Dc напряжение: AC/DC: что такое полярность тока

AC/DC: что такое полярность тока

Вы знаете, что означают надписи AC (переменный ток) и DC (постоянный ток) на сварочных аппаратах и электродах? По сути эти термины описывают полярность электрического тока, который вырабатывается источником питания и направляется к рабочему изделию через электрод. Выбор правильной полярности для той или иной марки электродов оказывает существенное влияние на прочность и качество соединений – поэтому не забывайте проверить надпись на упаковке! Чтобы лишний раз убедиться, Вы можете сделать две пробные попытки с разной полярностью на краю рабочего изделия.

В обиходе используются термины «прямая» и «обратная» полярность или «электрод-отрицательная» и «электрод-положительная» полярность. Последнее звучит более наглядно и поэтому здесь мы будем использовать именно эти обозначения.

Полярность обусловлена тем, что электрический контур имеет отрицательный и положительный полюсы. Постоянный ток (DC) все время движется в одном направлении, из-за чего его полярность всегда одинакова.

Переменный ток (AC) половину времени движется в одном направлении и половину – в другом. Таким образом, при частоте 60 Герц полярность тока меняется 120 раз в секунду.

Сварщик должен хорошо понимать, что такое полярность и какое влияние она оказывает на процесс сварки. С некоторыми исключениями электрод-положительная (обратная) полярность обеспечивает более глубокое проплавление. Электрод-отрицательная (прямая) полярность имеет более высокую производительность расплавления электрода и, как следствие, производительность наплавки. На это могут влиять химические вещества в покрытии. Электроды из углеродистой стали с покрытием целлюлозного типа, например, Fleetweld 5P или Fleetweld 5P+, обычно рекомендуют использовать с положительной полярностью. Некоторые типы электродов для сварки в среде защитных газов пригодны для сварки с обоими типами полярности.

Применение сварочных аппаратов трансформаторного типа породило необходимость в электродах, пригодных для сварки с любой полярностью из-за постоянных смен направления переменного тока. Хотя переменный ток сам по себе не имеет полярности, если электроды для сварки на переменном токе использовать с постоянным, они покажут более низкие результаты. Поэтому производители электродов обычно указывают наиболее подходящую полярность на покрытии и упаковке электродов.

Чтобы обеспечить необходимое проплавление, однородную форму шва и высокие сварочные характеристики, обязательно нужно использовать подходящую полярность. Неправильная полярность вызовет недостаточное проплавление, непостоянную форму шва, избыточное разбрызгивание, сложности с контролем дуги, перегрев и быстрое сгорание электрода.

На большинстве аппаратов четко обозначены контакты или подробно описано, как их настроить на определенную полярность. Например, некоторые аппараты имеют переключатель полярности, а на других для этого нужно сменить кабельные разъемы. Если Вы не уверены, какая в данный момент используется полярность, есть два несложных способа это выяснить. Первый – это сварка угольным электродом для постоянного тока, который будет нормально работать только при прямой полярности. Второй – сварка электродом Fleetweld 5P, который показывает намного лучшие результаты с обратной полярностью.

 

Проверка полярности:

А: Определение полярности с помощью угольного электрода

1. Проведите очистку основного металла и расположите его горизонтально.
2. Заострите кончики двух угольных электродов на шлифовальном диске, чтобы они имели одинаковую форму в плавным скосом, начинающимся в 5–7.5 см от кончика электрода.

3. Вставьте один электрод в электрододержатель возле начала скоса.
4. Настройте силу сварочного тока 135–150А.
5. Выберите интересующую Вас полярность.
6. Подожгите дугу (не забывайте о маске) и некоторое время подождите. Увеличьте длину дуги, чтобы было удобнее наблюдать действие дуги.
7. Понаблюдайте за дугой. При электрод-отрицательной (прямой) полярности дуга имеет коническую форму и отличается высокой стабильностью, легкой управляемостью и однородностью.
При электрод-положительной (обратной) полярности дугой достаточно сложно управлять. Она будет оставлять черные отложения углерода на основном металле.
8. Смените полярность. Подожгите дугу вторым электродом и подождите такое же время. Понаблюдайте за дугой.
9. Сравните кончики двух электродов. При прямой полярностью электрод сгорает равномерно, сохраняя свою форму. При обратной полярности электрод быстро сгорает и принимает плоскую форму.

Б. Определение полярности с помощью металлического электрода (E6010)

1. Проведите очистку основного металла и расположите его горизонтально.
2. Настройте силу сварочного тока 130–145 А (для электродов диаметром 4 мм).
3. Выберите одну из полярностей.
4. Подожгите дугу. Начните сварку, соблюдая стандартную длину дуги и угол наклона электрода.
5. Прислушайтесь к звуку дуги. При подходящей полярности, нормальной длине дуги и силе тока, дуга будет издавать равномерный «треск».
Неправильная полярность при нормальной длине дуги и силе тока вызовет нерегулярный «хруст» и «хлопки» и нестабильность дуги. См. выше, как ведет себя дуга и как выглядит шов при использовании металлического электрода с правильной и неправильной полярностью.

7. Смените полярность и создайте второй шов.
8. Проведите чистку швов и внимательно их осмотрите. При неправильной, прямой полярности шов будет иметь отрицательные характеристики, перечисленные в Уроке 1.6.
9. Повторите несколько раз, пока Вы не научитесь быстро определять текущую полярность.

Формы выходного напряжения в DC/AC инверторах от MEAN WELL

27.12.2019

Инвертором является преобразователь типа DC/AC, который осуществляет преобразование из напряжения постоянного тока DC в напряжение переменного тока AC для питания электрических устройств, предназначенных для подключения в электросеть. Таким образом, от низковольтного источника питания постоянного тока (12, 24, 48 В) можно получить напряжение эквивалентное напряжению сети электропитания.

Одной из важных характеристик при выборе инвертора (DC/AC преобразователя) является форма выходного сигнала. Различают чистую синусоиду и модифицированную синусоиду (рис. 1). Среднеквадратичное (или действующее) значение напряжения обоих видов форм одинаково и численно равно 230 В. Однако, с точки зрения применения инверторов для питания конечной нагрузки форма переменного напряжения имеет значение. Поэтому, компанией MEAN WELL были разработаны серии инверторов с как  чистой синусоидой, так и более бюджетные, за счет упрощения конструкции, инверторы с модифицированной синусоидой.

Рис.1. Формы выходного напряжения в DC/AC преобразователях (инверторах)

Множество электрических устройств – потребителей электроэнергии имеют в своем составе блок питания, который, получая электроэнергию от сети переменного тока, осуществляет преобразование типа AC/DC для питания подсистем в составе конечного устройства. Это характерно для сложных устройств и систем – телевизоры, ноутбуки, аудиотехника, фото и видеоаппаратура и другие. В общем случае, блок питания в составе таких устройств содержит выпрямитель (до силовых ключей для импульсного блока питания или после силового трансформатора для линейного БП).

Поскольку входное переменное напряжение в процессе преобразования выпрямляется и фильтруется, то для таких устройств форма входного переменного напряжения не важна и можно применять для питания инверторы с модифицированной синусоидой. Единственная особенность – в зависимости от качества выходного фильтра БП конечное устройство может «фонить» (характерно для аудиоустройств),  или на его работе могут сказываться импульсные помехи, возникающие вследствие преобразования.

Также есть ряд электрических устройств, которые работают непосредственно от сети переменного тока (без дополнительного преобразования в постоянный ток) – как правило, это устройства, содержащие в своем составе электродвигатели – различный электроинструмент, компрессоры, кухонная и бытовая техника, дачный электроинструмент и т.д. При модифицированной синусоиде, электродвигатели в их составе могут не включаться, или во время работы может возникать сильный нагрев и повышенный шум, что приводит преждевременному износу и сокращению службы таких устройств.

Поэтому для питания этих электрических устройств не рекомендуется применять инверторы с модифицированной синусоидой.

Таким образом, при выборе инвертора важно понимать тип и характер конечных устройств, подключаемых к нему. Инверторы с чистой синусоидой серии TS различной мощности от компании MEAN WELL подходят для питания практически любых устройств. Для устройств, имеющих в своем составе блоки питания, или являющимися активной (резистивной) нагрузкой (например, нагреватели, чайники, электроплиты), можно использовать хорошо себя зарекомендовавшие бюджетные инверторы с модифицированной синусоидой серий A301 и A302.

Для консультирования или уточнения информации по источникам питания MEAN WELL обращайтесь по адресу электронной почты [email protected].

Что значит DC ток в электрике: какое напряжение

Ежедневно миллиарды людей по всему миру используют электричество, хотя при этом мало кто знает, как и откуда оно поступает. Кроме этого, не все даже знают о том, что существуют две формы: AC, DC — постоянный, переменный токи. С переменным люди сталкиваются чуть чаще в обычной жизни, но и постоянный также играет важную роль.

Что такое DC ток и что он значит

Постоянным принято называть электрический ток, сила и направление которого не меняются. В электротехнике смешанный вид с преобладающим постоянным компонентом также называется постоянным, если колебания незначительны для предполагаемого эффекта, или если колебания являются результатом колебаний нагрузки. Тогда среднее арифметическое рассматривается как постоянный ток.

Линии электропередач поставляют ток в дома и на предприятия

К сведению! На английском языке его принято обозначать, как Direct Current, или сокращенно DC, что также используется и для постоянного напряжения. Переменный электрический поток переводится, как Alternating Current, что означает AC напряжение.

«Чистый» и «пульсирующий» постоянные токи

Какое напряжение DC тока

При DC напряжении электроны всегда движутся в одном направлении. Источник напряжения таким образом всегда имеет одинаковую полярность. Однако уровень напряжения не всегда должен быть одинаковым. В качестве классического источника энергии для генерации постоянного напряжения обычная батарейка, в которой уровень напряжения снижается во время разряда.

Движение электронов при постоянном напряжении

Кроме того, большинство источников питания также генерирует постоянное напряжение, хотя на них подается переменное. В случае стабилизированных источников питания, помимо направления потока, большое значение также уделяется и уровню АС напряжения, который может варьироваться в зависимости от напряжения, однако постоянно будет иметь одинаковую полярность.

Обратите внимание! Переменные напряжения, подаваемые сетевыми трансформаторами и генераторами, могут быть преобразованы выпрямителями. Тогда возникает электрическое напряжение, которое варьируется по величине, но не по знаку.

Схемы с постоянным и переменным током

Компонент переменного напряжения может быть уменьшен путем подключения достаточно большого сглаживающего конденсатора параллельно или последовательно сглаживающей катушки так, что останется только небольшая остаточная пульсация. Чем больше емкость конденсатора или индуктивность катушки, тем меньше будет пиковое значение наложенного переменного напряжения.

Чем отличается DC ток от AC тока

Изначально постоянный ток должен был генерироваться на электростанциях с относительно низким напряжением розетки для потребителя, 110 или 220 В. Однако если при таком варианте подключено сразу несколько потребителей, суммарные значения очень высоки. В таком случае требуются толстые и дорогие кабели для преодоления больших расстояний, чтобы удерживать потери при передаче в определенных пределах. При использовании переменного напряжения генерируемая электроэнергия может транспортироваться на относительно большие расстояния с небольшими потерями. С 1980 г. стало возможным выпрямить трехфазный ток высокого напряжения, а затем преобразовать его обратно.

Главное отличие AC и DC, постоянного и переменного токов состоит в том, что первый изменяется через определенные промежутки времени (с определенной частотой), в частности, он меняет направление по мере своего протекания. В мире самой распространенной является частота 50 Гц.

Обратите внимание! Когда электричество достигает потребителя, тогда в ход идут трансформаторы. Они преобразуют высокое напряжение в более низкое, которое и поступает в дома.

Трансформатор напряжения

Как уже было сказано, DC электричество не меняется с течением времени. И так как электроны движутся лишь в одном направлении, источники характеризуются наличием положительного и отрицательного полюсов. AC более эффективно при использовании многокилометровых линий электропередач. А постоянный ток предпочтителен для небольшой электроники или накопительных элементов, например, солнечных батарей.

Источники электрической энергии

Самыми распространенными источниками являются гальванические элементы, аккумуляторные батареи, специальные электрические генераторы, которые основаны на униполярной индукции.

Батарейка формата АА

Обычные аккумуляторные батарейки формата АА — самый доступный пример источника DC энергии. У нее положительный и отрицательный полюса, и вставлять в различные электрические устройства ее надо определенной стороной. Помимо этого, очень часто в обычной жизни используются солнечные элементы и автомобильные аккумуляторы.

Обратите внимание! Электрический генератор, который используется, когда требуется более высокая мощность, всегда генерирует переменное напряжение. Чтобы можно было получать постоянный ток от него, ранее использовался коммутатор. Поскольку коммутаторы вызывают радиопомехи, и их контакты изнашиваются, они теперь чаще заменяется на выпрямители.

Генератор должен идти с коммутатором

Сфера применения DC тока

Постоянный ток имеет широкое техническое применение в электронике, получении солнечной энергии и частично в железнодорожном энергоснабжении. Практически все электронные схемы (например, в компьютерах) работают с ними. Если на электронные устройства подается питание не от батарей или аккумуляторов, а от источников питания, выпрямитель в блоке питания обеспечивает постоянное значение. Так что среди самых популярных устройств выделяют сотовые телефоны, ноутбуки и компьютеры.

