Как ограничить ток в цепи постоянного тока: Напряжение, как его понизить и повысить

PIN-диоды для чайников. Часть 1 / Хабр

PIN-диод представляет собой полупроводниковую структуру, состоящую из сильнолегированных p⁺ и n⁺ областей и разделяющего их слаболегированного слоя – слоя собственной проводимости (intrinsic).   Благодаря наличию этого слоя, т.н. «базы», pin-диод является плохим выпрямителем и находит применение в СВЧ-технике. В данной статье рассмотрены аспекты использования pin-диодов в СВЧ-схемах для практических применений, то есть только необходимые разработчику данные, чтобы максимально точно выполнить проектирование. Статья  не претендует на сколько-либо научный труд, а является скорее справочником и сборником разрозненной информации о pin-диодах. Особое внимание уделено особенностям использования pin-диодов на высоком уровне СВЧ-мощности, таких как вопросы пробоя, влияния высокочастотного поля на режим работы диода и проблемы тепловыделения, которые являются ключевыми для разработчика мощных приборов.

Режимы работы pin-диода

Диод открыт

В этом состоянии через него протекает постоянный ток I_F, а внешнее воздействие называется прямым смещением.  Зная падение напряжения U_DC на диоде (~1 В), необходимо резистором ограничить ток в цепи смещения. Для такого включения диода положительный контакт источника должен быть подключен к аноду диода. В таком состоянии диод представляет собой постоянный резистор R_S (~1 Ом) для СВЧ тока. Существует зависимость R_S от величины I_F и она носит обратно пропорциональный характер, а наличие этой зависимости позволяет использовать диод как электрически управляемый аттенюатор. Область собственной проводимости заполнена носителями заряда, которые имеют некоторое конечное время жизни т. Важно, чтобы период колебаний СВЧ-поля был меньше этого времени, тогда высокочастотное поле не будет влиять на режим работы диода. Также в ряде случаев можно учесть паразитные емкости и индуктивности корпуса или просто индуктивности выводов L диода. Они могут быть либо измерены, либо предоставлены производителем.

Диод закрыт

К аноду приложено отрицательное напряжение, ток через диод не течет, за исключением тока утечки I_R (~мкА). Носители заряда в базе отсутствуют. Диод представляет собой плоскопараллельный конденсатор, обкладками которого являются p и n области, а диэлектриком – база. Для СВЧ-поля диод в таком состоянии является емкостью, то есть имеет большое реактивное сопротивление, уменьшающееся с ростом частоты и самого значения емкости:

Кроме того, параллельно емкости включен резистор R_P (~кОм), который определяет потери СВЧ-энергии. Иногда в литературе этот резистор рассматривают как включенный последовательно емкости, и тогда он имеет величину, примерно равную R_S.

При нулевом смещении на диоде в базе присутствует объемный заряд, который рассасывается при увеличении отрицательного напряжения. Тогда же и емкость стремится к своему конечному значению и после некоторого момента перестает зависеть от значения отрицательного напряжения. В зависимости от конструкции диода емкость может достигать «насыщения» как при единицах вольт отрицательного напряжения смещения, так и нескольких нескольких десятках вольт. В отличие от емкости, величина параллельного резистора увеличивается при увеличении обратного напряжения на диоде.

Основные параметры pin-диодов

Общие параметры

• Толщина базы W, мкм

• Паразитные параметры корпуса/выводов (обычно учитывают только индуктивность выводов L, нГн). В дальнейшем рассматриваться не будут, так как необходимы на этапе подробного компьютерного моделирования

• Тепловое сопротивление θ, °С/Вт. Определяет нагрев диода при выделении на нем мощности, как СВЧ, так и мощности цепей управления

• Максимальная температура кристалла диода

Для открытого состояния

• Последовательное сопротивление R_S, Ом

• Время жизни носителей заряда в базе τ (~нс). Зависит от толщины базы и концентрации носителей

Для закрытого состояния

• Емкость C, пФ. Типичные значения 0,01 – 1 пФ

• Максимальное обратное напряжение V_B – напряжение пробоя. Определяется типом полупроводника и толщиной базы

• Обратное сопротивление R_P, кОм

Частотные ограничения работы pin-диода

Открытое состояние

Модуляция режима работы диода СВЧ-волной в данном режиме отсутствует, при условии, что рабочая частота превышает критическую частоту, равную

Физически это означает, что носители заряда из-за своей инерционности просто не успевают реагировать на изменение СВЧ-поля. При этом и время жизни зарядов, и время переключения диода из одного состояния в другое превышают период волны. Иногда считают, что частота СВЧ-волны должна превышать величину 10/t.

 Закрытое состояние

 Для данного режима работы диода существуют две критических частоты: снизу

где r и e – параметры базы (релаксационная частота диэлектрика), а сверху – резонансной частотой емкости закрытого диода и индуктивности L выводов.

