多くのラップトップが19ボルトで動作するのはなぜですか？

通常、主電源を使用するモバイルデバイスは、いくつかの単一バッテリー電圧の倍数の電圧を受け入れます。たとえば、4.5ボルトは1.5ボルト（AAプライマリバッテリー）を3回、36ボルトは3.6ボルト（リチウムイオンバッテリー）は10倍です。

現在、正確に19ボルトの定格の外部電源を使用するラップトップがあります。それは適切なものの倍数ではありません。私をとても困惑させます。

この電圧はどこから発生しますか？

19ボルトの選択は、非固有の電力供給制限を備えたLPS（Limited Power Source）として認証できる電源の最大出力電圧である20ボルトよりも低いためです。

20ボルト以下に保つことができれば、安全認証全体がより簡単で安価になります。

製造公差を考慮して制限内に収まっていることを確認するには、5％低くします。これは19ボルトです。そこにあります。バッテリーパックの構成やLCD画面とは関係ありません。

現在、正確に19ボルトの定格の外部電源を使用するラップトップがあります。それは適切なものの倍数ではありません。私をとても困惑させます。

これは提起された設計上の問題ではありませんが、バッテリー充電システムの設計に関連しています。

概要：

• 電圧は、ほとんどすべての現代のラップトップで使用されているリチウムイオンバッテリの完全充電電圧の倍数よりもわずかに高くなっています。

• ほとんどのラップトップは、リチウムイオン電池を使用しています。

• 19 Vは、降圧コンバータを使用して直列に接続された最大4個のリチウムイオンセルを充電し、過剰な電圧を効率的に降下させるのに適した電圧を提供します。

• 直列セルと並列セルのさまざまな組み合わせに対応できます。

• 19 Vをわずかに下回る電圧を使用できますが、19 Vはほとんどの場合に対応できる便利な標準電圧です。

ほとんどすべての最新のラップトップは、リチウムイオン（LiIon）バッテリーを使用しています。各バッテリーは、一連の「ストリング」内の少なくともいくつかのリチウムイオンセルで構成され、いくつかの直列ストリングの多数の並列の組み合わせで構成することができます。

リチウムイオンセルの最大充電電圧は4.2 Vです（勇敢で無謀な場合は4.3 V）。4.2 Vセルを充電するには、充電制御電子回路が機能するための「ヘッドルーム」を提供するために、少なくともわずかに高い電圧が必要です。少なくとも約0.1 Vの追加電圧で十分ですが、通常は少なくとも0.5 Vが有用であり、さらに多くの電圧を使用できます。

1つのセル= 4.2 V
2つのセル= 8.4 V
3つのセル= 12.6 V
4つのセル= 16.8 V
5つのセル= 21 V

充電器は通常、スイッチモード電源（SMPS）を使用して、利用可能な電圧を必要な電圧に変換します。SMPSは、ブーストコンバーター（昇圧）または降圧コンバーターになります。、必要に応じて（電圧を下げる）にするか、一方から他方に切り替える。多くの場合、降圧コンバータは昇圧コンバータよりも効率的にすることができます。この場合、降圧コンバーターを使用すると、最大4個のセルを直列に充電できます。

私はノートパソコンのバッテリーを見てきました

直列の3セル（3S）、
直列の4セル（4S）、
3の2つの並列ストリングの6セル（2P3S）、
4の2つの並列ストリングの8セル（2P4S）

そして、ソース電圧が19 Vの場合、1、2、3、または4個の直列のLiIonセルと、これらの任意の数の並列ストリングを充電できます。

16.8 Vのセルの場合、電子機器用に（19-16.8）= 2.4ボルトのヘッドルームを残します。これの大部分は不要であり、「電子ギアボックス」として機能する降圧コンバーターによって違いが吸収され、1つの電圧でエネルギーを取り込み、より低い電圧と適切に高い電流で出力します。

たとえば0.7 Vのヘッドルームでは、16.8 V + 0.5 V = 17.5 Vの電源を概念的に使用できますが、19 Vを使用することで、万が一の場合でも十分であり、降圧コンバーターが変換するときに過剰が無駄になりません必要に応じて電圧を下げます。バッテリー以外の電圧降下は、SMPSスイッチ（通常はMOSFET）、SMPSダイオード（または同期整流器）、配線、コネクター、抵抗電流検出素子、および保護回路であります。エネルギーの浪費を最小限に抑えるために、できる限り低下しないことが望ましい。

リチウムイオンセルが完全に放電に近づくと、その端子電圧は約3 Vになります。放電の許容値は、寿命と容量に関する技術的な考慮事項に左右されます。3 V /セルでは、1/2/3/4セルの端子電圧は3/6/9/12ボルトです。降圧コンバータはこの低下した電圧に対応して、充電効率を維持します。優れた降圧コンバータの設計は、95％を超える効率を実現できます。この種のアプリケーションでは、90％未満の効率になることはありません（一部は可能ですが）。

最近、ネットブックのバッテリーを4セル、6セルの拡張容量バージョンに交換しました。4セルバージョンは4S構成で動作し、6セルバージョンは2P3Sで動作しました。新しいバッテリーの電圧が低いにもかかわらず、充電回路は変化に対応し、バッテリーを認識し、それに応じて調整しました。低電圧バッテリに対応するように設計されていないシステムでこの種の変更を行うと、バッテリ、機器、およびユーザーの健康を害する可能性があります。

ラッセルの回答（https://electronics.stackexchange.com/a/31621/88614）は、詳細を見るのに非常に役立ちます。この回答では、質問のより広範な側面に焦点を当てています。

通常、主電源を使用するモバイルデバイスは、いくつかの単一バッテリー電圧の倍数の電圧を受け入れます。

これは一般的に正しいとは思わない。

一部のデバイスには、定格電圧が公称セル電圧の倍数である電源入力があることは事実です。それらは、主電源またはバッテリーのどちらでも実行できるが、主電源から独自のバッテリーを充電しないデバイスである傾向があります。独自のバッテリーを充電するデバイスは別の問題です。

一般的に、充電回路への入力電圧は、充電サイクル全体を通してバッテリー電圧よりも高くする必要があります。

リチウムイオン/ポリマーセルは公称3.7V程度ですが、完全に充電するために必要な電圧は4.2Vに近く、完全にディッシュ充電したときの電圧は3Vに近い場合があります。ラップトップのバッテリーには、通常3〜4個のセルが直列に接続されています。したがって、19Vは充電回路に十分な余裕を与えます。

携帯電話、タブレット、および単一セルのリチウムイオンバッテリを備えた同様のモバイルデバイスは、5Vの入力電圧を使用する傾向があります。これは、USBから実行したいという願望に一部起因していると確信していますが、それは、単一セルのリチウムイオン/ポリマーバッテリーを充電するための十分な余裕を与えているからです。

これは、優れた「リバース」エンジニアリング設計の質問です。

すべてのモバイルコンピューターは、同様のダウンコンバーターdc-dcバッテリー充電器の哲学を使用しますが、異なるチップとプロファイルを使用する場合があります。これらは外部充電器ではなくラップトップによって管理されます。多くの場合、指定された範囲よりも広い範囲の入力をステップダウンする能力があるため、より広い容量のより広い範囲の充電器電圧を使用できます。極端な範囲では、ディスプレイが完全な明るさであるときにデッドチャージ中に効率が低下し、最大電力が増加する場合があります。バックライトは最大の安定した描画であり、CPU / GPUは高性能使用のための最大のピークを持っています。（i7クアッドコアなど）

ユニバーサルバッテリー充電器。
遠征中にユニバーサル充電器を購入しました。後で60ワットのLEDを駆動するために使用することにしました。充電器の仕様は@ 15〜24V、最大63Wです。交換可能な同軸電源プラグの直前に6ピンヘッダーがありました。ピンの1つは、DCライン損失を補償するプラグ電圧用のリモートセンスラインでした。入力の特性を調べたところ、3Vを中心とした2.5Vの入力制御範囲で、5〜50Vの出力を調整するために使用できることがわかりました。ログポット、いくつかの抵抗器、LED、およびキャップを使用して、使用可能な電力を使用してこのカスタム調光器を10から100％に制御し、妻は防眩性黒卵クレートを備えた出窓のLED日光に非常に満足していました。最大で直射日光の約3倍の明るさでした。

いずれにせよ、すべてのモバイルコンピューターは外部電源を調整する必要があるため、正確な電圧はそれほど重要ではなく、より広い範囲で逃げることができます。入力電圧が低いほど、電流が高く、逆の場合も動作しますが、効率は範囲によって異なります。

ほとんどのモバイルは、より低いセル電圧で動作する傾向があり、パックのESRを低減します。これは、負荷下での電圧降下とクロスレギュレーションリップルに影響し、内部CPU / I / Oおよび周辺機器用にオンボードで降圧および昇圧する他のレギュレーターに伝播します5および12V。

より大きなモバイルPCパックには以下が含まれます。

9セル= 10.1V（3P3S）10セル= 7.4V（5P2S）12セル= 14.8（3P4S）

有用なFactoid：バッテリー管理レギュレーターは内部DC-DCレギュレーターの実行には使用されないため、バッテリーがインストールされていないモバイルコンピューターを実行できます。これにより、古いラップトップの熱負荷が軽減され、排水せずに@ 100％に留まっている場合でもバッテリーの熱劣化が軽減されます。（ただし、電源異常時にはシャットダウンします。）

また、バッテリー電圧まで降圧するのに十分な電圧の大きな充電器を使用することもできますが、十分な電力が供給されている限り、パフォーマンスに大きな影響を与えることはありません。

19ボルトは、複数のリチウムイオンセルが直列に接続されているバッテリーパックを充電するためのものです。ラップトップの内部電子機器は、バッテリー電圧および/またはACアダプターからの19ボルトからのスイッチングレギュレーターによって給電されます。これにより、使用中にバッテリー電圧が放電により低下するため、ラップトップの実行時間が適切になります。これが19ボルトの唯一の理由です。バッテリ電圧の変化に適応し、内部システム（CPU、RAM、ハードディスクなど）に一定の調整電圧を供給する内部スイッチング調整電源を除き、実際のラップトップ内部とは関係ありません

バッテリーでのラップトップの動作時間は、ラップトップが消費するワット数とバッテリーに含まれるワット時間に依存します。時間の経過に伴う平均消費量はかなり固定されていますが、画面の輝度、特に大きなものは顕著な影響を及ぼします。

他の人が述べたように、ラップトップにはリチウム電池があり、より長い動作時間を得るにはより多くのエネルギー（ワット時間）が必要なので、より多くまたはより大きな容量のバッテリーが必要です。ラップトップのサイズは一般にバッテリーサイズを制限するので、より多くのバッテリーを使用することでより多くの電力が得られ、一般にこれらのバッテリーは直列に配置されます（バッテリーが並列ではなく直列の場合に適切に充電するために必要な回路が少なく（=安価））その結果、ラップトップの生の動作電圧が発生します。次に、内部DC / DCコンバーターは、その未調整の未調整電圧を取得して、電子機器が必要とする調整済み低電圧（3.3VDCなど）を生成します。

これらのバッテリーを充電するには、内部充電回路に、リチウムバッテリーの完全充電電圧よりも約1ボルト高い入力電圧が必要です。また、中国製の外部電源の出力公差は通常+/- 5％です。実際の出力電圧は、動作負荷で測定する必要があることに注意してください。DCケーブルのIR（電流x抵抗）の低下（損失）と、外部電源の負荷調整（通常は少し負である）により、負荷がない場合は常に高くなります。

重要なアプリケーション用の電源には、負荷またはコネクタの出力電圧を測定し、IR損​​失を自動的に補償する「センス」と呼ばれる機能がありますが、外部電源ではこれを見たことはありません。（ただし、18Aがわずか数フィートの銅線を流れることでIR損失が顕著になるため、軍用の5V / 80Wアプリケーション用にカスタムを構築しています）

これらすべてを考慮し、バッテリーラップトップで「より長い」またはより長い時間実行するために一般的に使用される4つのリチウムバッテリーを使用すると、実際には約17から20 VDCの公称19 VDC外部電源が必要になります。より低いDC電圧を生成するための内部DC / DCコンバーターとバッテリー充電回路は、その範囲に加えておそらくさらに数ボルトを容易に受け入れます。可変出力電源を使用し、「充電ランプ」が消えるまで電圧を下げることで、低い許容電圧をテストできます。ただし、コネクタでその電圧を測定する必要があります。高許容電圧をテストしないでください。DC/ DCコンバーターを簡単に吹き飛ばしてラップトップを動作させることができます。これは一般に、入力電圧が高すぎることを示す唯一の指標です。

ところで、19VDCは、より長い実行時間でワット時を上げ、大型ラップトップで電流を下げるためにも必要です。これは、ユビキタスバレルコネクタの定格が5Aのみであるためです。ほとんどは2-3Aです。これが、PCの電源を入れたときにコネクタを抜き差ししたくない主な理由です。コンタクトを焼いてしまい、最終的にそのコネクタに信頼できないコンタクトができてしまうからです。

PCコネクタの詳細については、https：//en.wikipedia.org/wiki/DC_connectorをご覧ください。

BTW2、PCにはバッテリー「ガスゲージ」もあり、バッテリーでの操作時にどれだけの実行時間が残っているかを示します。その「ゲージ」は、バッテリーに出入りする電流を追跡する必要があります。（現在の放電/充電効率はほぼ100％であるため、エネルギーではなく電流バランスが監視されますが、エネルギー効率は変動し、100％を大きく下回ります）。リアルタイムではかなり正確ですが、時間の経過とともに蓄積するエラーがあり、リチウム電池の容量は経年、動作温度、充電サイクルとともに低下します。これにより、多くの場合、PCが実行時間を残していないことを「通知」し、実際にはバッテリーの容量がまだ50％である場合にシャットダウンします。 （および高価な）バッテリーパック。その交換用バッテリーがPCに差し込まれると、その新しいバッテリーが認識され、バッテリー容量の設定がリセットされます。（一部/多く/ほとんど？）PCの奥深くには、バッテリー容量のキャリブレーションルーチンがあります。それにアクセスできる場合、PCはバッテリーの放電と再充電のルーチンを数回繰り返して、バッテリー容量を再調整し、元のバッテリーパックでもう1年または2年を与えますが、稼働時間は減少します。

ラップトップの液晶画面に必要な電圧を確認すると、答えが見つかると思います。私は最近、多くのラップトップLCDを引き離しており、高電圧が必要であることを発見しました。

電圧は12vレールと5vレールに分割されます。非ラップトップミニコンピューターは、セルやディスプレイのない同じ19v入力を使用します。

2つのレールは、メインボード@ 12V（これから+/- 5Vと3.3Vが提供されます）周辺機器@ 5V（ドライブおよび場合によってはUSB）です。これらは通常スピンアップのため分割されます。これには最大電流が流れる可能性があり、そのためにメインボードを設計する必要があります（AC電源の内部を見ると、大きなコンデンサとインダクタが表示されます）。デスクトップは通常、多数のポートとデイジーチェーン/ハブで同じ理由でUSB +/- 5Vを分割します。また、GPU用の追加のレールも提供します。

これはすべて、メインボード（CPU、メモリ、I / O）の電圧を一定に保つことです。周辺機器は、可変電圧にはるかに耐えることができます（電気モーター、およびSSDおよびUSB用のソリッドステートDC-DCコンバーター）。

ハードディスクドライブはまだモーターであり、12vレベルで動作します。

アルカイックが固体状態に移行すると、19vは消えます。マザーボード上の既存のすべてのソリッドステートが、ICが12v CMOSから今日の1.8から3.3vの低レベルに移行したように効率が良くなると、5vを超える必要性はなくなります。バッテリーは1つのセルになります。

19Vは、 "lug-ables"（ラップトップの前のコンピューター）がマザーボードに-5,5、および12ボルトを作成しなければならなかった時代から残っています。彼らは、4線式プラグを備えたスタンドアロンの電源を持っていました。すぐに、それはちょうど2線のプラグで、ラップトップは内部で3つの電圧を生成しました。-5から12は17ボルトで、余分に2ボルトがありますが、電力を調整するための余裕があります。それから残っています。jmarc@gmx.com