Платы в ноутбуке

Солнечные элементы также могут генерировать только постоянный DC. Если фотоэлектрические системы должны подавать электрическую энергию, которую они производят, в электросеть общего пользования, между ними должен быть подключен инвертор.

Солнечные батареи

Получившие в последнее время широкое распространение электромобили используют для своей работы DC. Он также применяется на наземном и подземном общественном транспорте, например, в трамваях, троллейбусах и электропоездах метро.

Таким образом, АС и ДС токи имеют существенные отличия. Это важно учесть при подключении того или иного оборудования, а также чтобы не перепутать сферы применения.

Новый DC/DC-преобразователь с входным напряжением до 800 В.

Компания Vicor выпустила новый преобразователь напряжения высоковольтной серии BCM4414 c диапазоном входного напряжения от 500 до 800 В, максимальной выходной мощностью 1,6 кВт и коэффициентом полезного действия до 97,7 %.

 

Новый модуль принадлежит семейству UHV BCM (Ultra High Voltage Bus Converter Modules). Как и другие изделия семейства, модуль представляет собой изолированный DC/DC-конвертер с  постоянным коэффициентом трансформации, равным 1/16, имеет встроенный входной фильтр электромагнитных помех, а также цифровой интерфейс PMBus.

 

Характеристики серии:

• Входное напряжение: 500 – 800 В
• Выходное напряжение: 31,25 – 50 В
• Коэффициент трансформации: 1/16
• Выходной ток: до 35 А
• Электрическая прочность изоляции (вход-выход): 4,3 кВ
• Габаритный размер корпуса 4414 VIA: 110,55 х 35,54 х 9,40 мм
• Рабочий температурный диапазон корпуса:
  • от -40 до +100 °C (T-grade)
  • от -55 до +100 °C (M-grade).

 

Рис. 1. Модули семейства UHV BCM в корпусах 4414 VIA

Доступны 3 варианта конструктивного исполнения – с выводами «под винт» (для монтажа на шасси) и со штыревыми выводами длиной 4,72 или 2,71 мм (для монтажа на печатную плату).

 

Артикулы новых модулей приведены в таблице.

Vicor Part Number	Рабочий температурный диапазон, °C	Способ монтажа	Тип выводов
BCM4414VH0E5035T02	-от 40 до +100	На шасси	Под винт
BCM4414VH0E5035M02	-от 55 до +100
BCM4414BH0E5035T10	-от 40 до +100	На печатную плату	Длинные выводы
BCM4414BH0E5035M10	-от 55 до +100
BCM4414BH0E5035T06	-от 40 до +100	На печатную плату	Короткие выводы
BCM4414BH0E5035M06	-от 55 до +100

 

Типовые применения.

Рис. 2. Трехфазный AC/DC-преобразователь на базе модуля семейства UHV BCM

 

 

Рис. 3. Передача напряжения питания от низковольтного источника на удаленный объект, например на беспилотный летательный аппарат.

 

Дополнительную техническую информацию о новых DC/DC-конвертерах Vicor можно получить в отделе дистрибуции электронных компонентов ООО «ЭФО», а также на сайте производителя http://www.vicorpower.com/dc-dc/isolated-fixed-ratio/uhv-bus-converter-module

 

Техническая консультация по продукции Vicor: “Дмитрий Иванов” [email protected]

 

О DC-DC преобразователях

Преобразователь постоянного тока в постоянный — это электронная схема или электромеханическое устройство, которое преобразует источник постоянного тока с одного уровня напряжения на другой.

Для питания различной электронной аппаратуры весьма широко используются DC/DC преобразователи. Применяются они в устройствах вычислительной техники, устройствах связи, различных схемах управления и автоматики и др.

Трансформаторные блоки питания

В традиционных трансформаторных блоках питания напряжение питающей сети с помощью трансформатора преобразуется, чаще всего понижается, до нужного значения. Пониженное напряжение выпрямляется диодным мостом и сглаживается конденсаторным фильтром. В случае необходимости после выпрямителя ставится полупроводниковый стабилизатор.

Трансформаторные блоки питания, как правило, оснащаются линейными стабилизаторами. Достоинств у таких стабилизаторов не менее двух: это маленькая стоимость и незначительное количество деталей в обвязке. Но эти достоинства съедает низкий КПД, поскольку значительная часть входного напряжения используется на нагрев регулирующего транзистора, что совершенно неприемлемо для питания переносных электронных устройств.

DC/DC преобразователи

Если питание аппаратуры осуществляется от гальванических элементов или аккумуляторов, то преобразование напряжения до нужного уровня возможно лишь с помощью DC/DC преобразователей.

Идея достаточно проста: постоянное напряжение преобразуется в переменное, как правило, с частотой несколько десятков и даже сотен килогерц, повышается (понижается), а затем выпрямляется и подается в нагрузку. Такие преобразователи часто называются импульсными.

В качестве примера можно привести повышающий преобразователь из 1,5В до 5В, как раз выходное напряжение компьютерного USB. Подобный преобразователь небольшой мощности продается на Алиэкспресс.

Рис. 1. Преобразователь 1,5В/5В

Импульсные преобразователи хороши тем, что имеют высокий КПД, в пределах 60..90%. Еще одно достоинство импульсных преобразователей широкий диапазон входных напряжений: входное напряжение может быть ниже выходного или намного выше. Вообще DC/DC конвертеры можно разделить на несколько групп.

Классификация конвертеров

Понижающие, по английской терминологии step-down или buck

Выходное напряжение этих преобразователей, как правило, ниже входного: без особых потерь на нагрев регулирующего транзистора можно получить напряжение всего несколько вольт при входном напряжении 12…50В. Выходной ток таких преобразователей зависит от потребности нагрузки, что в свою очередь определяет схемотехнику преобразователя.

Еще одно англоязычное название понижающего преобразователя chopper. Один из вариантов перевода этого слова – прерыватель. В технической литературе понижающий конвертер иногда так и называют «чоппер». Пока просто запомним этот термин.

Повышающие, по английской терминологии step-up или boost

Выходное напряжение этих преобразователей выше входного. Например, при входном напряжении 5В на выходе можно получить напряжение до 30В, причем, возможно его плавное регулирование и стабилизация. Достаточно часто повышающие преобразователи называют бустерами.

Универсальные преобразователи – SEPIC

Выходное напряжение этих преобразователей удерживается на заданном уровне при входном напряжении как выше входного, так и ниже. Рекомендуется в случаях, когда входное напряжение может изменяться в значительных пределах. Например, в автомобиле напряжение аккумулятора может изменяться в пределах 9…14В, а требуется получить стабильное напряжение 12В.

Инвертирующие преобразователи — inverting converter

Основной функцией этих преобразователей является получение на выходе напряжения обратной полярности относительно источника питания. Очень удобно в тех случаях, когда требуется двухполярное питание, например для питания ОУ.

Все упомянутые преобразователи могут быть стабилизированными или нестабилизированными, выходное напряжение может быть гальванически связано с входным или иметь гальваническую развязку напряжений. Все зависит от конкретного устройства, в котором будет использоваться преобразователь.

Чтобы перейти к дальнейшему рассказу о DC/DC конвертерах следует хотя бы в общих чертах разобраться с теорией.

Понижающий конвертер чоппер – конвертер типа buck

Его функциональная схема показана на рисунке ниже. Стрелками на проводах показаны направления токов.

Рис.2. Функциональная схема чопперного стабилизатора

Входное напряжение Uin подается на входной фильтр — конденсатор Cin. В качестве ключевого элемента используется транзистор VT, он осуществляет высокочастотную коммутацию тока. Это может быть транзистор структуры MOSFET, IGBT либо обычный биполярный транзистор. Кроме указанных деталей в схеме содержится разрядный диод VD и выходной фильтр – LCout, с которого напряжение поступает в нагрузку Rн.

Нетрудно видеть, что нагрузка включена последовательно с элементами VT и L. Поэтому схема является последовательной. Как же происходит понижение напряжения?

Широтно-импульсная модуляция – ШИМ

Схема управления вырабатывает прямоугольные импульсы с постоянной частотой или постоянным периодом, что в сущности одно и то же. Эти импульсы показаны на рисунке 3.

Рис.3. Импульсы управления

Здесь tи время импульса, транзистор открыт, tп – время паузы, — транзистор закрыт. Соотношение tи/T называется коэффициентом заполнения duty cycle, обозначается буквой D и выражается в %% или просто в числах. Например, при D равном 50% получается, что D=0,5.

Таким образом D может изменяться от 0 до 1. При значении D=1 ключевой транзистор находится в состоянии полной проводимости, а при D=0 в состоянии отсечки, попросту говоря, закрыт. Нетрудно догадаться, что при D=50% выходное напряжение будет равно половине входного.

Совершенно очевидно, что регулирование выходного напряжения происходит за счет изменения ширины управляющего импульса tи, по сути дела изменением коэффициента D. Такой принцип регулирования называется широтно-импульсной модуляцией ШИМ (PWM). Практически во всех импульсных блоках питания именно с помощью ШИМ производится стабилизация выходного напряжения.

На схемах, показанных на рисунках 2 и 6 ШИМ «спрятана» в прямоугольниках с надписью «Схема управления», которая выполняет некоторые дополнительные функции. Например, это может быть плавный запуск выходного напряжения, дистанционное включение или защита преобразователя от короткого замыкания.

Вообще конвертеры получили столь широкое применение, что фирмы производители электронных компонентов наладили выпуск ШИМ контроллеров на все случаи жизни. Ассортимент настолько велик, что просто для того чтобы их перечислить понадобится целая книга. Поэтому собирать конвертеры на дискретных элементах, или как часто говорят на «рассыпухе», никому не приходит в голову.

Более того готовые конвертеры небольшой мощности можно купить на Алиэкспрес или Ebay за незначительную цену. При этом для установки в любительскую конструкцию достаточно припаять к плате провода на вход и выход, и выставить требуемое выходное напряжение.

Но вернемся к нашему рисунку 3. В данном случае коэффициент D определяет, сколько времени будет открыт (фаза 1) или закрыт (фаза 2) ключевой транзистор. Для этих двух фаз можно представить схему двумя рисунками. На рисунках НЕ ПОКАЗАНЫ те элементы, которые в данной фазе не используются.

Рис.4. Фаза 1

При открытом транзисторе ток от источника питания (гальванический элемент, аккумулятор, выпрямитель) проходит через индуктивный дроссель L, нагрузку Rн, и заряжающийся конденсатор Cout. При этом через нагрузку протекает ток, конденсатор Cout и дроссель L накапливают энергию. Ток iL ПОСТЕПЕННО ВОЗРАСТАЕТ, сказывается влияние индуктивности дросселя. Эта фаза называется накачкой.

После того, как напряжение на нагрузке достигнет заданного значения (определяется настройкой устройства управления), транзистор VT закрывается и устройство переходит ко второй фазе – фазе разряда. Закрытый транзистор на рисунке не показан вовсе, как будто его и нет. Но это означает лишь то, что транзистор закрыт.

Рис.5. Фаза 2

При закрытом транзисторе VT пополнения энергии в дросселе не происходит, поскольку источник питания отключен. Индуктивность L стремится воспрепятствовать изменению величины и направления тока (самоиндукция) протекающего через обмотку дросселя.

Поэтому ток мгновенно прекратиться не может и замыкается через цепь «диод-нагрузка». Из-за этого диод VD получил название разрядный. Как правило, это быстродействующий диод Шоттки. По истечении периода управления фаза 2 схема переключается на фазу 1, процесс повторяется снова. Максимальное напряжение на выходе рассмотренной схемы может быть равным входному, и никак не более. Чтобы получить выходное напряжение больше, чем входное, применяются повышающие преобразователи.

Следует заметить, что на самом деле не все так просто, как написано выше: предполагается, что все компоненты идеальные, т.е. включение и выключение происходит без задержек, а активное сопротивление нулевое. При практическом изготовлении подобных схем приходится учитывать многие нюансы, поскольку очень многое зависит от качества применяемых компонентов и паразитной емкости монтажа. Только про такую простую деталь как дроссель (ну, просто моток провода!) можно написать еще не одну статью.

Пока только следует напомнить собственно о величине индуктивности, которая определяет два режима работы чоппера. При недостаточной индуктивности преобразователь будет работать в режиме разрывных токов, что совершенно недопустимо для источников питания.

Если же индуктивность достаточно большая, то работа происходит в режиме неразрывных токов, что позволяет с помощью выходных фильтров получить постоянное напряжение с приемлемым уровнем пульсаций. В режиме неразрывных токов работают и повышающие преобразователи, о которых будет рассказано ниже.

Для некоторого повышения КПД разрядный диод VD заменяется транзистором MOSFET, который в нужный момент открывается схемой управления. Такие преобразователи называются синхронными. Их применение оправдано, если мощность преобразователя достаточно велика.

Повышающие step-up или boost преобразователи

Повышающие преобразователи применяются в основном при низковольтном питании, например, от двух-трех батареек, а некоторые узлы конструкции требуют напряжения 12…15В с малым потреблением тока. Достаточно часто повышающий преобразователь кратко и понятно называют словом «бустер».