Тепловое ограничение работы pin-диода

Ключевым моментом работы диода в открытом состоянии является тепловыделение на нем. Мощность, которую необходимо рассеять, складывается из двух составляющих: постоянного тока цепи смещения P_DC = U_DC x I_F и потерь СВЧ-энергии из-за потерь на R_S (I²_RF x R_S). Второе для разных вариантов включения диода в СВЧ-схему рассчитывается по-разному. Эти две составляющие в сумме не должны превышать максимальной рассеиваемой мощности диода и допускать его перегрева. При работе в импульсном режиме необходимо создать такие условия, чтобы диод после прохождения импульса успел остыть за то время, когда импульса нет. Из всех широко применяемых полупроводников худшей теплопроводностью обладает арсенид галлия, поэтому вопрос теплоотвода является одним из ключевых при работе с ним.

Зная тепловое сопротивление диода, можно рассчитать его нагрев исходя из рассеиваемой на нем мощности. Данная температура не должна превышать максимальной для данного типа полупроводника или заданной производителем. Например, для кремния максимальная неразрушающая температура равна примерно 150°С, для карбида кремния – до 500°С. Рассчитана рабочая температура диода может быть так:

где T_A – температура окружающей среды или радиатора.

Иногда при работе диода в импульсном режиме используют понятие импульсного теплового сопротивления. Она может быть подставлена в формулу, приведенную выше. Эта характеристика должна быть предоставлена производителем и представлять собой семейство зависимостей θ от времени импульса при различных скважностях. Если такой характеристики нет, то для импульсного режима можно использоваться следующее выражение:

где t_ИМП – длительность импульса, t_ПЕР – период повторения импульса, t_ВР – временная температурная постоянная. Последняя может быть рассчитана как сумма температурных постоянных отдельных слоев (пьедестала, полупроводника, платы и т.п.):

где r – плотность материала, C – удельная теплоемкость (Дж/г×°С), K – теплопроводность (Вт/см×°С), l – толщина слоя, см.

продолжение следует. ..

Использованная литература

1. Microsemi corp. The PIN diode circuit designers’ handbook.

2. Skyworks solution inc. Design with PIN diodes.

3. О.Г.Вендик, М.Д.Парнес. Антенны с электрическим сканированием (Введение в теорию).

4. Г.С.Хижа, И.Б.Вендик, Е.А.Серебрякова. СВЧ фазовращатели и переключатели.

5. Г.Уотсон. СВЧ-полупроводниковые приборы и их применение.

6. А.В.Вайсблат. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых приборах.

7. СВЧ устройства на полупроводниковых диодах. Проектирование и расчет. Под редакцией И.В.Мальского и Б.В.Сестрорецкого.

8. R.Caverly and G.Hiller. Establishing the minimum reverse bias for a p-i-n diode in a high-power switch.

9. Н.Т.Бова, Ю.Г.Ефремов, В.В.Конин. Микроэлектронные устройства СВЧ.

10. MA-COM tech. Comparison of Gallium Arsenide and Silicon PIN diodes for High Speed Microwave Switches.

Диод. Часть 1 | Электроника для всех

Как то я не особо расписывал эту незатейливую детальку. Ну диод и диод. Система ниппель. Пропускает в одну сторону, не пропускает в другую, чего уж проще. В принципе да, но есть нюансы. О них, да немного о прикидочном выборе данной детальки и будет эта статья.

▌Клапан
В двух словах, в нашей канализационной электрике для сантехников диод это клапан. Вот типа вот такого:

И да, будет большим допущением считать, что клапан пропускает в одну сторону, а не пропускает в другую. На самом деле все несколько сложней. На самом деле у клапана же есть некая упругость пружины, так вот пока прямое давление не преодолеет эту пружину никакого потока не будет, даже в прямом направлении.

Для диода это справедливо в той же мере. Есть у диода такой параметр как падение напряжения. Оно для диодов Шоттки составляет около 0.2…0.4вольт, а для обычных диодов порядка 0.6…0.8 вольт.

Из этого знания следует три простых вывода.

1) Чтобы ток шел через диод напряжение на диоде должно быть выше его падения напряжения.

2) Какой бы ток через диод не шел, на нем всегда будет напряжение примерно равное его падению напряжения (собственно потому его таки зовут). Т.е. сопротивление диода нелинейно и падает с ростом тока.

3) Включая в цепь диод последовательно с нагрузкой, мы потеряем на нагрузке напряжение равное падению напряжения диода. Т.е. если вы в батарейное питание на 4.5 вольт для защиты от переполюсовки поставите диод, то потеряете от батареек 0.7 вольт, что довольно существенно. Ваше устройство перестанет работать гораздо раньше чем реально сядут батарейки. А батареи не будут высажены до конца. В этом случае лучше ставить диод Шоттки. У него падение ниже чем у простого (но есть свои приколы). А лучше вообще полевой транзистор.

