza a nivel internacional debe recibir alimentación de una amplia gama de fuentes de energía y debe cumplir con las normas de seguridad de productos en muchas jurisdicciones, lo que generalmente requiere una certificación costosa por parte de agencias de seguridad nacionales o regionales como Underwriters Laboratories (UL) o TÜV . Se puede utilizar una única versión de un dispositivo en muchos mercados, y los diferentes requisitos de energía se satisfacen con diferentes fuentes de alimentación externas, de modo que solo es necesario fabricar, almacenar y probar una versión del dispositivo. Si el diseño del dispositivo se modifica con el tiempo (algo que ocurre con frecuencia), no es necesario volver a probar el diseño de la fuente de alimentación (y viceversa).
• El voltaje constante se produce mediante un tipo específico de adaptador que se utiliza para computadoras y portátiles . Este tipo de adaptadores se conocen comúnmente como eliminadores.

Una encuesta realizada a consumidores mostró una insatisfacción generalizada con el costo, los inconvenientes y el despilfarro de la profusión de adaptadores de corriente utilizados por los dispositivos electrónicos. ^[3]

La cuestión de la ineficiencia de algunas fuentes de alimentación se ha hecho muy conocida, y en 2001 el presidente estadounidense George W. Bush se refirió a estos dispositivos como "vampiros energéticos". ^[4] En la UE y en varios estados de EE.UU. se están promulgando leyes para reducir el nivel de energía desperdiciada por algunos de estos dispositivos. Entre estas iniciativas se incluyen la energía de reserva y la Iniciativa One Watt .

Pero otros ^{[¿ quiénes? ]} han argumentado que estos dispositivos ineficientes son de baja potencia, por ejemplo, los dispositivos que se utilizan para pequeños cargadores de baterías , por lo que incluso si tienen una baja eficiencia, la cantidad de energía que desperdician es menos del 1% del consumo doméstico de energía eléctrica. ^{[ cita requerida ]}

Teniendo en cuenta la eficiencia total de las fuentes de alimentación para equipos electrónicos pequeños, un informe de 2002 determinó que las antiguas fuentes de alimentación basadas en transformadores lineales de frecuencia de red tenían eficiencias de entre el 20 y el 75% y tenían una pérdida de energía considerable incluso cuando estaban encendidas pero no suministraban energía. Las fuentes de alimentación de modo conmutado (SMPS) son mucho más eficientes; un buen diseño puede tener una eficiencia del 80 al 90% y también es mucho más pequeño y liviano. En 2002, la mayoría de los adaptadores de corriente externos enchufables que se usaban comúnmente para dispositivos electrónicos de consumo de bajo consumo eran de diseño lineal, así como las fuentes integradas en algunos equipos. ^{[ cita requerida ]}

Las fuentes de alimentación externas suelen dejarse enchufadas incluso cuando no se utilizan, y consumen entre unos pocos vatios y 35 vatios de energía en ese estado. El informe concluyó que se podrían ahorrar unos 32 mil millones de kilovatios-hora (kWh) al año, aproximadamente el 1% del consumo total de energía eléctrica, en los Estados Unidos reemplazando todas las fuentes de alimentación lineales (eficiencia media del 40-50%) por diseños de conmutación avanzados (eficiencia del 80-90%), reemplazando las fuentes de conmutación antiguas (eficiencias de menos del 70%) por diseños avanzados (eficiencia de al menos el 80%) y reduciendo el consumo en modo de espera de las fuentes a no más de 1 vatio. ^[5]

Desde que se publicó el informe, las fuentes de alimentación conmutadas por secuencias han sustituido en gran medida a las fuentes de alimentación lineales, incluso en los enchufes de pared. El informe de 2002 estimaba que el 6% de la energía eléctrica utilizada en los EE. UU. "fluye a través" de las fuentes de alimentación (sin contar sólo los enchufes de pared). El sitio web donde se publicó el informe decía en 2010 que, a pesar de la difusión de las fuentes de alimentación con secuencias por secuencias, "las fuentes de alimentación actuales consumen al menos el 2% de toda la producción eléctrica de los EE. UU. Diseños de fuentes de alimentación más eficientes podrían reducir ese consumo a la mitad". ^[6]

Dado que la energía eléctrica desperdiciada se libera en forma de calor , una fuente de alimentación ineficiente está caliente al tacto, al igual que una que desperdicia energía sin una carga eléctrica. Este calor residual es en sí mismo un problema en climas cálidos, ya que puede requerir aire acondicionado adicional para evitar el sobrecalentamiento e incluso para eliminar el calor no deseado de las grandes fuentes de alimentación.

Los adaptadores de corriente externos pueden fallar o separarse del producto al que están destinados. Por lo tanto, existe un mercado para los adaptadores de repuesto. El reemplazo debe coincidir con los voltajes de entrada y salida, igualar o superar la capacidad de corriente y estar equipado con un conector adecuado. Muchos productos eléctricos están mal etiquetados con información sobre la fuente de alimentación que requieren, por lo que es prudente registrar las especificaciones de la fuente de alimentación original con anticipación, para facilitar el reemplazo si el original se pierde más tarde. El etiquetado cuidadoso de los adaptadores de corriente también puede reducir la probabilidad de una confusión que podría causar daños al equipo.

Algunas fuentes de alimentación de repuesto "universales" permiten cambiar el voltaje de salida y la polaridad para que coincidan con una variedad de equipos. ^[7] Con la llegada de las fuentes de alimentación conmutadas, se empezaron a conseguir adaptadores que pueden funcionar con cualquier voltaje de 110 V CA a 240 V CA; anteriormente se utilizaban versiones de 100-120 V CA o de 200-240 V CA. También hay adaptadores disponibles que se pueden utilizar con energía de vehículos de motor y aeronaves (consulte EmPower ) . ^[8]

Los conectores en X de cuatro vías o los conectores en estrella de seis vías , también conocidos como conectores araña , con múltiples tamaños y tipos de enchufes son comunes en las fuentes de alimentación genéricas. Otras fuentes de alimentación de repuesto tienen configuraciones para cambiar el conector de alimentación, con cuatro a nueve alternativas diferentes disponibles cuando se compran en un conjunto. Esto permite armar muchas configuraciones diferentes de adaptadores de CA, sin necesidad de soldar. Philmore y otras marcas de la competencia ofrecen adaptadores de CA similares con conectores intercambiables.

La etiqueta de una fuente de alimentación puede no ser una guía fiable del voltaje real que suministra en condiciones variables. Muchas fuentes de alimentación de bajo coste no están reguladas , es decir, su voltaje puede cambiar considerablemente con la carga. Si se cargan ligeramente, pueden emitir mucho más que el voltaje nominal de la "placa de identificación", lo que podría dañar la carga. Si se cargan mucho, el voltaje de salida puede caer considerablemente, en algunos casos muy por debajo del voltaje nominal de la etiqueta, incluso dentro de la corriente nominal, lo que hace que el equipo al que se alimenta funcione mal o se dañe. Las fuentes con reguladores lineales (en comparación con los conmutados) son pesadas, voluminosas y caras.

Las fuentes de alimentación conmutadas modernas son más pequeñas, más ligeras y más eficientes. Suministran un voltaje mucho más constante que las fuentes no reguladas, ya que el voltaje de entrada y la corriente de carga varían. Cuando se introdujeron, sus precios eran altos, pero a principios del siglo XXI los precios de los componentes conmutados habían bajado hasta un punto que permitía que incluso las fuentes más baratas utilizaran esta tecnología, ahorrando el costo de un transformador de frecuencia de red más grande y pesado.

Algunos adaptadores universales configuran automáticamente su voltaje de salida y corriente máxima según la gama de puntas intercambiables que se instalen; hay puntas disponibles para adaptarse y suministrar la energía adecuada a muchos ordenadores portátiles y dispositivos móviles. Diferentes puntas pueden utilizar el mismo conector, pero suministrar automáticamente diferente energía; es esencial utilizar la punta correcta para el aparato que se está alimentando, pero el usuario no necesita configurar correctamente ningún interruptor. La llegada de las fuentes de alimentación conmutadas ha permitido que los adaptadores funcionen con cualquier suministro de CA de 100 a 240 V con un enchufe adecuado; también se puede admitir el funcionamiento con suministros estándar de 12 V CC para vehículos y aviones. Con el adaptador, los accesorios y las puntas adecuados, se puede alimentar una variedad de equipos desde casi cualquier fuente de energía.

Se ha propuesto un sistema “Green Plug”, basado en tecnología USB , mediante el cual el dispositivo consumidor le indicaría a la fuente de alimentación externa qué tipo de energía necesita. ^[9]

Un eliminador de batería es un adaptador diseñado para permitir que un dispositivo diseñado para funcionar con batería, como una radio, pueda utilizarse desde una toma de corriente alterna. ^[10]

Todas las radios, excepto los equipos de cristal , usaban baterías de tubo de vacío incómodas y sucias hasta mediados y fines de la década de 1920. Los eliminadores de batería que se enchufaban a los enchufes de la luz se volvieron muy populares. ^[11] Las primeras unidades comerciales fueron producidas por la compañía Edward S. Rogers, Sr. en 1925 como complemento a su línea de radios sin batería . ^[12] Otro productor temprano de eliminadores de batería fue Galvin Manufacturing Corporation (más tarde conocida como Motorola ), que fue inaugurada el 25 de septiembre de 1928 por Paul Galvin y su hermano Joseph E. Galvin. ^[13] Los eliminadores se volvieron obsoletos para las radios después de que RCA introdujera los tubos de CA en 1927, lo que permitió que los receptores se enchufaran a la energía del hogar . La industria adoptó rápidamente los tubos de CA, lo que obligó al proveedor de eliminadores de batería Philco a fabricar sus propias radios para sobrevivir. ^[11]

En los primeros ordenadores portátiles , las fuentes de alimentación eran internas, como en los ordenadores de sobremesa . Para facilitar la portabilidad ahorrando espacio físico y reduciendo el peso, las fuentes de alimentación se externalizaban. ^[14]

Cuando se utiliza un ordenador portátil mientras se carga, el circuito integrado que controla la carga utiliza la capacidad de corriente eléctrica restante de una fuente de alimentación . Esto permite suministrar energía a los componentes del dispositivo durante el uso manteniendo una velocidad de carga constante sin concesiones.

El conector USB (y su voltaje) ha emergido como un estándar de facto en adaptadores de CA de bajo consumo para muchos dispositivos portátiles. Además del intercambio de datos digitales en serie , el estándar USB también proporciona alimentación de 5 VCC , hasta 500 mA ( 900 mA a través de USB 3.0). Numerosos accesorios (" adornos USB ") fueron diseñados para conectarse a USB sólo para alimentación de CC y no para intercambio de datos. El USB Implementers Forum en marzo de 2007 publicó la Especificación de carga de batería USB que define, "... límites así como mecanismos de detección, control e informes para permitir que los dispositivos extraigan corriente en exceso de la especificación USB 2.0 para cargarse...". ^[15] Ventiladores eléctricos, lámparas, alarmas, calentadores de café, cargadores de batería e incluso juguetes han sido diseñados para aprovechar la energía de un conector USB. Los adaptadores enchufables equipados con receptáculos USB están ampliamente disponibles para convertir energía de 120 VCA o 240 VCA o energía automotriz de 12 VCC a energía USB de 5 VCC (ver foto a la derecha).

La tendencia hacia dispositivos electrónicos más compactos ha impulsado un cambio hacia los conectores micro-USB y mini-USB , que son eléctricamente compatibles en función del conector USB original pero físicamente más pequeños.

En 2012, se propuso una especificación de suministro de energía USB para estandarizar el suministro de hasta 100 vatios, adecuada para dispositivos como computadoras portátiles que generalmente dependen de adaptadores propietarios.

La UIT publicó la Recomendación UIT-T L.1000, "Solución de adaptador y cargador de corriente universal para terminales móviles y otros dispositivos TIC portátiles ", que especifica un cargador similar en la mayoría de los aspectos al de la propuesta GSMA/OMTP y al de la fuente de alimentación externa común europea . La recomendación de la UIT se amplió y actualizó en junio de 2011. ^[16] La esperanza es reducir notablemente la profusión de adaptadores de corriente no intercambiables.

La Unión Europea definió una fuente de alimentación externa común para los "teléfonos móviles portátiles habilitados para datos" ( smartphones ) vendidos a partir de 2010, destinada a reemplazar las numerosas fuentes de alimentación patentadas incompatibles y eliminar el desperdicio al reducir la cantidad total de fuentes fabricadas. Las fuentes compatibles suministran 5 VCC a través de un conector micro-USB, con un voltaje de entrada preferido que varía de 90 a 264 VCA.

En 2006, Larry Page , uno de los fundadores de Google , propuso un estándar de 12 V y hasta 15 A para casi todos los equipos que requieren un convertidor externo, y los edificios nuevos están equipados con cableado de 12 VCC , lo que hace innecesarios los circuitos adaptadores externos de CA a CC. ^{[17] [18]}

IEC ha creado un estándar para fuentes de alimentación intercambiables para computadoras portátiles, IEC 62700 (nombre completo "Especificación técnica IEC 62700: Fuente de alimentación de CC para computadoras portátiles"), que se publicó el 6 de febrero de 2014.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Adaptadores de corriente .

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• Fuentes de alimentación externas Archivado el 4 de diciembre de 2020 en Wayback Machine Información de Energy Star sobre especificaciones y pruebas de fuentes de alimentación externas
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