Рис.6. Функциональная схема повышающего преобразователя

Входное напряжение Uin подается на входной фильтр Cin и поступает на последовательно соединенные катушку индуктивности L и коммутирующий транзистор VT. В точку соединения катушки и стока транзистора подключен диод VD. К другому выводу диода подключены нагрузка Rн и шунтирующий конденсатор Cout.

Транзистор VT управляется схемой управления, которая вырабатывает сигнал управления стабильной частоты с регулируемым коэффициентом заполнения D, так же, как было рассказано чуть выше при описании чопперной схемы (Рис.3). Диод VD в нужные моменты времени блокирует нагрузку от ключевого транзистора.

Когда открыт ключевой транзистор правый по схеме вывод катушки L соединяется с отрицательным полюсом источника питания Uin. Нарастающий ток (сказывается влияние индуктивности) от источника питания протекает через катушку и открытый транзистор, в катушке накапливается энергия.

В это время диод VD блокирует нагрузку и выходной конденсатор от ключевой схемы, тем самым предотвращая разряд выходного конденсатора через открытый транзистор. Нагрузка в этот момент питается энергией накопленной в конденсаторе Cout. Естественно, что напряжение на выходном конденсаторе падает.

Как только напряжение на выходе станет несколько ниже заданного, (определяется настройками схемы управления), ключевой транзистор VT закрывается, и энергия, запасенная в дросселе, через диод VD подзаряжает конденсатор Cout, который подпитывает нагрузку. При этом ЭДС самоиндукции катушки L складывается с входным напряжением и передается в нагрузку, следовательно, напряжение на выходе получается больше входного напряжения.

По достижении выходным напряжением установленного уровня стабилизации схема управления открывает транзистор VT, и процесс повторяется с фазы накопления энергии.

Универсальные преобразователи – SEPIC (single-ended primary-inductor converter или преобразователь с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью).

Подобные преобразователи применяются в основном, когда нагрузка имеет незначительную мощность, а входное напряжение изменяется относительно выходного в большую или меньшую сторону.

Рис.7. Функциональная схема преобразователя SEPIC

Очень похожа на схему повышающего преобразователя, показанного на рисунке 6, но имеет дополнительные элементы: конденсатор C1 и катушку L2. Именно эти элементы и обеспечивают работу преобразователя в режиме понижения напряжения.

Преобразователи SEPIC применяются в тех случаях, когда входное напряжение изменяется в широких пределах. В качестве примера можно привести 4V-35V to 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down Converter Regulator. Именно под таким названием в китайских магазинах продается преобразователь, схема которого показана на рисунке 8 (для увеличения нажмите на рисунок).

Рис.8. Принципиальная схема преобразователя SEPIC 

На рисунке 9 показан внешний вид платы с обозначением основных элементов.

Рис.9. Внешний вид преобразователя SEPIC

На рисунке показаны основные детали в соответствии с рисунком 7. Следует обратить внимание на наличие двух катушек L1 L2. По этому признаку можно определить, что это именно преобразователь SEPIC.

Входное напряжение платы может быть в пределах 4…35В. При этом выходное напряжение может настраиваться в пределах 1,23…32В. Рабочая частота преобразователя 500КГц.При незначительных размерах 50 x 25 x 12мм плата обеспечивает мощность до 25 Вт. Максимальный выходной ток до 3А.

Но тут следует сделать замечание. Если выходное напряжение установить на уровне 10В, то выходной ток не может быть выше 2,5А (25Вт). При выходном напряжении 5В и максимальном токе 3А мощность составит всего 15Вт. Здесь главное не перестараться: либо не превысить максимально допустимую мощность, либо не выйди за пределы допустимого тока.

Ранее ЭлектроВести писали, что Министерство энергетики и чешская группа компаний Witkowitz рассматривают возможность сотрудничества в строительстве малых модульных атомных реакторов (до 300 МВт).

По материалам: electrik.info.

принципы работы и уникальные решения Maxim Integrated

17 декабря 2019

Александр Русу (г. Одесса)

Общий КПД импульсного преобразователя в электронных приборах малой мощности с автономным питанием снижается в основном за счет тока утечки схемы управления. Свести этот ток практически к нулю помогут интегральные DC/DC из новой серии nanoPower производства Maxim Integrated.

На сегодняшний день найти или изготовить самостоятельно высококачественный преобразователь постоянного напряжения мощностью от нескольких ватт до нескольких киловатт не представляет особой сложности. Однако питание оборудования, потребляемая мощность которого измеряется микроваттами, уже является серьезной технической проблемой, ведь при таких уровнях потребления увеличивается относительная величина «накладных расходов» в виде затрат энергии на работу схемы управления, что приводит к ощутимому снижению КПД преобразователя в целом. Кроме этого, практически во всех современных устройствах, питающихся от батарей, активно используются энергосберегающие режимы, в которых все неиспользуемые в данный момент системы отключаются от источника энергии. А это еще больше ужесточает требования к узлам питания, ведь теперь они должны иметь еще и минимально возможный ток утечки в выключенном состоянии.

При этом количество устройств с батарейным питанием с каждым годом постоянно увеличивается, а требования к ним ужесточаются. Поэтому большинство ведущих производителей электронных компонентов регулярно предлагают инженерам новые решения в этой области.

Не осталась в стороне и компания Maxim Integrated, которая не так давно представила линейку микросхем nanoPower, отличающихся сверхмалым энергопотреблением. На сегодняшний день в этой линейке присутствуют малопотребляющие операционные усилители, компараторы, датчики температуры и другие узлы, активно использующиеся в самых разнообразных радиотехнических устройствах. Конечно же, Maxim Integrated не оставил без внимания и сектор DC/DC преобразователей напряжения, разработав в рамках данного направления целые семейства специализированных микросхем с ультрамалым энергопотреблением.

Сравнение линейного и импульсного способов преобразования

Самой популярной схемой преобразователей постоянного напряжения можно назвать понижающую, ведь в реальной аппаратуре задача уменьшения напряжения возникает намного чаще, чем увеличения или изменения его полярности. Но уменьшить входное напряжение можно двумя способами: импульсным и линейным. Поскольку каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки, а значит – и свои области применения, то разработчику необходимо их изучить.

Фундаментальную разницу между линейным и импульсным способами уменьшения напряжения можно понять из рисунка 1. Линейный стабилизатор работает по принципу резистивного делителя напряжения. Его регулирующий элемент (транзистор VT1) функционирует в активном режиме, обеспечивая такое падение напряжения между выводами коллектора и эмиттера, чтобы выходное напряжение V_OUT на нагрузке R_LOAD находилось в заданных пределах. Поскольку через транзистор VT1 протекает весь ток нагрузки I_OUT, КПД данной схемы будет напрямую зависеть от разницы напряжений между входом и выходом (формула 1):

$$\eta =\frac{P_{OUT}}{P_{IN}}=\frac{I_{OUT}\times V_{OUT}}{I_{OUT}\times V_{IN}}=\frac{V_{OUT}}{V_{IN}},\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

где Р_IN и P_OUT – соответственно, входная и выходная мощности преобразователя.

Рис. 1. Сравнение линейного и импульсного способов уменьшения напряжения

И теперь становится очевидным главный недостаток линейных стабилизаторов – чем больше разница напряжений между входом и выходом, тем меньше его КПД, причем практически вся «лишняя» мощность выделяется на регулирующем элементе VT1, что требует установки его на радиатор, размеры которого порой превосходят размеры всех остальных элементов устройства.

До недавнего времени линейные стабилизаторы строились на основе биполярных кремниевых транзисторов, у большинства из которых падение напряжения между коллектором и эмиттером физически не могло быть меньше 1 В. Для стабилизаторов с относительно высоким выходным напряжением (более 5 B) такое падение напряжения было еще вполне приемлемым, однако в современных микроконтроллерных устройствах напряжение питания которых может быть меньше 1 В, использование биполярных транзисторов в таком режиме недопустимо.

В свое время это привело к созданию линейных стабилизаторов, использующих в качестве регулирующих элементов полевые транзисторы, которые, как известно, лишены такого ограничения. Эти стабилизаторы в русскоязычной литературе получили название «стабилизаторы с низким падением напряжения», или LDO-стабилизаторы/регуляторы (Low-Drop Out Regulator). Поскольку при малой разнице напряжений между входом и выходом КПД LDO-стабилизаторов не уступает импульсным преобразователям, а их масса, габариты и уровень электромагнитных помех при этом намного меньше, они до сих пор активно используются в современной технике.

В импульсных преобразователях активный режим полупроводниковых компонентов не используется принципиально. В рассматриваемом примере (рисунок 1) транзистор VT1 работает в ключевом режиме, периодически подключая нагрузку R_LOAD к источнику питания на время t_ON. Это означает, что выделение мощности на силовых полупроводниковых компонентах теоретически может быть сколько угодно малым и не зависит от соотношения напряжений между входом и выходом, что является главным преимуществом данных схем. К сожалению, от такого способа преобразования появляется и главный недостаток – пульсирующий характер выходного напряжения с высоким содержанием высокочастотных гармоник.

Поскольку использовать подобное напряжение для питания потребителей в большинстве случаев не представляется возможным, то на выходе импульсных преобразователей необходимо устанавливать фильтры, уменьшающие пульсации выходного напряжения. Причем в этих фильтрах должны обязательно использоваться реактивные элементы, способные накапливать энергию (активный фильтр на полупроводниковых транзисторах для этой цели не подойдет). А это означает, что импульсный преобразователь просто физически не может быть миниатюрным, ведь энергетическая емкость реактивных компонентов прямо пропорциональна массе и объему использованного в них магнитного или диэлектрического материала.

Если сравнить достоинства и недостатки линейных и импульсных преобразователей (таблица 1), то окажется, что они взаимно компенсируют друг друга. Поэтому на практике очень часто используются гибридные системы: импульсный преобразователь формирует некоторое промежуточное напряжение невысокой стабильности с относительно высоким уровнем пульсаций, а окончательная точная регулировка уже осуществляется с помощью линейных LDO-стабилизаторов.

Таблица 1. Сравнение импульсного и линейного способов преобразования

Метод	Импульсный	Линейный
Соотношение входного и выходного напряжений	Любое	Выходное напряжение не может быть больше входного
Точность стабилизации выходного напряжения	Из-за того что энергия преобразуется «порциями», точность выходного напряжения зависит от характера переходных процессов и метода стабилизации	Теоретически не ограничена. Практически определяется уровнем шумов и стабильностью характеристик используемых компонентов
Уровень пульсаций выходного напряжения	Высокий. При использовании некоторых методов управления (гистерезисных) принципиально не может быть низким	Теоретически может быть сколь угодно малым. Практически ограничен быстродействием используемых компонентов
Уровень электромагнитных помех	Высокий из-за высоких скоростей изменения напряжений и токов	Теоретически может быть сколь угодно малым
КПД	Высокий	Определяется разностью напряжений между входом и выходом
Масса и габариты	Зависят от частоты преобразования. Обычно больше, чем у линейных преобразователей	Зависят от уровня рассеиваемой мощности. При малых мощностях могут быть микроскопическими
Сложность схемы	Сложная	Относительно простая
Стоимость	Относительно высокая	Низкая
Основная сфера применения	Преобразователи с высоким соотношением входного и выходного напряжений, преобразователи рода тока, многоканальные преобразователи и прочие	Стабилизаторы для узлов, требующих прецизионного выходного напряжения с низким уровнем пульсаций и электромагнитных помех

В современном оборудовании линейные преобразователи в основном используются для питания маломощных узлов, требующих высококачественного выходного напряжения с низким уровнем пульсаций, а также в приложениях, чувствительных к уровню электромагнитных помех, а импульсные – во всех остальных случаях (по возможности).

Однако у линейных преобразователей есть один серьезный недостаток, который в ряде случаев делает их использование невозможным – выходное напряжение линейного преобразователя принципиально не может быть больше входного. А это означает, что в случаях, когда напряжение необходимо увеличить или изменить его полярность, импульсный способ преобразования является практически безальтернативным. 

Принцип работы импульсных преобразователей

На сегодняшний день существует множество импульсных преобразователей постоянного напряжения, отличающихся количеством и типом реактивных компонентов, алгоритмами преобразования и прочими характеристиками. Однако наиболее простыми, а следовательно, и наиболее популярными являются всего четыре схемы: понижающая, повышающая, инвертирующая и обратноходовая (рисунок 2). Эти преобразователи используют одинаковый принцип работы, имеют идентичное количество компонентов и отличаются лишь способом коммутации накопительного дросселя L₁, от режима работы которого и зависят все характеристики схемы. 2\times L_{1}}{2}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

Рис. 3. Диаграммы напряжения и тока дросселя различных преобразователей

Поскольку на первом этапе энергия в дросселе увеличивается, то его очень часто называют этапом накопления или заряда дросселя.

После размыкания ключа S₁ на выводах всех обмоток дросселя формируется ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна полярности, присутствовавшей на первом этапе, это означает, что дроссель L₁ теперь становится не потребителем, а источником электрической энергии. Изменение полярности напряжения на обмотках приводит к открытию диода VD1, который и обеспечивает путь протекания тока на втором этапе, называемом этапом возврата, или разряда дросселя.

Поскольку количество энергии в дросселе в момент коммутации ключей не изменяется, то ток в его активной обмотке сразу после размыкания ключа S₁ также будет максимальным, однако его величина I_MAX2 может измениться, ведь он теперь может протекать уже по другому количеству витков (формула 4):

$$E=\frac{I_{MAX2}^2\times L_{2}}{2},\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

где L₂ – индуктивность обмотки, активной на втором этапе. 2\times A_{L},\qquad{\mathrm{(}}{6}{\mathrm{)}}$$

где A_L – конструктивный параметр магнитопровода.

После открытия диода напряжение на обмотке дросселя фиксируется на уровне V_L2, под действием которого ток дросселя за время t_OFF уменьшится на величину dI₂ (формула 7):

$$dI_{2}=\frac{V_{L2}}{L_{2}}\times t_{OFF}\qquad{\mathrm{(}}{7}{\mathrm{)}}$$

В квазиустановившемся режиме, когда отсутствуют какие-либо переходные процессы как в цепях питания, так и в цепях нагрузки, дроссель на втором этапе преобразования должен отдать всю энергию, накопленную на первом интервале. Это означает, что к моменту начала следующего цикла его ток должен быть таким же, как и в начале предыдущего. Для схем с однообмоточным дросселем dI₁ = -dI₂, но в общем случае (для обратноходового преобразователя) изменения токов обмоток определяются Законом полного тока (формула 8):

$$dI_{1}\times N_{1}=-dI_{2}\times N_{2}\qquad{\mathrm{(}}{8}{\mathrm{)}}$$

Подставляя в формулу 8 соотношения 2 и 7, с учетом 6, можно получить основное уравнение 9, связывающее величины напряжений на выводах обмоток дросселя с отношением длительностей основных этапов преобразования:

$$\frac{V_{L1}}{N_{1}}\times t_{ON}=-\frac{V_{L2}}{N_{2}}\times t_{OFF}\qquad{\mathrm{(}}{9}{\mathrm{)}}$$

Формула 9 является основой для получения регулировочной характеристики преобразователя – зависимости выходного напряжения от относительной длительности первого этапа преобразования D = t_ON/(t_ON + t_OFF). Однако для того чтобы получить эти зависимости, далее необходимо рассматривать каждую схему в отдельности.

Понижающий преобразователь

Понижающий преобразователь (Step-Down Converter, Buck Converter) обычно имеет только одну обмотку, поэтому N₁ = N₂. На первом этапе преобразования к дросселю приложена разница входного и выходного напряжений (V_L1 = V_IN – V_OUT), а на втором – только выходное напряжение (V_L2 = V_OUT), как показано на рисунке 4. Подставляя эти значения в формулу 9, получим формулу 10:

$$\left(V_{IN}-V_{OUT} \right)\times t_{ON}=-V_{OUT}\times t_{OFF}\qquad{\mathrm{(}}{10}{\mathrm{)}}$$

Следовательно (формула 11):

$$V_{OUT}=V_{IN}\times \frac{t_{ON}}{t_{ON}+t_{OFF}}=V_{IN}\times D\qquad{\mathrm{(}}{11}{\mathrm{)}}$$

Рис. 4. Принцип работы понижающего преобразователя

Из формулы 11 видно, что выходное напряжение V_OUT понижающего преобразователя не может превышать входное V_IN, иначе левая часть уравнения станет отрицательной, к дросселю на обоих этапах преобразования будет приложено однополярное напряжение, и схема работать не будет.  

Повышающий преобразователь

Повышающий преобразователь (Step-Up Converter, Boost Converter) также обычно строится на основе однообмоточного дросселя (N₁ = N₂). На первом этапе преобразования, когда ключ S₁ замкнут, к обмотке дросселя приложено полное напряжение питания (V_L1 = V_IN), а вот на втором есть разница между входным и выходным напряжениями (V_L1 = V_OUT – V_IN), как показано на рисунке 5. Подставляя эти значения в формулу 9, получим формулу 12:

$$V_{IN}\times t_{ON}=-\left(V_{OUT}-V_{IN} \right)\times t_{OFF}\qquad{\mathrm{(}}{12}{\mathrm{)}}$$

Из формулы 12 теперь можно получить уравнение для регулировочной характеристики (формула 13):

$$V_{OUT}=V_{IN}\times \frac{t_{ON}+t_{OFF}}{t_{OFF}}=V_{IN}\times \frac{1}{1-D}\qquad{\mathrm{(}}{13}{\mathrm{)}}$$

Рис. 5. Принцип работы повышающего преобразователя

Как и в понижающем преобразователе, формула 13 накладывает ограничения на соотношение напряжений V_IN и V_OUT. При V_OUT < V_IN правая часть формулы 13 изменит свой знак, и дроссель перестанет отдавать энергию. Поэтому повышающий преобразователь может только увеличивать входное напряжение.

Инвертирующий и обратноходовой преобразователи

И в инвертирующем (Inverting Converter), и в обратноходовом (Flyback Converter) преобразователях к обмоткам дросселя на первом этапе прикладывается полное входное (V_L1 = V_IN), а на втором – полное выходное напряжение (V_L2 = V_OUT), как показано на рисунок 6. Поэтому базовое уравнение для определения их регулировочных характеристик одинаково (формула 14):

$$\frac{V_{IN}}{N_{1}}\times t_{ON}=-\frac{V_{OUT}}{N_{2}}\times t_{OFF}\qquad{\mathrm{(}}{14}{\mathrm{)}}$$

Рис. 6. Принцип работы инвертирующего и обратноходового преобразователей

Но, поскольку инвертирующие преобразователи обычно строятся на основе однообмоточных дросселей, для которых N₁ = N₂, то их регулировочная характеристика при работе во всех режимах, кроме разрывного, несколько проще (формула 15):

$$V_{OUT}=-V_{IN}\times \frac{t_{ON}}{t_{OFF}}=-V_{IN}\times \frac{D}{1-D}\qquad{\mathrm{(}}{15}{\mathrm{)}}$$

Ключевой особенностью обратноходового преобразователя является возможность обеспечения гальванической развязки между входом и выходом. В этом случае обмотки дросселя могут иметь разное количество витков (формула 16):

$$V_{OUT}=-V_{IN}\times \frac{t_{ON}}{t_{OFF}}\times \frac{N_{2}}{N_{1}}=-V_{IN}\times \frac{D}{1-D}\times \frac{N_{2}}{N_{1}}\qquad{\mathrm{(}}{16}{\mathrm{)}}$$

Для инвертирующего преобразователя, вход и выход которого имеют один общий провод, выходное напряжение V_OUT по абсолютному значению может быть как больше, так и меньше входного V_IN. Однако оно обязательно должно иметь обратную полярность, ведь ни продолжительность первого t_ON, ни второго t_OFF этапов преобразования не могут быть отрицательными. Для обратноходового преобразователя обеспечение двухполярного напряжения на обмотке осуществляется правильной фазировкой обмоток и включением диода VD1. Если это правило будет нарушено, то обратноходовой преобразователь работать не будет (фактически он превратится в прямоходовой, который имеет несколько иной принцип работы).

При использовании в понижающей, повышающей и инвертирующей схемах дросселя с одной обмоткой наибольшая эффективность преобразователя будет в диапазоне 0,1 ≤ V_IN…V_OUT ≤ 10. Если же входное напряжение отличается от входного больше чем в 10 раз, тогда, в соответствии с формулой 9, длительность одного из этапов преобразования (t_ON или t_OFF) будет значительно меньше другого (рисунок 7).

Рис. 7. Зависимости соотношения напряжения на входе и выходе преобразователей (VOUT/VIN) от соотношения длительностей первого и второго этапов (tON/tOFF)

При этом становится сложно как регулировать выходное напряжение, так и фильтровать его, поскольку при малых длительностях t_ON или t_OFF увеличиваются пульсации токов, что в конечном итоге приводит к катастрофическому уменьшению КПД, вплоть до физической невозможности реализации данного режима (необходимая длительность t_ON или t_OFF может оказаться меньше чем время включения/выключения полупроводникового компонента). Поэтому при большой разнице напряжений между входом и выходом используют автотрансформаторное включение дросселей, при котором транзистор или диод подключаются к части обмотки (рисунок 8). В этом случае N₁ ≠ N₂ и формулы 10…15 придется выводить заново из базового соотношения формулы 9.

Рис. 8. Понижающий преобразователь с автотрансформаторным включением дросселя, работающий при большой разнице напряжений (VIN >>VOUT)

Особенности преобразователей nanoPower

Как видно из принципа работы, максимальное значение КПД импульсных преобразователей теоретически не ограничено. Но на практике всегда будут потери из-за неидеальности элементной базы, поэтому реальное значение КПД силовой части у наилучших представителей импульсных преобразователей находится на уровне 98…99%.

Однако при расчете КПД преобразователя в целом следует учитывать также и затраты энергии на работу схемы управления. Если рассмотреть структурные схемы контроллеров, реализующих два наиболее популярных на сегодняшний день метода управления – по напряжению (рисунок 9) и по току (рисунок 10), – то можно увидеть, что для обеспечения выходного напряжения необходимого качества требуется достаточно большое количество узлов. И хоть на сегодняшний день технологии изготовления полупроводниковых микросхем находится на очень высоком уровне, тем не менее, когда мощность силовой части преобразователя ничтожно мала, ток потребления узлов управления может оказаться соизмеримым с током нагрузок.

Рис. 9. Контроллер преобразователя с методом управления по напряжению

Рис. 10. Контроллер преобразователя с методом управления по току

У контроллеров преобразователей постоянного напряжения можно выделить три основных тока, на которые следует обращать внимание при выборе: ток, потребляемый от входной I_QINT, выходной I_QOUT цепи в активном режиме и ток утечки I_SDT, потребляемый микросхемой в выключенном состоянии (рисунок 11). Эти токи, по возможности, должны быть минимальными, ведь чем они меньше – тем выше КПД преобразователя.

Рис. 11. Пути протекания токов IQINT, IQOUT и ISDT микросхемы MAX17222

Из этих параметров наиболее важным для устройств с батарейным питанием является ток утечки I_SDT. И связано это с их спецификой работы, ведь как показывает практика, большую часть времени они находятся либо в спящем (дежурном), либо в выключенном состоянии. Поскольку физически отключить схему управления преобразователя от источника питания в большинстве случаев не представляется возможным, ток утечки I_SDT будет напрямую влиять на время автономной работы.

В интегральных преобразователях постоянного напряжения nanoPower основной технологией уменьшения токов I_QINT, I_QOUT и I_SDT является тщательная проработка схемотехники внутренних узлов контроллера и процессов изготовления интегральных компонентов. Из других методов уменьшения собственного энергопотребления можно также выделить отключение резистивного делителя выходного напряжения, используемого в цепи обратной связи. Все это позволило добиться впечатляющих значений собственного энергопотребления этих узлов. Так, например, для микросхем повышающих преобразователей MAX17220/21/22/23/24/25 ток, потребляемый от цепей нагрузки (I_QOUT), не превышает 300 нА, а токи, потребляемые от источника питания (I_QINT, I_SDT) равны всего 0,5 нА.

Кроме этого, повышающие преобразователи имеют одну специфическую особенность, на которую также необходимо обращать внимание. При использовании в качестве верхнего ключа полупроводниковых диодов или n-канальных MOSFET становится невозможным полное отключение выходного напряжения – при остановке преобразователя на его выходе присутствует напряжение питания, которое приводит к увеличению энергопотребления. Поэтому в микросхемах nanoPower реализована также технология True Shutdown, блокирующая появление напряжения на выходе преобразователей при их отключении.

На сегодняшний день в линейку малопотребляющих преобразователей nanoPower входят микросхемы для наиболее популярных схем преобразователей: понижающего и повышающего типов (таблица 2). Линейка повышающих преобразователей MAX17220…25 (рисунок 12) позволяет обеспечить нагрузку выходным напряжением 1,8…5 В, устанавливаемым путем выбора внешнего резистора R_SEL с шагом 0,1 В. Входное напряжение при этом может находиться в диапазоне 0,4…5,5 В.

Высокая степень интеграции позволила использовать для микросхем MAX17220…25 миниатюрные шестивыводные корпуса WLP и µDFN и обойтись минимальным количеством внешних компонентов. Как видно из рисунка 12, кроме обязательных внешних реактивных элементов – конденсаторов C_IN, C_OUT и накопительного дросселя, которые, во-первых технологически сложно изготовить в интегральном исполнении, а во-вторых, их параметры зависят от конкретного приложения, для работы микросхем требуется единственный внешний прецизионный (с точностью 1%) резистор R_SEL, отвечающий за величину выходного напряжения.

Таблица 2. Характеристики микросхем nanoPower

Наименование	Ток, потребляемый от выходных цепей IQOUT, нА	Ток, потребляемый в выключенном состоянии ISDT, нА	Максимальный ток накопительного дросселя, мА	Выходной ток, мА	Корпус	Отладочная плата
MAX38640A	330	5	250	160	WLP/6	MAX38640EVKIT
MAX17220	300	0,5	225	205	WLP/6, µDFN/6	MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT
MAX17222	300	0,5	500	200	WLP/6	MAX17222EVKIT
MAX17223	300	0,5	500	205	WLP/6, µDFN/6	MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT
MAX17224	300	0,5	1000	205	WLP/6, µDFN/6	MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT
MAX17225	300	0,5	1000	205	WLP/6, µDFN/6	MAX17222EVKIT, MAX17220EVKIT

Рис. 12. Структурная схема микросхем MAX17220…25

В микросхемах MAX17220…25 реализован метод управления по току, поэтому величина индуктивности накопительного дросселя во многом определяет величину рабочей частоты преобразователя. Для большинства приложений на основе данных микросхем можно использовать малогабаритные дроссели в корпусе 0603 индуктивностью 2,2 мкГн с максимальным током 225 мА, 500 мА или 1 А. Все это позволяет реализовывать ультракомпактные повышающие преобразователи, занимающие на печатной плате площадь, не превышающую 6,75 мм².

Аналогичными характеристиками обладают и микросхемы понижающих преобразователей MAX38640/41/42/43 (рисунок 13), позволяющие понижать входное напряжение 1,8…5,5 В до величины 0,7…3,3 В (микросхемы с суффиксом А) или до 0,5… 5,0 В (с суффиксом B). Так же, как и в рассмотренных выше повышающих преобразователях, для установки выходного напряжения MAX38640…43 используется единственный прецизионный резистор R_SEL, а сами микросхемы требуют всего четырех внешних компонентов.

Рис. 13. Структурная схема микросхем MAX38640…43

Для ускорения выхода продуктов на рынок компания Maxim Integrated предлагает разработчикам максимальную поддержку, не ограничивающуюся только предоставлением всей необходимой технической документации. Так, например, на официальном сайте компании присутствуют математические модели, с помощью которых можно изучить электрические процессы разрабатываемых схем в специализированных средах разработки: автономной EE-Sim® OASIS Simulation Tool на основе ядра SIMPLIS® и онлайновой EE-Sim Design And SimulationTool. Обе среды ориентированы на разработку импульсных источников питания и позволяют на основе предлагаемых шаблонов собрать виртуальный аналог разрабатываемой схемы менее чем за 5 минут.

Кроме этого, для оценки реальных возможностей микросхем nanoPower компания Maxim Integrated предлагает специализированные отладочные платы. Так, например, для микросхем MAX17220…25 доступна отладочная плата MAX17222EVKIT (рисунок 14), состоящая из двух независимых частей, содержащих одну и ту же микросхему MAX17222, но изготовленную в разных корпусах: µDFN и WLP. В каталогах Maxim Integrated присутствует также аналогичная отладочная плата MAX17220EVKIT с установленными микросхемами MAX17220 (в двух вариантах корпусов) и MAX38640EVKIT с установленной микросхемой MAX38640A в корпусе WLP.

Рис. 14. Внешний вид отладочной платы MAX17222EVKIT

Заключение

Питание от батарей является далеко не тривиальной задачей, ведь для обеспечения максимально возможного времени автономной работы необходима тщательная проработка не только силовой части, но и узлов управления. Однако, как показывает практика, эти задачи целиком и полностью ложатся на плечи производителей электронных компонентов, ведь, как видно из материалов данной статьи, конечным разработчикам остается лишь адаптировать готовые решения под конкретное приложение.

Дополнительные материалы:

Статьи:

1. Технология Maxim Integrated nanoPower: когда малый IQ имеет преимущества
2. Контроль в спящем режиме: повышение КПД батарейного питания с помощью DC/DC MAX17225 nanoPower
3. Один дроссель для всей системы: многоканальные преобразователи Maxim с технологиями SIMO и nanoPower
4. Измерение мощности в режиме реального времени с помощью ИС регистратора потребляемой мощности
5. Увеличение времени работы портативной электроники с помощью преобразователя на основе SIMO
6. Борцы SIMO: особенности применения SIMO-преобразователей Maxim
7. Выбор SIMO PMIC-преобразователя для проекта портативного устройства
8. Увеличение энергоэффективности портативных устройств при помощи SIMO PMIC-преобразователей

Новости

1. MAX17222 — длинная жизнь для маленьких вещей
2. MAX38640/1/2/3 – понижающие конвертеры семейства NanoPower с ультранизким током потребления
3. MAX17270 – преобразователь NanoPower SIMO PMIC для IoT с ультранизким потреблением

 

•••

Наши информационные каналы

output dc voltage — Russian translation – Linguee

Verify if output DC Voltage is in nominal range. support.eastar.ru	Проверить напряжение на выходе блока питания. eastar.ru
The regulation of the output DC voltage can be achieved by using a control circuit, in which the […] control senses the output voltage […] and if it tends to vary, it can be controlled by adjusting the data cycle. ligaturesoft.com	Регулирование напряжения постоянного тока вывода может быть достигнуто при использовании схемы управления, […] по которой смыслы управления […] выходное напряжение, и если это имеет тенденцию изменяться, этим можно управлять, регулируя цикл данных. ligaturesoft.com
Only use tested units with a limited output voltage (V ≤ DC 30 V) and limited output current (I ≤ 8 A) as an external DC 24 V voltage source. download.sew-eurodrive.com	В качестве внешних источников питания 24 В= используйте только проверенные устройства с ограниченным выходным напряжением (U Â 30 В=) и ограниченным выходным током (I Â 8 А). download.sew-eurodrive.com
The KL9528 power supply terminal generates a 30 V DC output voltage from the 24 V DC control voltage with high-frequency decoupling for […] the operation of an AS-Interface network. beckhoff.be	Модуль питания KL9528 генерирует выходное напряжение 30 В постоянного тока из контрольного напряжения 24 В постоянного тока с высокочастотной […] развязкой для обеспечения функционирования сети с AS-интерфейсом. beckhoff. ru
The voltage output of the CMC can be used as DC source (use source mode). omicron.at	Выходное напряжение CMC может использоваться как источник постоянного тока (используйте режим источника). omicron.at
Low voltage The inverter turns off its output if the DC voltage is below 200V because insufficient torque or overheating of the motor can occur when the input voltage of the inverter drops. santerno.com	Пониженное напряжение Преобразователь отключает выходное напряжение, если напряжение цепи постоянного тока упало ниже 200 В из-за перегрузки или перегрева двигателя. santerno.com
Active AC and DC current probe with voltage output. omicron.at	Активное устройство с выходом по напряжению для измерения переменного и постоянного тока. omicron.at
Use only certified units […] with a limited output voltage (U max = DC 30 V) and limited output current (I ≤ 8 A) as an external DC 24 V voltage source. download.sew-eurodrive.com	В качестве внешних источников питания 24 В= […] используйте только проверенные устройства с ограничением выходного напряжения (U макс = 30 В=) и выходного тока (I ≤ 8 А). download.sew-eurodrive.com
Over voltage The inverter turns off its output if the DC voltage of the main circuit increases higher than 400 V when the motor decelerates. santerno.com	Перенапряжение Преобразователь отключает выходное напряжение, если напряжение цепи постоянного тока превысило 400 В при замедлении двигателя. santerno.com
Single-phase thyristor-diode bridge module with thyristors control, connected to “positive” output, is intended for rectification ( converting of AC into pulsating DC voltage). electrum-av.com	Модуль […] однофазного тиристорно-диодного моста с управлением тиристорами, подключенными к «положительному» выходу, предназначен для выпрямления (преобразования переменного тока в пульсирующее постоянное напряжение). electrum-av.com
The switching capacity of the control must correspond at least […] to the maximum permitted limited output current of the DC 24 V voltage supply. download.sew-eurodrive.com	Коммутационная способность устройства управления должна […] быть не ниже максимально допустимого выходного тока источника питания 24 В=. download.sew-eurodrive.com
Output voltage is approximately proportional to the dc input voltage—allow for 1 to 2 volt drop across Q1. spellmanhv.com.br	Выходное напряжение приблизительно прорпорционально входному напряжению постоянного тока — и допускает перепад напряжения на Q1 от 1 до 2 Вольт. spellmanhv.ru
In case of a […] single fault, the voltage between the outputs or between any output and grounded parts may not exceed DC 60 V. download.sew-eurodrive.com	Кроме того, в случае одной единственной неисправности напряжение между выходами такого источника или между любым […] одним выходом […] и заземленными деталями не должно превышать 60 В=. download.sew-eurodrive.com
We are engaged in manufacturing and supplying of a varied […] assortment of POE Charger, designed to accept wide input voltage range and delivering ripple free dc output in supremely cost efficient manner. poepoweroverethernet.net	Мы занимаемся производством и поставками разнообразного […] ассортимента POE зарядное, […] предназначен для приема широкий диапазон входного напряжения и доставки пульсации свободный выход постоянного тока в высшей экономически […] эффективным способом. poepoweroverethernet.net
A Model 942A UDR or Model 960 readout provides the high DC voltage necessary to operate the detector, the low dc voltage required to operate the preamplifier and the pulse counting electronics necessary to quantify the detector pulse output. flukebiomedical.com	Эксплуатация модели 942A UDR или модели 960 обеспечивается высоким постоянным напряжением, необходимым для работы датчика, низким напряжением постоянного тока, необходимым для работы предусилителя и электронной аппаратурой подсчета импульсов, необходимой для количественного определения выходных импульсов датчика. ru.flukebiomedical.com
The integrated power supply unit generates an electrically isolated 24 V DC output voltage. beckhoff.de	Интегрированный […] блок питания генерирует электрически изолированное выходное напряжение 24 В постоянного тока. beckhoff.ru
If excessive DC Brake voltage is set or DC Brake time is set too long, […] it may cause motor overheating and damage to the motor. santerno.com	При установке […] слишком высокого значения тока торможения или слишком большого времени […] торможения двигатель может перегреться [. ..] и выйти из строя. santerno.com
The load sharing device measures the output power of an AC generator (3 phase voltage and current) and converts this to a DC voltage proportional to the generator load. heinzmann.com	Устройство разделения нагрузки измеряет выходную мощность генератора переменного тока (трехфазное напряжение и ток) и преобразует ее в постоянное напряжение пропорционально нагрузке генератора. heinzmann.com
Note:In view of the DC voltage to be switched and the high level of current load, it is essential to use either special brake […] contactors or AC contactors with contacts [. ..] in utilization category AC-3 to EN 60947-4-1. download.sew-eurodrive.com	Примечание: из-за применения постоянного напряжения и высокой нагрузки необходимо использовать или специальный тормозной контактор, […] или контактор переменного тока с контактами […] класса AC-3 по EN 60947-4-1. sew-eurodrive.ru
If a DC fuse is fitted in series with the armature it must be a DC rated semiconductor type with current rating 1.2 times the motor full load current, DC voltage rating suitable for the maximum armature voltage and with an I2 t rating less than the maximum shown in the table. sprintelectric.ru	Если предохранитель пост. тока включен последовательно с якорем, то это должен быть полупроводниковый предохранитель пост. тока с номиналом тока 1. 2 от тока полной нагрузки двигателя, номиналом пост. напряжения по макс. напряжению якоря и с номиналом I2t меньше показанного в таблице максимума. sprintelectric.ru
The serial operation of units to increase the voltage output is not permitted. efoy-pro.com	Последовательное […] подключение приборов с целью увеличения выходного напряжения недопустимо. efoy-pro.com
DC voltage sources should provide proper isolation from main AC power and similar hazards. downloads.industrial.omron.eu	Источники напряжения постоянного тока должны быть надлежащим образом изолированы от линий электропитания переменного тока и других опасных цепей. downloads.industrial.omron.eu
Set analogue output voltage levels in each step, trigger systems using digital outputs, or activate step transfers using the digital inputs. instron.com	Задавайте уровень выходного аналогового сигнала на каждом этапе, запускайте системы с помощью цифрового выходного сигнала или активизируйте поэтапный переход с помощью цифрового ввода данных. instron.ru
Used by telecommunications, triple-play/voice, data, and video professionals, the TS®100 PRO also gives users a built-in toner with five different tones and patented […] SmartTone® for exact pair […] identification and reports AC/DC voltage from just one end of any two […] conductor wires, telephone [. ..] wires, security wires or coax cables. flukenetworks.com	Используемый в телекоммуникациях профессионалами по тройной услуге — передачи аудио, данных и видео, TS ® 100 PRO также дает пользователям встроенный тональный генератор с пятью […] различными тонами и запатентованный […] SmartTone ® для точной идентификации пары и отчетности о AC / DC […] напряжении тока только от одного […] конца любой двухпроводной линии, телефонных проводов, проводов безопасности или коаксиальных кабелей. ru.flukenetworks.com
When an inverter is […] connected (PWM generated output voltage), the supply cables […] for the brakes must be routed separately from the other power cables. download.sew-eurodrive.com	Для работы в режиме управления от […] преобразователя (импульсные сигналы выходного напряжения) питающие [. ..] кабели тормоза следует прокладывать […] отдельно от других силовых кабелей. download.sew-eurodrive.com
Low frequency sinusoidal output voltage does not create conditions […] for arising high frequency common-mode currents via non-isolated […] parts of the motor and the mechanism (bearings, coupling etc.). eosltd.com.ua	Низкочастотное синусоидальное выходное напряжения не создает условий для […] возникновения высокочастотных токов нулевой последовательности […] через неизолированные части электродвигателя и механизма (подшипники, муфта и др.). eosltd.com.ua
A remote, control room located, universal […] digital ratemeter […] (UDR) provides the detector high voltages and DC operating voltages, processes the detector output, performs limit checks, generates [. ..] analog output signals […] and displays the net fission product activity for each detector. flukebiomedical.com	Отдаленный, расположенный в […] аппаратной, универсальный […] цифровой интенсиметр (UDR) обеспечивает высокое напряжения на детекторе и рабочее напряжение постоянного тока, обрабатывает выходной […] сигнал детектора, […] выполняет проверки пределов, генерирует сигналы аналогового выхода и показывает чистую активность продуктов деления для каждого датчика. ru.flukebiomedical.com
Simultaneously the BT 500-IS-1 is a powerful […] sheath tester and has a pulsed output voltage for the pinpointing of sheath faults. sebakmt.com	Одновременно он может использоваться […] как прибор для испытаний [. ..] оболочки и имеет возможность подачи выходного напряжения с тактовой частотой […] для точного определения […] места повреждения оболочки. sebakmt.com
Normally the L1/2/3 and EL1/2/3 ports are fed with the same AC supply voltage, and if for example, the field voltage is lower […] than would normally be expected for the […] prevailing supply, then the control loop will phase back the output voltage accordingly. sprintelectric.ru	Обычно L1/2/3 и EL1/2/3 питаются одним переменным напряжением, и если, например, напряжение возбуждения ниже, чем […] обычное для данного напряжения […] питания, то контур управления выполнит соответствующее снижение напряжения за счет управления […] мостом. sprintelectric.ru
While proportional from 0 Hz to base frequency, the output voltage is constant from base to maximum frequencies regardless of […] the frequency. downloads.industrial.omron.eu	Линейная […] характеристика от 0 Гц до номинальной частоты, выходное напряжение остается постоянным при выходной частоте выше номинальной. downloads.industrial.omron.eu

Зависимость переменного тока (AC) от постоянного (DC)

Пораженный громом!

Откуда австралийская рок-группа AC / DC получила свое название? Да ведь переменный ток и постоянный ток, конечно же! И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи. В постоянного тока (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении. Электрический заряд в переменном токе (AC), напротив, периодически меняет направление.Напряжение в цепях переменного тока также периодически меняется на противоположное, потому что ток меняет направление.

Большая часть создаваемой вами цифровой электроники будет использовать постоянный ток. Однако важно понимать некоторые концепции переменного тока. Большинство домов подключено к сети переменного тока, поэтому, если вы планируете подключить свой проект музыкальной шкатулки Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный ток. Переменный ток также обладает некоторыми полезными свойствами, такими как способность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента (трансформатора), поэтому переменный ток был выбран в качестве основного средства для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Что вы узнаете

• История создания переменного и постоянного тока
• Различные способы генерации переменного и постоянного тока
• Некоторые примеры приложений переменного и постоянного тока

Рекомендуемая литература

и nbsp

и nbsp

Переменный ток (AC)

Переменный ток описывает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током.AC используется для подачи электроэнергии в дома, офисные здания и т. Д.

Генератор переменного тока

переменного тока может производиться с использованием устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенного для выработки переменного тока.

Проволочная петля скручена внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проводу. Вращение провода может происходить с помощью любого количества средств: ветряной турбины, паровой турбины, проточной воды и так далее. Поскольку провод вращается и периодически меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются.Вот короткая анимация, демонстрирующая этот принцип:

(Видео предоставлено: Хуррам Танвир)

Генератор переменного тока можно сравнить с нашей предыдущей аналогией с водой:

Чтобы генерировать переменный ток в наборе водопроводных труб, мы соединяем механический кривошип с поршнем, который перемещает воду в трубах вперед и назад (наш «переменный» ток). Обратите внимание, что защемленный участок трубы по-прежнему оказывает сопротивление потоку воды независимо от направления потока.

Осциллограммы

AC может быть разных форм, если напряжение и ток чередуются. Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения с течением времени, мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Наиболее распространенным типом переменного тока является синусоида. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колеблющееся напряжение, которое создает синусоидальную волну.

Другие распространенные формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну:

Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике для проверки их работы.

Треугольные волны используются при синтезе звука и используются для тестирования линейной электроники, такой как усилители.

Описание синусоидальной волны

Мы часто хотим описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоидальную волну. Синусоидальная волна состоит из трех частей: амплитуда, частота и фаза .

Рассматривая только напряжение, мы можем описать синусоидальную волну как математическую функцию:

V (t) — это наше напряжение как функция времени, что означает, что наше напряжение изменяется с изменением времени.Уравнение справа от знака равенства описывает, как напряжение изменяется во времени.

V _P — это амплитуда . Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, что означает, что наше напряжение может быть + V _P вольт, -V _P вольт или где-то посередине.

Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.

2π — это константа, которая преобразует частоту из циклов (в герцах) в угловую частоту (радианы в секунду).

f описывает частоту синусоидальной волны. Это дается в виде герц или единиц в секунду . Частота показывает, сколько раз определенная форма волны (в данном случае один цикл нашей синусоидальной волны — подъем и спад) происходит в течение одной секунды.

t — наша независимая переменная: время (измеряется в секундах).По мере того, как меняется время, наша форма волны меняется.

φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза — это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360, которое измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °. Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.

Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем подставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение (помните, что мы предполагаем, что наша фаза равна 0):

Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор, чтобы построить график этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую ​​как Desmos (обратите внимание, что вам может потребоваться использовать «y» вместо «v» в уравнении, чтобы увидеть график).

Обратите внимание, что, как мы и предсказывали, напряжение периодически повышается до 170 В и понижается до -170 В. Кроме того, каждую секунду происходит 60 циклов синусоидальной волны. Если бы мы измеряли напряжение в розетках с помощью осциллографа, мы бы увидели именно это ( ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: не пытайтесь измерить напряжение в розетке с помощью осциллографа! Это может привести к повреждению оборудования).

ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, вы слышали, что напряжение переменного тока в США составляет 120 В. Это тоже правильно.Как? Говоря об переменном токе (поскольку напряжение постоянно меняется), часто проще использовать среднее или среднее значение. Для этого мы используем метод под названием «Среднеквадратичный корень». (RMS). Часто бывает полезно использовать среднеквадратичное значение для переменного тока, когда вы хотите рассчитать электрическую мощность. Несмотря на то, что в нашем примере у нас было напряжение, изменяющееся от -170 В до 170 В, среднеквадратичное значение составляет 120 В RMS.

Приложения

В розетках дома и в офисе почти всегда есть кондиционер. Это связано с тем, что генерировать и транспортировать переменный ток на большие расстояния относительно просто.При высоких напряжениях (более 110 кВ) при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовывать в высокое напряжение и обратно с помощью трансформаторов.

AC также может приводить в действие электродвигатели. Двигатели и генераторы — это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую (если вал двигателя вращается, на выводах генерируется напряжение!).Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как посудомоечные машины, холодильники и т. Д., Которые работают от сети переменного тока.

Постоянный ток (DC)

Постоянный ток немного легче понять, чем переменный. Вместо того, чтобы колебаться вперед и назад, постоянный ток обеспечивает постоянное напряжение или ток.

Генерация постоянного тока

постоянного тока можно создать несколькими способами:

• Генератор переменного тока, оснащенный устройством, называемым «коммутатор», может производить постоянный ток
• Использование устройства, называемого «выпрямитель», которое преобразует переменный ток в постоянный ток
• Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи

Используя нашу аналогию с водой снова, DC подобен резервуару с водой со шлангом на конце.

Бак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга. Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда резервуар опустеет, вода больше не течет по трубам.

Описание DC

DC определяется как «однонаправленный» ток; ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться с течением времени до тех пор, пока направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, мы предполагаем, что батарея AA обеспечивает 1.5 В, что математически можно описать как:

Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение:

Что это значит? Это означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение во времени. В действительности батарея будет медленно терять заряд, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.

Приложения

Практически все проекты электроники и запчасти для продажи на SparkFun работают на DC.Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует USB-кабель для питания, зависит от постоянного тока. Примеры электроники постоянного тока включают:

• Сотовые телефоны
• D&D Dice Gauntlet на основе LilyPad
• Телевизоры с плоским экраном (переменный ток переходит в телевизор, который конвертируется в постоянный ток)
• Фонари
• Гибридные и электромобили

Битва течений

Почти каждый дом или офис подключен к сети переменного тока.Однако это решение не было мгновенным. В конце 1880-х годов различные изобретения в Соединенных Штатах и ​​Европе привели к полномасштабной битве между распределением переменного и постоянного тока.

В 1886 году электрическая компания Ganz Works, расположенная в Будапеште, электрифицировала весь Рим с помощью переменного тока. Томас Эдисон, с другой стороны, построил 121 электростанцию ​​постоянного тока в Соединенных Штатах к 1887 году. Поворотный момент в битве наступил, когда Джордж Вестингауз, известный промышленник из Питтсбурга, приобрел патенты Николы Теслы на двигатели переменного тока и трансмиссию в следующем году. .

AC против

постоянного тока Томас Эдисон (Изображение любезно предоставлено biography.com)

В конце 1800-х годов постоянный ток было нелегко преобразовать в высокое напряжение. В результате Эдисон предложил систему небольших местных электростанций, которые питали бы отдельные кварталы или участки города. Электроэнергия распределялась по трем проводам от электростанции: +110 вольт, 0 вольт и -110 вольт. Освещение и двигатели могут быть подключены между розеткой + 110 В или 110 В и 0 В (нейтраль). При напряжении 110 В допускается некоторое падение напряжения между установкой и нагрузкой (дома, в офисе и т. Д.).).

Несмотря на то, что падение напряжения на линиях электропередач было учтено, электростанции необходимо было располагать в пределах 1 мили от конечного пользователя. Это ограничение сделало распределение электроэнергии в сельской местности чрезвычайно трудным, если не невозможным.

Используя патенты Tesla, компания Westinghouse работала над усовершенствованием системы распределения переменного тока. Трансформаторы предоставили недорогой метод повышения напряжения переменного тока до нескольких тысяч вольт и его снижения до приемлемого уровня. При более высоких напряжениях та же мощность могла передаваться при гораздо меньшем токе, что означало меньшие потери мощности из-за сопротивления проводов.В результате крупные электростанции могут быть расположены за много миль от них и обслуживать большее количество людей и зданий.

Кампания по выявлению мазков Эдисона

В течение следующих нескольких лет Эдисон провел кампанию по категорическому противодействию использованию AC в Соединенных Штатах, которая включала лоббирование законодательных собраний штатов и распространение дезинформации о AC. Эдисон также приказал нескольким техникам публично казнить животных переменным током, пытаясь показать, что переменный ток более опасен, чем постоянный ток. Пытаясь показать эти опасности, Гарольд П.Браун и Артур Кеннелли, сотрудники Edison, разработали первый электрический стул для штата Нью-Йорк с использованием переменного тока.

Возвышение AC

В 1891 году Международная электротехническая выставка проходила во Франкфурте, Германия, и показала первую передачу трехфазного переменного тока на большие расстояния, которая питала фары и двигатели на выставке. Присутствовали несколько представителей того, что впоследствии станет General Electric, и впоследствии они были впечатлены дисплеем. В следующем году была создана компания General Electric, которая начала инвестировать в технологии переменного тока.

Электростанция Эдварда Дина Адамса в Ниагарском водопаде, 1896 г. (Изображение предоставлено teslasociety.com)

Westinghouse выиграл контракт в 1893 году на строительство плотины гидроэлектростанции, чтобы использовать энергию Ниагарского водопада и передавать переменный ток в Буффало, штат Нью-Йорк. Проект был завершен 16 ноября 1896 года, и электроэнергия переменного тока начала снабжать электроэнергией промышленные предприятия Буффало. Эта веха ознаменовала упадок DC в США. В то время как Европа примет стандарт переменного тока 220–240 В при 50 Гц, стандартом в Северной Америке станет 120 В при 60 Гц.

Высоковольтный постоянный ток (HVDC)

Швейцарский инженер Рене Тюри использовал серию двигателей-генераторов для создания высоковольтной системы постоянного тока в 1880-х годах, которую можно было использовать для передачи энергии постоянного тока на большие расстояния. Однако из-за высокой стоимости и высокой стоимости обслуживания систем Thury HVDC никогда не применялся в течение почти столетия.

С изобретением полупроводниковой электроники в 1970-х годах стало возможным экономичное преобразование между переменным и постоянным током. Для генерации постоянного тока высокого напряжения (иногда до 800 кВ) может использоваться специальное оборудование.Некоторые страны Европы начали использовать линии HVDC для электрического соединения различных стран.

В линиях

HVDC потери меньше, чем в аналогичных линиях переменного тока на очень больших расстояниях. Кроме того, HVDC позволяет подключать различные системы переменного тока (например, 50 Гц и 60 Гц). Несмотря на свои преимущества, системы HVDC более дороги и менее надежны, чем обычные системы переменного тока.

В конце концов, Эдисон, Тесла и Вестингауз могут осуществить свои желания. Переменный ток и постоянный ток могут сосуществовать, и каждый служит определенной цели.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь вы должны хорошо понимать разницу между переменным и постоянным током. Переменный ток легче преобразовывать между уровнями напряжения, что делает передачу высокого напряжения более возможной. Напротив, постоянный ток присутствует почти во всей электронике. Вы должны знать, что они не очень хорошо сочетаются, и вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный, если вы хотите подключить большую часть электроники к розетке. С этим пониманием вы должны быть готовы заняться некоторыми более сложными схемами и концепциями, даже если они содержат переменный ток.

Взгляните на следующие учебные пособия, когда будете готовы глубже погрузиться в мир электроники:

и nbsp

Общие уровни постоянного напряжения |

Уровни постоянного напряжения:

0,7 В Номинальное падение напряжения на нормальном кремниевом диоде или аналогичном полупроводниковом переходе

0,8 В Напряжения от 0 до 0,8 В считаются логическим 0 на логических входах TTL IC

1.25V NiCd, NiMH номинальное напряжение аккумуляторной батареи

1.Номинальное напряжение 5V угольных и щелочных аккумуляторов

1,6 В Напряжение, которое вы обычно получаете от свежего щелочного элемента батареи

1,8 В Довольно часто используемое рабочее напряжение цифровых схем с очень низким напряжением (много ядер ЦП)

Номинальное напряжение 2В свинцово-кислотной батареи

2 В Напряжения от 2 В до 5 В считаются логической 1 на логических входах TTL IC.

Номинальное напряжение литиевой батареи 3 В

Рабочее напряжение логических цепей 3,3 В LVTTL

3.6 В Типичное напряжение, используемое для питания сотовых телефонов (от NiMH или литий-ионной аккумуляторной батареи)

Рабочее напряжение 4,5 В для многих небольших электронных устройств, питающихся от трех батарей

Рабочее напряжение логических цепей 5 В TTL

Рабочее напряжение 6 В для многих небольших электронных устройств, питающихся от четырех батарей

9В Напряжение обычно используемой батареи

10 В Нормальный предел управляющего напряжения в аналоговых системах управления 0-10 В и 1-10 В (регулирование освещенности и промышленное использование)

12V Номинальное напряжение автомобильного аккумулятора

13.8 В напряжение, которое вы ожидаете получить от автомобильного питания 12 В при работающем двигателе автомобиля (зарядка аккумулятора)

Аккумулятор для грузовых автомобилей 24 В.
24V Наиболее распространенное номинальное напряжение систем автоматизации, используемое для логических сигналов и питания токовой петли

Стандартное стандартное входное напряжение 24 В в приложениях для авионики и обороны

28 В Максимальное напряжение зарядки аккумулятора для аккумуляторной системы 24 В (например, аккумуляторов, питающих системы автоматизации).

Стандартное стандартное входное напряжение 28 В в приложениях для авионики и обороны

36V Напряжение аккумулятора используется в некоторых электрических гольф-карах, электросамокатах, электрических велосипедах, мощных аккумуляторных инструментах и ​​т. Д..

Напряжение 42,4 В должно быть меньше или равно 42,4 В пиковое / 60 В постоянного тока, чтобы соответствовать безопасным пределам и соответствовать SELV.

Опасное напряжение 42,4 В — это напряжение, превышающее пиковое 42,4 В или 60 В постоянного тока, существующее в цепи, которая не соответствует требованиям ни для цепи с ограничением тока, ни для цепи TNV. (IEC 60950)

48V Резервное питание от батареи Напряжение -48V используется в телекоммуникационных системах для питания телефонных станций и другого телекоммуникационного оборудования. Нормальный диапазон рабочего напряжения для номинального источника питания -48 В постоянного тока на интерфейсе «A» должен составлять от -40,5 В до -57,0 В постоянного тока в соответствии с ETSI EN 300 132-2

.

48 В В некоторых центрах обработки данных для питания серверов используется 48 В постоянного тока (легкое резервное питание)

Фантомное питание 48 В для микрофонов в аудиомикшерах чаще всего использует фантомное питание +48 В
48 В в некоторых системах автоматизации используется питание + 48 В для оборудования и ввода / вывода (распределение электроэнергии)

50 В Работа с цепями или аппаратами под напряжением ниже этого напряжения не требует «оценки опасностей / рисков.”NFPA 7OE

Напряжение 60 В должно быть меньше или равно 42,4 В пиковое / 60 В постоянного тока, чтобы соответствовать безопасным пределам и соответствовать БСНН.

Опасное напряжение 60 В — это напряжение, превышающее 42,4 В пикового или 60 В постоянного тока, существующее в цепи, которая не соответствует требованиям ни для цепи ограниченного тока, ни для цепи TNV. (IEC 60950)

Стандартное входное напряжение 72 В для шин

Директива по низковольтному оборудованию 75 В действует для напряжений в диапазоне от 50 до 1000 вольт переменного тока. или от 75 до 1500 вольт d.в

110V Используется для автоматизации управления распределением электроэнергии в качестве напряжения ввода-вывода и для исполнительных механизмов на распределительных станциях высокого напряжения.

Стандартное входное напряжение 110 В для шин

120 В Верхний предел сверхнизкого напряжения составляет 120 В постоянного тока без пульсаций.

125 В Обычно используемое напряжение тестирования сопротивления изоляции, используемое для тестирования низковольтной проводки, когда испытательное напряжение 250 В является слишком большим.

160 В Наибольшее напряжение постоянного тока, охватываемое телефонной / телекоммуникационной отраслью / ITE, составляет 160 В (ANSI T1.311)

169 В Пиковое напряжение в сети 120 В переменного тока составляет около 169 В, это напряжение можно обойти, если выпрямить и отфильтровать сетевое питание 120 В

220V Используется для автоматизации управления распределением электроэнергии в качестве напряжения ввода-вывода и для исполнительных механизмов на высоковольтных распределительных станциях.

250V Обычно используемое напряжение для проверки сопротивления изоляции. Испытания цепей SELV и PELV проводятся при 250 В.

Стандартное входное напряжение 270 В в приложениях для авионики и обороны

324 В Пиковое напряжение сети 230 В переменного тока составляет около 324 В, это напряжение можно обойти, если выпрямить и отфильтровать сетевое питание 230 В

Напряжение питания 380 В постоянного тока для питания постоянного тока, используемое в некоторых центрах обработки данных.Emerge Alliance использует эту систему на 380 В.

500 В Обычно используемое напряжение для проверки сопротивления изоляции. Испытания изоляции при нормальной сетевой проводке (230 В) обычно проводятся с испытательным напряжением 500 В. Минимальное ожидаемое сопротивление изоляции в цепи питания составляет 0,5 МОм. Также необходимо провести испытание между цепями SELV и PELV и токоведущими проводниками других цепей при напряжении 500 В.

Напряжение питания 575 В постоянного тока для питания постоянного тока, используемое в некоторых центрах обработки данных

Напряжение 600 В, используемое в локомотивных системах с приводом от третьего рельса и воздушных линиях для старых трамваев

Напряжение 750 В, используемое для питания поездов в метро Хельсинки (питание третьего рельса), а также в современных трамвайных системах

1000 В Обычно используемое напряжение проверки сопротивления изоляции для цепей, работающих от 500 В до 1000 В.

Директива по низковольтному оборудованию 1500 В действует для напряжений в диапазоне от 50 до 1000 вольт переменного тока. или от 75 до 1500 вольт постоянного тока

2500 В Обычно используемое напряжение для проверки сопротивления изоляции

3250 В Используйте испытательное напряжение 2300 В или 3250 В постоянного тока для испытания на диэлектрическую прочность двойной изоляции

5000 В Обычно используемое напряжение проверки сопротивления изоляции при проверке высоковольтной проводки

Разница между напряжением переменного и постоянного тока (со сравнительной таблицей)

Основное различие между переменным и постоянным напряжением состоит в том, что в переменном напряжении полярность волны меняется со временем, в то время как полярность постоянного напряжения всегда остается неизменной.Другие различия между напряжением переменного и постоянного тока показаны ниже в сравнительной таблице.

Содержание: напряжение переменного тока и напряжение постоянного тока

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	Напряжение переменного тока	Напряжение постоянного тока
Определение	Напряжение переменного тока — это сила, которая порождает переменный ток между двумя точками.	Постоянное напряжение индуцирует постоянный ток между двумя точками.
Символическое представление
Частота	Зависит от страны.	Ноль
Коэффициент мощности	В пределах от 0 до 1.	0
Полярность	Изменения	Остается постоянным
Направление	Различное	Осталось прежним
Получено от генератора		Элемент или батарея
КПД	Высокая	Низкая
Пассивный параметр	Импеданс	Сопротивление
Амплитуда	Есть	Нет
Преобразование	С помощью инвертора.	Используя выпрямитель.
Трансформатор	Требуется для передачи.	Не требуется.
Фаза и нейтраль	Есть	Нет
Преимущества	Простота измерения.	Легко усилить

Определение переменного напряжения

Напряжение, вызывающее переменный ток, называется напряжением переменного тока. Переменный ток индуцируется в катушке, когда проводник с током вращается в магнитном поле.Проводник при вращении разрезает магнитный поток, и изменение потока индуцирует в проводнике переменное напряжение.

Определение напряжения постоянного тока

Постоянное напряжение индуцирует постоянный ток. Волны только в одном направлении, а величина напряжения всегда остается постоянной. Генерация постоянного напряжения довольно проста и легка. Напряжение индуцируется вращением катушки в поле магнита. Катушка состоит из разъемного кольца и коммутатора, преобразующего переменное напряжение в постоянное.

Ключевые различия между напряжением переменного и постоянного тока

1. Напряжение, вызывающее переменный ток, называется переменным напряжением. Постоянное напряжение производит постоянный ток.
2. Частота переменного напряжения зависит от страны (чаще всего используются 50 и 60 Гц). Тогда как частота постоянного напряжения становится равной нулю.
3. Коэффициент мощности для переменного напряжения находится в пределах от 0 до 1. А коэффициент мощности для постоянного напряжения всегда остается 1.
4. Полярность переменного напряжения всегда меняется со временем, а полярность постоянного напряжения всегда остается постоянной.
5. Напряжение переменного тока является однонаправленным, а напряжение постоянного тока — двунаправленным.
6. Генератор вырабатывает переменное напряжение, а постоянное напряжение получается от элемента или батареи.
7. Эффективность переменного напряжения высока по сравнению с постоянным напряжением.
8. Импеданс — это пассивный параметр переменного напряжения, а для постоянного тока — сопротивление. Импеданс означает сопротивление, оказываемое напряжением потоку тока.
9. Напряжение переменного тока имеет амплитуду, а напряжение постоянного тока не имеет амплитуды.Термин «амплитуда» означает максимальное расстояние, которое преодолевает колебание и колеблющееся тело.
10. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный. А выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный.
11. Трансформатор необходим для передачи переменного тока, но не используется для передачи постоянного тока.
12. Напряжение переменного тока имеет фазу и нейтраль, тогда как для постоянного напряжения не требуется ни фазы, ни нейтрали.
13. Главное преимущество переменного напряжения в том, что его легко измерить.Преимущество постоянного напряжения в том, что напряжение легко усиливается. Усиление — это процесс увеличения силы сигнала.

Связь между напряжением переменного и постоянного тока

Вольт переменного тока Χ 1,414 = Вольт постоянного тока

В чем разница между питанием переменного и постоянного тока?

Электричество В чем разница между питанием переменного и постоянного тока?

19.03.2020 | Обновлено 27.04.2021Автор / Редактор: Люк Джеймс / Erika Granath

Электроэнергия бывает двух видов — переменного тока (AC) и постоянного тока (DC). Оба они необходимы для функционирования нашей электроники, но знаете ли вы разницу между ними и то, к чему они относятся?

Связанные компании

И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи. В постоянном токе (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении.Напротив, электрический заряд переменного тока периодически меняет направление.

(Источник: Unsplash)

Что такое переменный ток?

Мощность переменного тока (AC) — это стандартное электричество, которое выходит из электрических розеток и определяется как поток заряда, который демонстрирует периодическое изменение направления.

Поток переменного тока изменяется с положительного на отрицательный из-за электронов — электрические токи исходят от потока этих электронов, который может двигаться в положительном (вверх) или отрицательном (вниз) направлении.Это известно как синусоидальная волна переменного тока, и эта волна возникает, когда генераторы переменного тока на электростанциях создают мощность переменного тока.

Основной доклад на PCIM Digital Days 2021

Не пропустите ключевой доклад «HVDC Grid Challenges Locks and Opportunities» от Седдика Бача, научного директора программы, SuperGrid Institute, на PCIM Digital Days с 3 по 7 мая 2021 года.

Откройте для себя вся программа!

Генераторы переменного тока вырабатывают переменный ток путем вращения проволочной петли внутри магнитного поля.Волны переменного тока образуются, когда провод движется в области с разной магнитной полярностью — например, ток меняет направление, когда провод вращается от одного полюса магнитного поля к другому. Это волнообразное движение означает, что мощность переменного тока может распространяться дальше, чем мощность постоянного тока, что является огромным преимуществом, когда речь идет о доставке энергии потребителям через розетки.

Что такое питание постоянного тока?

Электропитание постоянного тока (DC), как можно понять из названия, представляет собой линейный электрический ток — он движется по прямой линии.

Постоянный ток может поступать из нескольких источников, включая батареи, солнечные элементы, топливные элементы и некоторые модифицированные генераторы переменного тока. Электропитание постоянного тока также может быть «получено» из переменного тока с помощью выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный.

Питание

постоянного тока гораздо более стабильно с точки зрения подачи напряжения, а это означает, что большая часть электроники полагается на него и использует источники питания постоянного тока, такие как батареи. Электронные устройства также могут преобразовывать мощность переменного тока из розеток в мощность постоянного тока с помощью выпрямителя, часто встроенного в источник питания устройства.Трансформатор также будет использоваться для повышения или понижения напряжения до уровня, подходящего для рассматриваемого устройства.

Однако не все электрические устройства используют питание постоянного тока. Многие устройства, особенно бытовые приборы, такие как лампы, стиральные машины и холодильники, используют переменный ток, который подается непосредственно из электросети через розетки.

Зачем нужны два разных типа питания?

Хотя многие современные электронные и электрические устройства предпочитают питание постоянного тока из-за его плавного потока и равномерного напряжения, мы не могли бы обойтись без переменного тока.Оба типа власти важны; один не «лучше» другого.

Фактически, AC доминирует на рынке электроэнергии; все электрические розетки подают питание в здания в виде переменного тока, даже если может потребоваться немедленное преобразование тока в мощность постоянного тока. Это связано с тем, что постоянный ток не способен преодолевать такие же большие расстояния от электростанций до зданий, как переменный ток. Также намного проще генерировать переменный ток, чем постоянный, из-за того, как работают генераторы, и система в целом дешевле в эксплуатации — с переменным током мощность может легко передаваться по национальным сетям через мили и мили проводов и опор.

DC в первую очередь вступает в игру, когда устройству необходимо сохранять энергию в батареях для будущего использования. Смартфоны, ноутбуки, портативные генераторы, фонарики, системы наружных камер видеонаблюдения… вы называете это, все, что работает от батарей, требует хранения постоянного тока. Когда батареи заряжаются от сети, переменный ток преобразуется в постоянный ток выпрямителем и сохраняется в батарее.

Однако это не единственный используемый метод зарядки. Если вы когда-либо заряжали свой телефон с помощью блока питания, например, вы используете источник питания постоянного тока, а не переменного тока.В этих ситуациях источникам питания постоянного и постоянного тока может потребоваться изменить выходное напряжение (в данном случае, блок питания) для использования устройства (в данном случае телефона).

Следуйте за нами в LinkedIn

Вам понравилось читать эту статью? Тогда подпишитесь на нас в LinkedIn и будьте в курсе последних событий в отрасли, продуктов и приложений, инструментов и программного обеспечения, а также исследований и разработок.

Следуйте за нами здесь!

(ID: 46408650)

Как измерить постоянное напряжение с помощью мультиметра

1. Поверните шкалу на постоянное напряжение.Некоторые цифровые мультиметры (DMM) также включают милливольты постоянного тока. Если не уверены, что выбрать, начните с напряжения постоянного тока, которое работает с более высоким напряжением.
2. Сначала вставьте черный щуп в разъем COM.

Шаги для измерения постоянного напряжения цифровым мультиметром

3. Затем вставьте красные щупы в гнездо V Ω. Когда закончите, снимите щупы в обратном порядке: сначала красный, затем черный.
4. Подключите щупы к цепи: черный к контрольной точке отрицательной полярности (заземление цепи), красный к положительной контрольной точке.

Примечание: Большинство современных цифровых мультиметров автоматически определяют полярность. При измерении постоянного напряжения не критично, чтобы красный провод касался положительной клеммы, а черный — отрицательной. Просто узнайте, если щупы коснутся противоположных клемм, на дисплее появится отрицательный символ. В аналоговом мультиметре красные провода всегда должны касаться положительной клеммы, а черные — отрицательной. В противном случае произойдет повреждение счетчика.

5. Считайте результат измерения на дисплее.

Другие полезные функции при измерении постоянного напряжения.

6. Современные цифровые мультиметры по умолчанию используют автоматический выбор диапазона в зависимости от функции, выбранной на циферблате. Чтобы выбрать конкретный фиксированный диапазон измерения, нажмите кнопку RANGE несколько раз, пока не будет выбран желаемый диапазон. Если измеренное напряжение попадает в диапазон более низких значений милливольт постоянного тока, выполните следующие действия:
   • Отсоедините измерительные щупы.
   • Измените настройку шкалы на милливольты постоянного тока.
   • Снова подсоедините измерительные щупы и снимите показания.
7. Нажмите кнопку HOLD, чтобы зафиксировать стабильное измерение. Его можно просмотреть после завершения измерения.
8. Нажмите кнопку MIN / MAX, чтобы зафиксировать минимальное и максимальное значение. Цифровой мультиметр подает звуковой сигнал каждый раз, когда записывается новое показание.
9. Нажмите кнопку относительного (REL) или дельта (?), Чтобы установить цифровой мультиметр на определенное эталонное значение. Отображаются измерения выше и ниже эталонного значения.

Примечание: Избегайте этой распространенной ошибки технического специалиста: вставляет измерительные щупы в неправильные входные гнезда .При измерении постоянного напряжения обязательно вставьте красный щуп во входное гнездо, обозначенное V, а не A. На дисплее должен отображаться символ dcV . Установка измерительных щупов на входы A или mA и последующее измерение напряжения вызовет короткое замыкание в измерительной цепи.

Анализ измерения напряжения

• Измерения напряжения обычно выполняются, чтобы: а) установить, что напряжение существует в данной точке, и б) убедиться, что напряжение находится на надлежащем уровне.
• Напряжение переменного тока может варьироваться в широких пределах (от -10% до + 5% номинального значения источника питания) и не вызывает проблем в цепи.Тем не менее, с постоянным напряжением даже небольшие отклонения могут указывать на неисправность.
• Точная величина допустимого изменения постоянного напряжения зависит от приложения. См. Пример на диаграмме ниже .
• В некоторых приложениях постоянного тока большие колебания постоянного тока не только допустимы, но и преднамерены.
  • Пример: Скорость двигателей постоянного тока можно регулировать, изменяя количество подаваемого постоянного напряжения. В этом приложении измерение напряжения двигателя постоянного тока зависит от настройки регулятора напряжения.
• При снятии и сравнении измерений постоянного напряжения обращайтесь к спецификациям производителя для получения конкретных значений в цепи.

Как показано в таблице выше, полностью заряженный автомобильный аккумулятор, рассчитанный на 12 В, может иметь напряжение холостого хода от 11,9 В до 12,6 В (обычно 2,2 В на элемент).

• Измерение 11,9 В указывает на разряженную батарею.
• Значение 12,6 В указывает на то, что батарея заряжена на 100%. Промежуточные измерения показывают заряд менее 100%.
• Батарея с чуть более высоким показателем напряжения (от 3% до 5%) намного лучше, чем батарея с более низким показателем. Изменение постоянного напряжения ниже нормального номинального напряжения указывает на проблему.

Измерения переменного и постоянного напряжения

• В некоторых приложениях измерения постоянного напряжения могут выполняться в цепях, которые включают переменное напряжение.
• Чтобы обеспечить максимальную точность измерения постоянного напряжения, сначала измерьте и запишите переменное напряжение. Затем измерьте напряжение постоянного тока, выбрав диапазон напряжения постоянного тока (с помощью кнопки RANGE), который совпадает с диапазоном переменного напряжения или превышает его.
• Некоторые цифровые мультиметры могут одновременно измерять и отображать компоненты переменного и постоянного тока сигнала. Дисплей цифрового мультиметра может отображать результаты тремя способами (см. Иллюстрацию ниже):
  1. Часть сигнала переменного тока отображается на основном дисплее, а часть постоянного тока — на вспомогательном дисплее меньшего размера.
  2. Показания постоянного тока можно переключить на основной дисплей, в то время как переменный ток падает на вспомогательный (на большинстве цифровых мультиметров).
  3. Комбинированное значение переменного и постоянного тока — эквивалентное действующее значение сигнала.

Ссылка: Принципы цифрового мультиметра, автор Glen A.Мазур, американское техническое издательство.

Связанные ресурсы

Что такое постоянный или постоянный ток?

Что такое постоянный или постоянный ток?

DC означает постоянный ток, то есть электрический ток, протекающий в одном направлении.

В цепях постоянного тока ток идет в одном направлении, в отличие от переменного тока (AC), где ток меняет направление 50 или 60 раз в секунду в зависимости от частоты источника питания. По мере протекания постоянного тока электроны, составляющие электрический заряд, перетекают из точки с низким потенциалом в точку с высоким потенциалом.Они перемещаются от отрицательного вывода к положительному выводу, и результирующий ток имеет противоположное направление (от положительного к отрицательному).

График зависимости постоянного тока / напряжения от времени

Постоянный ток обычно используется в низковольтных устройствах, например в оборудовании с батарейным питанием. Когда требуется постоянный ток, а использование батареи неэкономично или требует постоянной зарядки, для преобразования переменного тока в постоянный используется источник питания. Это зарядит аккумулятор и используемое оборудование от сети до тех пор, пока аккумулятор не разрядится (т.е. мобильный телефон). Другой вариант — запитать схему напрямую от выпрямленного постоянного тока и использовать аккумулятор в качестве резервного источника питания, когда питание от сети переменного тока недоступно (например, в ноутбуке).

Источники питания варьируются от простых регуляторов с одним выходом до более регулируемых источников питания smps, способных обеспечивать несколько выходов, например, требуемых для питания компьютера. Допустимые напряжения и токи источника питания зависят от конструкции и используемых компонентов.Существует множество уровней постоянного напряжения, типичные значения: 1,2, 1,5, 3, 3,3, 3,6, 5, 6, 10, 12, 15, 18, 18,5, 19, 20, 24 и 48 В.

Идеальный источник постоянного тока должен обеспечивать постоянное напряжение и достаточный ток на протяжении всей работы оборудования. Однако такие источники, как батареи, имеют ограниченную емкость и могут эффективно питать оборудование только в течение определенного периода, определяемого номиналом батареи и нагрузки.

Чтобы поддерживать мощность на постоянном уровне, в большинстве оборудования используются аккумуляторные батареи, так что заряд можно регулярно пополнять.Зарядное устройство состоит из выпрямительной схемы, которая преобразует доступный переменный ток в подходящее постоянное напряжение.

Помимо изменения сетевого переменного тока на постоянный, большинство источников питания изменяют уровень напряжения. Большинство из них всегда будут снижать напряжение, поскольку большая часть электроники работает при гораздо меньших уровнях напряжения, но при более высоких токах. Большинство ноутбуков используют напряжение от 18 до 20 В постоянного тока и ток не менее 3 А. Следовательно, адаптер для ноутбука должен обеспечивать возможность понижения сетевого напряжения с 220 В или 120 В до примерно 20 В постоянного тока.

Источники постоянного тока

• Генераторы постоянного тока
• Аккумуляторы
Преобразователи постоянного тока
• , исправляющие переменный ток
• Солнечные батареи
• Термопары

Преимущества DC

• Большая часть оборудования более эффективна при прямом питании от постоянного тока
• Более эффективен, особенно когда провода питания не превышают 100 футов
• Снижение риска поражения электрическим током при напряжении ниже 48 В.

Недостатки DC

• Высокая стоимость при работе с сильноточными системами; я.е. кабели, предохранители, переключатели и другие компоненты большего размера, необходимые для приложений с высоким током и низким напряжением
• Труднодоступные приборы и оборудование постоянного тока
• Более высокая вероятность возникновения пожара, когда максимальные характеристики цепи и сечения проводов не строго соблюдаются

Приложения

Постоянный ток используется практически во всем электронном оборудовании, электромобилях, автоматике, управлении электрооборудованием и многом другом. Большая часть офисного и домашнего оборудования, такого как телевизоры, аудиосистемы, усилители, фонари, компьютеры, планшеты и смартфоны, для работы используют питание постоянного тока.Однако, поскольку повсеместно доступный источник питания является переменным током, оборудование использует внешний или внутренний источник питания для преобразования переменного тока электросети в требуемый постоянный ток для оборудования.

Постоянный ток — Энергетическое образование

Рис. 1: Анимация из моделирования ^[1] в программе PhET постоянного тока, который был значительно замедлен. См. Переменный ток для сравнения.

Постоянный ток (DC) — это электрический ток, который является однонаправленным, поэтому поток заряда всегда в одном и том же направлении. ^[2] В отличие от переменного тока направление и сила постоянного тока не меняются. Он используется во многих бытовых приборах и во всех устройствах, в которых используются батарейки. ^[3]

Недвижимость

Постоянный ток определяется постоянным потоком электронов (см. Рисунок 1) из области с высокой электронной плотностью в область с низкой электронной плотностью. В схемах, включающих батареи, это иллюстрируется постоянным потоком заряда от отрицательной клеммы батареи к положительной клемме батареи.Менять напряжение постоянного тока гораздо дороже и труднее, чем переменного, что делает его плохим выбором для передачи электроэнергии под высоким напряжением. Однако на очень большие расстояния передача HVDC может быть более эффективной, чем переменный ток ^[2] .

использует

Постоянный ток используется в любом электронном устройстве с батареей в качестве источника питания. Он также используется для зарядки аккумуляторов, поэтому перезаряжаемые устройства, такие как ноутбуки и сотовые телефоны, поставляются с адаптером переменного тока, который преобразует переменный ток в постоянный ^[2] .

Моделирование PhET

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующее моделирование PhET. Это моделирование можно использовать для изучения того, как работают постоянный и переменный ток.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Произошла ошибка: SQLSTATE [42000]: синтаксическая ошибка или нарушение прав доступа: 1064 У вас есть ошибка в синтаксисе SQL; проверьте руководство, соответствующее вашей версии сервера MySQL, чтобы найти правильный синтаксис рядом с ‘)’ в строке 1

.