До кучи пусть будет еще и график:

Это вольт-амперная характеристика диода. По которой наглядно видно, что открывается он примерно от 0.7 вольт. До этого ток практически нулевой. А потом растет по параболе вверх с ростом напряжения. У резистора ВАХ была бы прямолинейной в прямом соответствии с законом Ома. А в обратку диод не то чтобы не пропускает, но ток там совсем незначительный, доли миллиампера. Но после определенного напряжения диод резко пробивает и он начинает открываться, падение напряжения устанавливается где-то на уровне предела по обратному напряжению, а после и вовсе сгорает. Ведь рост тока, да большое падение напряжения на диоде означают большие тепловые потери (P=U*I). А диод на них не рассчитан. Вот и сгорает обычно он после пробоя. Но если ограничить ток или время воздействия, чтобы тепловая мощность не превышала расчетную, то электрический пробой является обратимым. Но это касается только обычных диодов, не Шоттки. Тех пробивает сразу и окончательно.

А вот и реальная характеристика диода Vishay 1N4001

Прямая ВАХ, показан один квадрант, рабочий. Начинается гдето с 0.6 вольт. При этом ток там мизерный. А дальше, с ростом напряжения, диод начинает резко открываться. На 0.8 вольтах ток уже 0. 2А, на 1 вольте уже под 2.5А и так далее, пока не сгорит 🙂

Вот вам и ответ на вопрос почему нельзя светодиоды втыкать последовательно на источник напряжения без токоограничения. Вроде бы падения скомпенсированы, ну что им будет то? А малейшее изменение напряжения вызывает резкое изменение тока. А источники питания никогда не бывают идеальными и разброс по питанию там присутствует всегда. В том числе и от температуры и нагрузки.

И обратная ВАХ, напряжение в процентах от максимального (т.к. даташит на все семейство диодов, от 4001 до 4007 и у них разное обратное напряжение). Тут токи уже в микроамперах и ощутимо зависят от температуры.

▌Выбор диодов. Быстрые прикидки.
В первом приближении у диода нам интересные три параметра — обратное напряжение, предельный ток и падение напряжения.

Т.е. если вы делаете выпрямитель в сетевое устройство, то диод вам хорошо бы вольт на 400, а лучше на 600 пробивного обратного напряжения. Чтобы с хорошим запасом было.

С предельным током все тоже просто. Он должен быть не меньше, чем через него потечет. Лучше чтобы был запас процентов в 30.

Ну, а падение обычно нужно учитывать для малых напряжений, батарейного питания.

Открываем даташит на … пусть это будет 1N4007 (обычный рядовой диод) и ищем искомые параметры. И сразу же видим искомое, табличку предельных значений Maximum Rating или как то так:

I_F(AV) прямой ток. Обозначается всегда как то так. Тут 1А. Предельный ток который этот диод тащит и не дохнет. Импульсно он протаскивает до 30А в течении 8.3мс (I_FSM), скажем заряд конденсаторов через себя переживет.

Предельное обратное напряжение определяется параметрами:
V_RRM — повторяющееся пиковое значение.
V_RMS — действующее значение синусоидального переменного напряжения. На западе принято называть его среднеквадратичным. У нас постепенно тоже приходят к такому обозначению.
V_DC — и просто обратное постоянное напряжение.

Ну, а падение смотрим по графикам в том же даташите под конкретный ток.

Есть еще диоды Шоттки, у них меньше внутренняя емкость и поэтому они во первых гораздо быстрей закрываются, что важно для импульсных преобразователей, работающих на большой частоте. А во вторых, имеют втрое ниже падение напряжение. Но, у них мало обратное пробивное напряжение. Классический диод Шоттки выглядит по даташитам примерно так:

Это 1N5819 стоящий в Pinboard II в преобразователе:

Падение напряжения можно измерить мультиметром, в режиме проверки диодов.

Он показывает падение в вольтах. И это падение обязательно надо учитывать, особенно в слаботочных цепях. Например, развязываете вы диодом какой-нибудь вывод микроконтроллера, с уходящим от него сигналом. Например, чтобы при подключении устройства в контроллер не потекло чего лишнего.

А сам контроллер (МК) должен подавать в устройство ХЗ логическую единицу. И, скажем, дает ее как 3.3 вольта. А если падение диода 0.6 вольт и у вас до Х.З. дойдет не 3.3 вольта, а меньше. А тут возникает вопрос, а воспримет ли Х.З. это как логическую единицу? Корректно ли это будет? Ну и, соответственно, решать проблемы если нет.

Светодиодов все это касается в той же мере. Только у них падение напряжения гораздо выше и зависит от цвета. Также, если хотите правильно вычислить ограничение резистора для светодиода, то измеряете его падение напряжения. Вычитаете из питания падение напряжения светодиода (или светодиодной цепи), а потом по полученному напряжению считаете по закону Ома сопротивление.

Например, имеем светодиод на с падением в 3 вольта. Его номинальный ток 10мА, а источник питания у нас 5 вольт. Итак, 5-3 = 2 вольта. Теперь на эти два вольта надо подобрать резистор, чтобы ток был 10мА. 2 / 0,01=200 ом.

Особенно важно правильно подбирать сопротивления для фонарей разных оптронов и прочих оптических датчиков. Иначе характеристики не предсказуемые.

Поэтому, кстати, нельзя включать светодиоды параллельно с общим токоограничивающим резистором. Т.к. диоды имеют разброс по характеристикам, даже если они из одной партии. А из-за малейшего отличия от соседей разница тока через один диод может быть весьма существенная. В результате один из диодов будет работать с перекалом, перегреется и сгорит. Токоограничивающий резистор ставят на каждый диод.

Во второй части этой статьи, которая уже написана, будет более детально расписаны остальные параметры и почему они образуются, исходя из полупроводниковой конструкции диода. А я пока картинки нарисую…

CPU 221 Монтаж и монтажные размеры 6ES7211-0AA23-0XB0

Оборудование S7-200 спроектировано так, чтобы его легко было устанавливать. Вы можете использовать монтажные отверстия, чтобы прикрепить модули к панели, или встроенные защелки, чтобы установить модули на стандартную (DIN) профильную шину. Малый размер S7-200 позволяет эффективно использовать пространство.

Эта глава дает указания по монтажу и подключению системы S7-200.

УКАЗАНИЯ ПО МОНТАЖУ УСТРОЙСТВ S7–200

Вы можете монтировать S7-200 либо в щите управления, либо на стандартной профильной шине. Вы можете монтировать S7-200 горизонтально или вертикально.

Общее правило размещения устройств в вашей системе состоит в том, что устройства, генерирующие высокое напряжение или сильные электрические помехи, следует держать вдали от таких низковольтных электронных устройств, как S7–200.

При проектировании размещения S7–200 внутри щита управления обращайте внимание на тепловыделяющие устройства и размещайте электронные устройства в более прохладных местах своего распределительного шкафа. Эксплуатация любого электронного устройства в среде с высокими температурами сокращает интервал времени до выхода из строя.

Обратите также внимание на прокладку проводов для устройств в щите управления. Избегайте размещения проводов с низковольтными сигналами и кабелей связи в одном кабельном канале с питающими линиями переменного тока и быстро переключаемыми линиями постоянного тока.

Оставляйте достаточный зазор для охлаждения и подключения проводов

Устройства S7–200 рассчитаны на естественное конвекционное охлаждение. Для надлежащего охлаждения вы должны обеспечить зазоры величиной не менее 25 мм выше и ниже модулей. Кроме того, позаботьтесь о минимальной монтажной глубине 75 мм.

При планировании компоновки для системы S7–200 оставляйте достаточный зазор для присоединения проводов и коммуникационных кабелей. Для придания дополнительной гибкости компоновке вашей системы S7–200 используйте кабели со штекерными разъемами.

Баланс мощностей

Все CPU S7–200 имеют внутренний источник питания, который обеспечивает энергией CPU, модули расширения и другие потребности пользователя в электроэнергии напряжением 24 В постоянного тока. CPU S7–200 поставляет напряжение 5В постоянного  тока для всех расширений в вашей системе. Обращайте особое внимание на то, чтобы CPU в конфигурации вашей системы мог поставлять напряжение 5 В для модулей расширения. Если ваша конфигурация требует больше мощности, чем может поставить CPU, вы должны удалить один модуль или выбрать CPU большей мощности. В Приложении A вы найдете информацию об источнике питания 5 В постоянного тока вашего CPU S7–200 и потребностях в мощности 5 В постоянного тока модулей расширения. С помощью информации, находящейся в Приложении B Системного Мануала S7-200, вы можете рассчитать, какую мощность (или ток) может поставлять CPU для вашей конфигурации.

Все CPU 221 S7–200 имеют также в своем распоряжении источник питания датчиков 24 В постоянного тока, который поставляет 24 В постоянного тока для входов, для питания катушек реле на модулях расширения и других потребителей. Если ваши потребности в мощности превышают возможности источника питания датчиков, то вы должны подключить к своей системе внешний источник питания 24 В постоянного тока. В Приложении A вы найдете баланс мощностей для источника питания 24 В постоянного тока для своего конкретного CPU S7–200.

Если вам нужен внешний источник питания 24 В постоянного тока, то вы должны обратить внимание на то, чтобы этот источник питания не был подключен параллельно с источником питания датчиков CPU S7–200. Наилучшей помехоустойчивости вы достигнете, если соедините провода (M) соответствующих источников питания друг с другом.

МОНТАЖ И ДЕМОНТАЖ МОДУЛЕЙ S7–200

S7–200 может быть легко смонтирован на стандартной профильной шине или в щите управления.

Предпосылки

Перед установкой или снятием электрического устройства вы должны обеспечить, чтобы блок питания этого устройства был выключен. Обратите внимание, кроме того, на то, чтобы и все подключенное оборудование было выключено.

При монтаже или замене устройства S7–200 всегда обращайте внимание на то, чтобы применялся правильный модуль или устройство.

Монтажные размеры

CPU S7–200 и модули расширения имеют монтажные отверстия для упрощения монтажа в щитах управления. Монтажные размеры вы найдете на рисунке ниже.

Монтаж CPU или модуля расширения

Монтаж S7–200 очень прост! Просто выполните следующие шаги.

Монтаж CPU в щите управления

1. Проделайте отверстия (М4) в соответствии с размерами, указанным на рисунке выше.
2. Закрепите модуль или модули в щите управления соответствующими винтами.
3. Если вы используете модуль расширения, подключите плоский кабель модуля расширения к порту расширения под передней дверцей.

Монтаж на стандартной профильной шине

1. Привинтите профильную шину к монтажной панели через каждые 75 мм.
2. Откройте стандартную (DIN) защелку (на нижней стороне модуля) и навесьте модуль задней стороной на профильную шину.
3. Если вы используете модуль расширения, подключите плоский кабель модуля расширения к порту расширения под передней дверцей.
4. Поверните модуль вниз по направлению к профильной шине и закройте защелку. Тщательно проверьте, что защелка правильно защелкнулась, и модуль надежно закреплен на шине. Во избежание повреждения модуля нажимайте на отверстие, а не непосредственно на переднюю стенку модуля.

Демонтаж CPU или модуля расширения

Для демонтажа CPU S7–200 или модуля расширения действуйте следующим образом:

1. Выключите источник питания S7–200.
2. Отсоедините от устройства все провода и кабели. Это облегчается тем, что большинство CPU S7–200 и модулей расширения имеют съемные клеммные блоки.
3. Если к демонтируемому устройству присоединены модули расширения, то откройте переднюю дверцу и отсоедините плоский кабель соседнего модуля расширения.
4. Отверните монтажные винты или откройте стандартную защелку.
5. Снимите модуль с шины.

Демонтаж и обратная установка клеммного блока

Большинство модулей S7–200 снабжены штепсельными разъемами, которые облегчают монтаж и демонтаж модуля. Обратитесь к Приложению A, Системного Мануала S7-200 чтобы узнать, снабжен ли ваш модуль S7–200 съемным клеммным блоком. Для модулей, у которых нет штепсельных разъемов, вы можете заказать съемные клеммные блоки. Номера для заказа вы найдете в Приложении E Системного Мануала S7-200.

Демонтаж клеммного блока

1. Откройте переднюю дверцу, чтобы получить доступ к клеммному блоку.
2. Вставьте небольшую отвертку в углубление в середине клеммного блока.
3. Снимите клеммный блок, отжимая его отверткой от корпуса S7–200. См. рис. ниже.

Обратная установка клеммного блока

1. Откройте переднюю дверцу.
2. Выровняйте клеммный блок с помощью штифтов на устройстве, а также проводку клеммного блока по краю основания блока.
3. Сильно надавите клеммный блок вращательным движением вниз, пока он не защелкнется. Тщательно проверьте, правильно ли клеммный блок выровнен и прочно ли он закреплен.

УКАЗАНИЯ ПО ЗАЗЕМЛЕНИЮ И ПОДКЛЮЧЕНИЮ

Надлежащее заземление и подключение всех электрических устройств важно для оптимальной работы вашей системы и для обеспечения дополнительной помехоустойчивости вашего приложения и S7–200.

Предпосылки

Перед заземлением или подключением электрического устройства обеспечьте отключение питающего напряжения этого устройства. Обратите также внимание на то, чтобы и все присоединенные устройства были выключены.

При подключении S7–200 и всего присоединенного к нему оборудования обеспечьте выполнение всех действующих обязательных стандартов. При монтаже и эксплуатации оборудования учитывайте соответствующие национальные и региональные предписания. Узнайте у местных властей, каким стандартам и предписаниям необходимо следовать в вашем конкретном случае.

При проектировании заземления и подключения вашей системы S7–200 всегда учитывайте требования безопасности. Электронные устройства управления, подобные S7–200, могут выйти из строя и вызвать неожиданное поведение управляемого и контролируемого оборудования. Поэтому для защиты персонала и имущества вам следует реализовать меры безопасности, не зависящие от S7–200.

Указания по разделению потенциалов

Граничные значения источника питания переменного тока и граничные значения входов/ выходов цепей переменного тока у S7–200 имеют номинальное значение 1500 В. Эти границы для разделения потенциалов были проверены и обеспечивают надежную электрическую развязку между линиями переменного тока и цепями низкого напряжения.

Все цепи низкого напряжения, подключенные к S7–200, например, снабжение напряжением 24 В, должны получать питание от проверенного источника, обеспечивающего надежную потенциальную развязку с линией переменного тока и другими высокими напряжениями. Такие источники имеют двойную изоляцию в соответствии с международными стандартами электробезопасности и выходы, соответствующие стандартам с обозначением SELV, PELV, Class 2 или Limited Power [Ограничение мощности].

Указания по заземлению S7–200

Заземление вашего приложения будет наилучшим, если все общие клеммы и все клеммы заземления вашего S7–200 и всех подключенных устройств присоединены к земле в одной точке. Эта точка должна быть непосредственно соединена с системной землей. Для достижения оптимальной помехоустойчивости рекомендуется, чтобы все общие обратные цепи постоянного тока были присоединены к земле в одной точке. Соедините общую клемму (M) источника питания датчиков 24 В постоянного тока с землей. Все заземляющие провода должны быть возможно более короткими и иметь большое

поперечное сечение, напр., 2 мм2 (14 AWG).

При выборе точек заземления учитывайте соответствующие предписания по технике безопасности и обеспечивайте надлежащее функционирование защитных устройств, осуществляющих разрыв цепей тока.

Указания по подключению S7–200

При проектировании электропроводки для вашего S7–200 предусмотрите единое разъединяющее устройство, которое одновременно отключает напряжение источника питания CPU S7–200 и напряжение всех входных и выходных цепей. Предусмотрите защиту от перегрузки, например, с помощью плавкого предохранителя или защитного выключателя, чтобы ограничить аварийный ток в питающих проводах. Вы можете реализовать дополнительную защиту с помощью предохранителя или других ограничителей тока в отдельных выходных цепях.

Снабдите все провода, которые подвергаются опасности удара молнии, надлежащей защитой от перенапряжений.

Избегайте размещать линии сигналов низкого напряжения и кабели связи в одном кабельном канале с питающими линиями переменного тока и быстро переключаемыми линиями постоянного тока. Провода следует прокладывать парами: нейтральный или нулевой провод вместе с фазовым или сигнальным проводом.

Прокладывайте провода по возможно более короткому пути и обращайте внимание на то, чтобы поперечное сечение провода соответствовало требуемому току. Клеммный блок можно присоединять проводами с поперечным сечением от 2 мм2 до 0,3 мм2 (14 AWG − 22 AWG). Для оптимальной защиты от электрических помех используйте экранированные провода. Как правило, наилучшие результаты достигаются при заземлении экрана на S7–200.

При подключении входной цепи, получающей питание от внешнего источника, включайте в эту цепь защиту от перегрузки. Для цепей, получающих питание от источника питания датчиков напряжением 24 В постоянного тока из S7–200, внешняя защита не нужна, так как источник питания датчиков уже имеет ограничитель тока.

Большинство модулей S7–200 имеют съемные клеммные блоки для подключения пользовательской проводки. (В Приложении A вы узнаете, есть ли у вашего модуля съемный клеммный блок.) Во избежание обрыва соединений обратите внимание на то, чтобы клеммный блок был надежно закреплен и провода были прочно присоединены к клеммному блоку. Во избежание повреждения клеммного блока не заворачивайте винты слишком сильно. Для винтов клеммного блока максимальный крутящий момент составляет 0,56 Нм.

S7–200 работает с границами разделения потенциалов, что препятствует возникновению нежелательных токов в вашей установке. При планировании электропроводки для вашей системы следует учитывать эти границы разделения потенциалов. Значения предоставляемой в распоряжение потенциальной развязки и расположение границ разделения потенциалов вы найдете в Приложении A. Границы разделения потенциалов с номинальным напряжением ниже 1500 В переменного тока не должны использоваться как единственные границы безопасности.

Указания для индуктивных нагрузок

Снабжайте индуктивные нагрузки защитными схемами, чтобы ограничить нарастание напряжения при отключении выхода устройства управления. Защитные схемы предотвращают преждевременный износ выходов, вызываемый большими индуктивными коммутационными токами. Кроме того, защитные схемы ограничивают величину электрических помех, возникающих при выключении индуктивных нагрузок.

Выходы постоянного тока имеют внутреннюю защиту, пригодную для большинства приложений. Так как реле могут использоваться для нагрузок как постоянного, так и переменного тока, то внутренняя защита отсутствует.

Ламповые нагрузки повреждают контакты реле из-за большого броска тока при включении. Этот бросок тока обычно в 10 – 15 раз превышает установившийся ток лампы с вольфрамовой нитью. Для ламповых нагрузок, которые очень часто включаются в течение срока службы приложения, рекомендуется использовать сменное промежуточное реле или ограничитель бросков тока.

Добавление гибкого ограничения тока

ВОПРОС:

Могу ли я легко и точно ограничить ток моей нагрузки?

Ответ:

Доступны ИС для ограничения тока.

В некоторых приложениях управления питанием требуется точное ограничение тока. Это необходимо либо для защиты источника энергии, например, если напряжение промежуточной цепи требует защиты от перегрузки, чтобы оно могло надежно снабжать энергией другие части системы, либо для защиты нагрузки, которая может вызвать повреждение из-за перегрузки по току в условиях неисправности.

В поисках подходящей точки постоянного тока регулятора нагрузки для удовлетворения этого требования на рынке было найдено очень мало преобразователей напряжения с регулируемым ограничением тока. Хотя регулируемый предел тока чаще встречается в конструкциях контроллеров с внешними переключателями питания, все интегрированные решения редко предлагают такую ​​функцию. Кроме того, регулируемые пределы тока часто не имеют очень высокой точности. Кроме того, ограничители тока в ИС преобразователя постоянного тока обычно ограничивают только ток катушки индуктивности, а не входной или выходной ток источника питания.Такой встроенный ограничитель тока предназначен для защиты «всего» самого импульсного регулятора от разрушения в случае неисправности. Предел тока превышает номинально указанный максимальный выходной ток и иногда имеет относительно низкую точность. Этого достаточно для защиты импульсного регулятора, но часто не достаточно для использования в качестве регулируемого ограничителя тока.

Гибкое решение этой проблемы – добавить регулируемый предел тока с помощью дополнительного компонента, такого как LTC7003.В зависимости от области применения может быть достигнута точность около 15%. LTC7003 – это драйвер статического переключателя N-канального MOSFET верхнего плеча. Благодаря регулируемому ограничению тока и функции контроля тока он идеально подходит для добавления ограничения тока к обычным преобразователям постоянного тока. На рисунке 2 показано использование ограничителя тока LTC7003 для контроля выходного тока ADP2370. ADP2370 – это понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный.

В общем, усилители считывания тока на стороне высокого напряжения также могут использоваться для измерения небольшого падения напряжения через резистор считывания тока в тракте питания. Они могут измерять токи с очень высокой точностью. Однако для большинства из них допустимая разница напряжений между двумя токоизмерительными соединениями очень мала. Когда такой общий усилитель считывания тока используется в источнике питания, в котором могут возникать короткие замыкания из-за нагрузки, напряжение на резисторе считывания может быстро выйти за пределы допустимого диапазона.В этом случае лучше использовать такое решение, как LTC7003, которое разрешено для использования в блоке питания. Здесь LTC7003 спроектирован таким образом, что на входах SENS допускается большая разница напряжений. LTC7003 также предлагает возможность прерывания тракта питания через дополнительный N-канальный полевой МОП-транзистор Q1 при достижении установленного порогового значения тока. На рисунке 3 показано решение LTC7003 с внешним N-канальным полевым МОП-транзистором для прерывания цепи питания при достижении установленного порогового значения тока.

Через выход I _MON подается напряжение, пропорциональное току, протекающему через измерительный резистор. Это напряжение относится к заземлению системы и соответствует напряжению на измерительном резисторе, умноженному на 20. Напряжение находится в диапазоне от 0 В до 1,5 В. Это напряжение может использоваться с дополнительным внешним операционным усилителем для подачи на цепь обратной связи импульсного регулятора.Таким образом, выходное напряжение преобразователя постоянного тока может быть уменьшено пропорционально уровню тока, измеряемого LTC7003. Этот вариант показан на рисунке 3 серым цветом.

Обладая интересными функциями, LTC7003 подходит для контроля, ограничения и отключения линий питания в различных системах.

Электрический ток, цепи постоянного тока – Phys111

«Наука без религии хрома, религия без наука слепа »
Альберт Эйнштейн

• Постоянный ток по сравнению с переменным током:


• DC означает постоянный ток.


• Постоянный ток течет непрерывно в том же направлении.
• Батарейки (AA, AAA, C, D и т. Д.) – простейшая форма постоянного тока. Текущий источник.
• Простая цепь постоянного тока состоит из источника тока (например, аккумулятор) и одна или несколько «нагрузок» (элементов схемы). Каждая «нагрузка» поглощает электрическую энергию, преобразовывая ее в другую форму энергии, например а лампочка излучает тепло и световую энергию, электродвигатель выполняет механическая работа и выделяет тепло.Каждую «нагрузку» можно представить в цепь постоянного тока характеристическим сопротивлением.




• переменного тока расшифровывается как «переменный ток».
• Переменный ток, как следует из названия, «меняет направление».
• В самом простом виде это переменное поведение может быть представлен синусоидальной (или косинусной) волной
• Электроэнергия на электростанциях вырабатывается переменного тока источники.
• Электрические розетки в домах и на предприятиях почти исключительно источники переменного тока.
• Теоретическое рассмотрение AC значительно больше труднее, чем ОКРУГ КОЛУМБИЯ. По этой причине в этом курсе мы ограничиваем наше обсуждение DC. схемы.


• Резисторы в цепях постоянного тока

Как указано выше, «нагрузки» в цепи могут быть представлены характерные сопротивления (резисторы). Эти резисторы могут быть соединены «последовательно», «параллельно» или их комбинация.
Резистор в цепи обозначен символом
Источник тока (батарея) обозначен символом


Последовательные резисторы.

При последовательном соединении резисторов проходит одинаковый ток. через каждый резистор. Разность потенциалов (напряжение) на каждый резистор обычно отличается; сумма потенциала различия в том, что п.о. батареи в цепи.

Насколько ток (и мощность), обеспечиваемый аккумулятором, В этом случае три резистора в приведенной выше схеме можно заменить на эквивалентное сопротивление , R _экв , определяемое по,

R _экв. = R ₁ + R ₂ + R ₃

Резисторы включены параллельно.

При параллельном включении резисторов разность потенциалов (напряжение) на каждом резисторе одинаковое. Текущий через каждый резистор обычно отличается; сумма токов будучи равным сети ток, обеспечиваемый аккумулятором.

Насколько ток (и мощность), обеспечиваемый аккумулятором, В этом случае три резистора в приведенной выше схеме можно заменить на эквивалентное сопротивление , R _экв , определяемое по формуле,




Комбинированные схемы.

В некоторых схемах резисторы включены в комбинации последовательные и параллельные. Например, в схеме ниже R ₁ и _{рандов 2} соединены параллельно друг с другом, как и R ₄ а также Р ₅ . Эквивалентное сопротивление каждого из этих двух параллельный комбинации затем соединяются последовательно с R ₃ .

Цепи прочие.

Есть некоторые цепи, которые нельзя преобразовать в серию и / или параллельные комбинации.Эти схемы могут иметь несколько батареи, несколько резисторов и несколько циклов, см. пример ниже. Их можно проанализировать к использование законов Кирхгофа, но это выходит за рамки данного курса.

«Физика – это не религия. Если бы это было так, у нас было бы много легче собрать деньги »
Леон Ледерман

Доктор К. Л. Дэвис
Физический факультет
Университет Луисвилля
электронная почта : [email protected]

Электронные схемы ограничителя тока

Добавление регулируемого предела тока к источнику постоянного / постоянного тока – 01.08.97 Идеи дизайна EDN Вы можете добавить простую двухтранзисторную схему к стандартному понижающему преобразователю постоянного / постоянного тока, чтобы обеспечить регулируемый предел для выходного тока . Вы можете применить этот метод к большинству понижающих преобразователей, которые предоставляют доступ к узлу обратной связи ___ Circuit Design Терри Миллуорд, Maxim Integrated Products UK Ltd, Theale, UK

Дополнительный ограничитель тока для цепей источника питания PS – U – Эта схема позволяет вам установить ограничение на максимальный выходной ток, доступный для вашего блока питания.Это очень полезно, когда вы впервые включаете проект или проводите тест на выдержку. Установив верхний предел тока, доступного от вашего блока питания, вы можете защитить как ваш источник питания, так и любое подключенное к нему устройство. Он предлагает простую и дешевую альтернативу источнику питания с ограничением тока. __ Дизайн Рона Дж.

добавляет к регулятору ограничение по току с фиксацией – 30/03/00 Идеи проектирования EDN Во многих приложениях принудительное отключение сильноточного источника питания при наличии устойчивой неисправности может минимизировать вероятность повреждения компьютера. следы платы и силовые устройства в блоке питания.Широтно-импульсная модуляция__ Дизайн схемы Крейг Варга, Linear Technology Corp, Милпитас, Калифорния

обеспечивает ограничение тока сбоя – 26.06.03 EDN-Design Ideas Защита по ограничению тока является важной функцией для систем электроснабжения. Существуют три основных типа механизмов защиты от ограничения тока: постоянный, кратковременный и икота. Ограничение тока икоты работает лучше всего из трех типов; __ Разработка схем: CH How и KP Basu, Мультимедийный университет, Сайберджая, Малайзия

добавляет ограничение тока к контроллеру V2 – 21.05.98 Идеи EDN-Design – (Файл содержит несколько схем, прокрутите вниз) Многие понижающие контроллеры удовлетворяют потребность в генерировании низких напряжений для Ps и логики.Чем ниже выходное напряжение, тем важнее создание системы с быстрым переходным откликом. Некоторые новые контроллеры используют архитектуру управления V2, которая обеспечивает несколько улучшений скорости по сравнению с .__. Дизайн схемы Димитри Годером, Switch Power Inc, Кэмпбелл, Калифорния

Current Limit защищает силовую шину – 12/12/97 Идеи EDN-Design Защищают силовую шину от короткого замыкания нагрузки в течение гарантированных 2 секунд Время отклика__ Дизайн схемы разработан Роном Ленком, Temic / Siliconix, Санта-Клара, Калифорния

обеспечивает большую байпасную емкость USB – 6 августа 2009 г. Идеи дизайна EDN Усилитель с измерением тока ограничивает пусковой ток __ Дизайн схемы Дэниел Моррис, Group IV Technology, Рентон, Вашингтон

Ограничитель тока выдает сигнал фиксации – 01.01.98 Идеи дизайна EDN Схема ограничения тока сигнализирует о состоянии фиксации и предотвращает разрушение КМОП-матрицы из-за перегрузки по току, вызванной фиксацией. ИС или группа ИС _____________________________________________________________________________________________ Разработка схем Хартмута Хенкеля, von Hoerner & Sulger GmbH, Шветцинген, Германия

– Цепи питания: Это блок питания с регулируемым напряжением на 1 А.Он регулируется примерно от 3 В до 24 В: и имеет дополнительную функцию, позволяющую ограничивать максимальный выходной ток. