Pillantás a MacBook töltőjébe

Ez a cikk legalább 1 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk a megjelenés idején pontosak voltak, de mára elavultak lehetnek.

A MacBook termékvonal töltője egy meglepően komplex készülék. Ken Shirriff villamosmérnök, a Righto blog írója, szétszedte az eszközt, és egy cikkben bemutatta annak felépítését és működését. Ebből szeretnénk most pár érdekességet bemutatni a műszaki részletek iránt érdeklődő olvasóinknak.

MD506

A legtöbb modern elektronikai készülék energiaellátását egy úgynevezett kapcsolóüzemű tápegység biztosítja. Nem képeznek kivételt ezalól a MacBookok sem. Ezeknek a tápegységeknek és töltőknek az előnye a maga idején széleskörűen elterjedt lineáris tápegységekhez képest a jelentősen nagyobb hatásfok és a kisebb méret, hátrányuk viszont a bonyolultabb áramköri felépítés, a magasabb ár (főként régebben), és a nagyfrekvenciás zajkeltés.

Az Apple számítógépei egyébként már 1977 óta használnak kapcsolóüzemű tápot – habár, Steve Jobs egykori állítása ellenére, nem az Apple mérnökei találták ki, hogy érdemes ilyen típusú áramforrásra váltani.

A töltő belsejében

Ken egy 85 wattos, “A1172” típusszámú töltőt szedett szét. Ebben a külső burkolat eltávolítása után először a nagyméretű fém hűtőbordák tűnnek szembe az eszköz mindkét oldalán. Ezek segítenek a nagyteljesítményű félvezetőinek (például a végfoktranzisztoroknak) az eldisszipált hőt a környezetnek átadni, a töltőt pedig kis méretéhez képest viszonylag súlyossá teszik.

magsafe85-opened

A tápegység primer köre a bemenő váltakozó áramot először egy Graetz-híddal egyenárammá alakítja. Ezen az oldalon található még a PFC (teljesítményfaktor-korrekciós) áramkör is. Mivel a transzformátor primer köre egy induktív terhelés, reaktanciája meddő teljesítmény felvételével jár, amely a hatásfokot csökkenti. A PFC ezt hivatott ellensúlyozni.

A megszaggatott egyenáram a transzformátorra kerül; letranszformálás után az – ismét váltakozó – áram a táp szekunder körébe jut, amely egy második egyenirányítási és szűrési lépés után a laptop felé már egyenáramot továbbít.

A primerkör (nagyfeszültségű rész)

A primerkör a töltő lelke. Aki sokat utazik szerte a világon, az bizonyára örömmel nyugtázta, hogy MacBookjának töltőjét bárhol használhatta a csatlakozó lecserélése után: az az európai, 230 voltos, 50 Hz-es hálózattal ugyanúgy működik, mint az Észak-Amerikában használt 120 voltos, 60 Hz-essel. Ez egyébként majdnem minden kapcsolóüzemű tápegységnek egy előnyös tulajdonsága.

A MacBook töltője egy fejlett megoldást használ, amely a rezonáns tápegység névre hallgat. Ennek a lényege, hogy a két bemeneti meghajtótranzisztor pontosan a transzformátor primer tekercse és a hozzákapcsolt kondenzátor által alkotott rezgőkör rezonanciafrekvenciájának megfelelően kapcsolgat be és ki. Ennek köszönhetően a rezgőkörben közel tiszta szinuszos jelalak ébred, ami több előnnyel is jár. Egyrészt ennek kisebb a felharmonikustartalma (azaz kevésbé fog rádiófrekvenciás zajt sugározni vagy a hálózatba visszatáplálni), illetve magas működési frekvenciát tesz lehetővé (jelen esetben 500 kHz-et), emiatt pedig kisebb méretű alkatrészeket lehet használni a töltőben.

components1

A szekunderkör (kisfeszültségű rész)

A szekunderkör feladata a tényleges kimenő egyenfeszültség és -áram előállítása, és a magasfeszültségű rész szigorú elválasztása a kimenettől. A töltő NYÁK-lapján fizikailag mintegy 6 mm távolság van a nagy- és kisfeszültségű áramkörök között, és csak néhány speciális alkatrész hidalhatja át ezt a határt. Közvetlen galvanikus kapcsolat nincs is közöttük; a transzformátor tekercsei háromszoros szigetelésűek, a stabilizáláshoz szükséges visszacsatolást pedig egy optokapu végzi – ez fénysugárral közvetíti a hibakorrekciós jelet a primer kör felé, ahol egy vezérlőchip ezt felhasználva változtatja a kapcsolási frekvenciát.

IMG_2634

A mikrokontroller, amely erősebb, mint az eredeti Macintosh

A töltő egy nem várt alkatrésze a Texas Instruments által gyártott MSP430 mikrovezérlő. Ez egy népszerű, általános célú, 16 bites mikrokontroller, amely a maga 25 MHz-es órajelével nagyobb számítási kapacitású, mint a Macintosh 128K Motorola 68000 processzora, amely mindössze 8 MHz-en ketyegett… Sic transit gloria mundi! 🙂

mps430

A mikrokontroller feladata, hogy valós időben figyelje a töltő feszültség- és áramértékeit, lekapcsolja a kimenetet, ha a töltőt lehúzzuk a számítógépről, és hiba esetén biztonsági okokból teljesen kikapcsolja a töltőt.

A MagSafe csatlakozó

A töltőnek nemcsak a központi áramköre “okos”. Magában a csatlakozóban is van egy kisebb elektronika. Az ebben található IC a középső, “sense” csatlakozón keresztül kommunikál a MacBookkal: elküldi a töltő típusát, sorozatszámát és teljesítményét, a számítógép pedig ezek alapján dönti el, hogy hajlandó-e működni a töltővel. Szintén ezen a pinen keresztül vezérli a laptop a csatlakozón lévő LED-et.

magsafe-on-penny

Ennek a bonyolult vezérlési és kommunikációs mechanizmusnak van még egy érdekessége. Aki figyelmes, az biztosan észrevette, hogy a töltő bedugása után várni kell egy kicsit, amíg a tényleges töltés megkezdődik (és a LED narancssárgán vagy zölden kigyullad). Ez egy biztonsági funkció: a csatlakozás után a töltő vár egy másodpercet, mielőtt az áramot ráadná a kimenetére, azért, hogy addigra biztosan stabilan üljön a MagSafe csatlakozó a helyén, ezáltal minimalizálja az íveket, a “szikrázást”.

Problémák a töltővel – konklúzió

A komplex szabályozási és biztonsági mechanizmusok ellenére a MagSafe töltők sajnos nem mindig olyan megbízhatóak, mint azt szeretnénk. Ken leírta, hogy amikor elkezdett foglalkozni a töltő szétszedésével, akkor többen fordultak hozzá azzal a felajánlással, hogy odaadnák a meghibásodott töltőjüket. A gondot általában a kisfeszültségű kábel meghibásodása, sérülése jelenti (e sorok írójának a MagSafe töltőjén is nemrég ment tönkre ez a kábel…), de előfordult már olyan is, hogy a vezérlő elektronika romlott el.

Mindezek ellenére a MacBook töltője egy megkapó mérnöki munka, sok érdekes technológiával a belsejében – noha erre a mindennapokban jellemzően nem csodálkozunk rá. Az is biztos továbbá, hogy márcsak biztonsági okokból sem érdemes olcsó, “kínai” (vagy bármilyen származású), utángyártott töltőt használni – ezek általában rendkívül rossz minőségű egységek, amelyekből adott esetben a megfelelő szigetelést is kispórolják – megéri tehát inkább megvenni a sajnos borsos árú, ám sokkal biztonságosabb, eredeti töltőt.

Ezek még érdekelhetnek:


  1. Nagyon érdekes volt ez a cikk! Jó dolog,hogy annak ellenére,hogy nem kell szétszedni a saját készülékünket óriási és fontos információkhoz jutunk! Hálásan köszönöm a többiek nevében is.

  2. 6 éve megbízhatóan működik az olcsó kinai vackom! 3 évet bírt az eredeti. Ami a vicces, hogy az eredeti kábelét át kellett forrasztani a kínaira mivel annak csapnivaló merev kábele volt. Tehát pont az bírja a legjobban amit a cikk hibának fed fel. Érdekes az Apple világ minősége. 2007′-es MacBook A1181-ről van szó. Hobby laptop ként van használva mielött valaki megekézne.

  3. @Jadeye: Sajnos nincs igazad, ugyanis ezek a töltők tudomásom szerint nem rendelkeznek foldelessel, helyette kettős szigetelésű vezetéket használnak. Így nincs jelentősége, hogy a konnektorba földelt-e vagy sem. Ha megnézed a dugvillat, egy lapos dolog az egész, nincs érintkező a foldelesnek.
    Valószínűleg azért ráz, mert a gépben belül nem stimmel valami es kijut a feszültség a külső fém felületre.

  4. Ez igaz, ennek biztos nincs köze a földelés hiányához, viszont ha a földhöz képest van benne potenciál, márpedig valószínű, ha burkolat érintése rázni tud, akkor valami úton módon a fázis átszökik a töltőn, ami elég ciki. Azt kéne kipróbálni, hogy mi van akkor, ha ugyanabba a konnektorba fejjel lefelé dugják be a tápot, mert akkor a nulla szökik át a töltőn, tehát elvileg nem kéne, hogy rázzon. Ha mégis teszi, akkor annak már tényleg kíváncsi lennék az okára.

  5. Ez az írás túl sok szakkifejezést használ egy átlag Mac/Apple felhasználó számára. Néhány rész pedig kimaradt, ami az eredetiben még benne volt, és ezek is akadályozzák a megértést. Persze rövidíteni kell, de akkor kevésbé fontos részeket kellett volna kihagyni. Megtudtuk például, hogy hogy lesz a primer körön egyenáramunk, de utána a lényeges rész (ebből váltakozó áram készítése) kimaradt, helyette viszont elmerültünk az abszolút lényegtelen PFC-k lelkivilágában, ami az elektromos művek szakembereinek okoz legfeljebb fejfájást. Ennek oka, hogy nálunk nem a látszólagos, hanem az effektív teljesítményt méri a villanyóra. Az USA-ban persze más a helyzet.

    @kutitomi: A rázás oka az, hogy a konnektor nullvezetéke nem földpotenciálon van. Azaz van feszültségkülönbség a nulla és a föld között. Ez olyan helyen szokott előfordulni, ahol az elektromos betáplálástól távol csatlakoztatod a töltőt. Pl. a társasház földkábelen kapja az áramot, és Te a 10. emeleten vételezel. A régi alu vezetékek fajlagos ellenállása viszonylag nagy, és minden egyes hálózatra kapcsolt eszköz igyekszik a fázis felé húzni a nullvezeték potenciálját, ami a vezeték ellenállása miatt sikerül is. A megoldás a házban a vezetékek cseréje, vagy minimum több helyen történő betáplálás. Ez ugyan csak egy zavaró, de nem veszélyes tünet, de ahol ilyesmi van, ott általában van más is. Érdemes lehet szakemberrel átnézetni az egész rendszert.

  6. @ef-dani: Sajnos rosszul van a kép illusztrálva. Az a kis fémpöcök nem FŐD, hanem csak egy távtartó elem a cserélhető dugaljfejnek. A fekete vezeték nem ahhoz kapcsolódik. Keress rá a gugliban is olyan képre, ahol rajta van a dugvilla rész.

  7. @ef-dani: Azaz elnézést, annyit javítanék, hogy egyes töltőknél a fémpöcök már valóban föld. Nem mindegyiknél van/volt így. Azonban a földeléskivezetést nem tartalmazó dugvilla eldönti a kérdést, hogy miszerint a tápegység nincs földelve.

  8. @rgbx:

    “Ez az írás túl sok szakkifejezést használ egy átlag Mac/Apple felhasználó számára.”

    Esedezve könyörgünk nagyságod kegyes elnézéséért, hogy szakmai cikket merészeltünk írni! Persze így van ez, semmi se jó – ha “bulvár”hírek vannak, akkor az a baj, ha meg “tech savvy” a tartalom, akkor meg az. Van vendégblogger rovatunk – ha tudsz jobbat írni, oda írd meg – Admin mindig örömmel várja a cikkeket – de ha nem, akkor meg ne fikázz… A hozzászólásod második feléből látszik, hogy még értesz is hozzá, és az hasznos is volt – bőven elég lett volna annyi.

    Az “átlag” felhasználóról pedig: direkt le lett írva a poszt legelején, a bevezetőben, hogy

    a műszaki részletek iránt érdeklődő olvasóinknak

    ajánljuk. Senkit sem kényszeríttetünk rá, hogy olvasson el egy műszaki szakszavakkal tele lévő cikket, ha az nem érdekli.

    “Megtudtuk például, hogy hogy lesz a primer körön egyenáramunk, de utána a lényeges rész (ebből váltakozó áram készítése) kimaradt” – nem, ez pont le van írva, csak később, a rezonanciáról szóló részben. Úgy lesz az egyenáramból megint váltóáram, hogy a két bemeneti tranzisztor megszaggatja, majd a primerköri rezgőkör erre gerjed rá.

    “Ennek oka, hogy nálunk nem a látszólagos, hanem az effektív teljesítményt méri a villanyóra.” – igen, és akkor már le sem szabad írni a PFC célját? (egyébként a kapacitív meddő teljesítmény után Magyarországon is fizetni kell, sőt, egy bizonyos reaktív / hasznos arány fölött az induktívért is.)

    De gondolom, ha meg több dolgot írunk le, akkor meg az lett volna a baj, hogy túl hosszú a cikk. Mint a nyuszika meg a sapkája, geez.

  9. @H2CO3: Félre ne érts, nekem alapvetően tetszik, és örömmel olvastam! Nem fikázásképp írtam, hanem kritikaként. Szeretem az ilyen vashoz kötődő írásokat, mint az akku helyes kezelése, az adapterek lelkivilága, de ha egyszer megismertetsz valamit az olvasókkal, akkor nem érdemes ugrálni az alrendszerek között, hanem szépen sorban is lehet haladni, kevesebb zsargonnal és nem fog annyira villanymérnök jegyzetnek tűnni, nagyobb lesz az olvasótábor (“Mivel a transzformátor primer köre egy induktív terhelés, reaktanciája meddő teljesítmény felvételével jár, amely a hatásfokot csökkenti.”).

    Ja, és mint utóbb kiderült, nem értek annyira hozzá, inkább csak próbáltam találgatni. Ezúttal hibás volt a következtetésem, helyesbítettem admin írásánál. Javítottam tápokat az utóbbi időben, de azok más rendszerűek voltak, két vezetékkel, védőföld nélkül. Most már majd szét kell szednem egy olyat is, mert rám fér a tanulás. 🙂

    Amit írtál, hogy fizetni kell a látszólagos teljesítményért az nem csak ipari felhasználóknál van? Úgy tudom, hogy lakosságnál azt fizeted, amit az óra mér, az pedig csak a hasznos energiafogyasztást tudja felépítéséből kifolyóan.

    Persze, majd egyszer eljutunk odáig, hogy én is küldök be egy blogbejegyzést egy témában (ötleteket várok), aztán lehet azt is ekézni, de egyelőre csak pihenni járok ide.

  10. @rgbx:

    “Amit írtál, hogy fizetni kell a látszólagos teljesítményért az nem csak ipari felhasználóknál van?” – lehetséges, sajnos ezt a részletet már nem tudom. Jómagam is egy villamosmérnöktől hallottam (én nem vagyok az), aki többet akkor nem mondott el, bár egy háztartási cikkekről szóló előadás keretében volt mindez, szóval szerintem elvileg természetes személyekre is vonatkozhatna (más kérdés, hogy hogy mérik ki, ha nem olyan a villanyóra…)

  11. @H2CO3: Kicsit még utánanéztem, de azt hiszem, jól mondtam. Ha a villanyszámládon kWh után fizetsz, akkor ez értelemszerűen a hatásos teljesítményt fogja jelenteni, tehát mindegy, mennyi induktív terhelés van a lakásban. (A hálózatfenntartási díjban fizetjük a teljes lakossági hálózat cosfi-jának különbségét) A nagyfogyasztóknál viszont VAh és VArh mérőberendezés is van, és bizony a reaktív terhelést ugyanúgy kifizettetik velük. Ezért ipari méretekben megéri fázisjavítókat vásárolni.

    Viszont! Az érem másik oldala meg az, hogy a PFC-nek nemcsak a hálózat felé van jótékony hatása, hanem növeli a táp (wattos) hatásfokát is. Tehát nem annyira fölösleges alrendszer, mint amilyennek az első hszemben próbáltam beállítani, de azért túl nagy jelentősége azon az 5-6%-on kívül nincs.

Írd le a véleményedet! (Moderációs elveinket ide kattintva olvashatod.)

Hozzászólás írásához be kell jelentkezned!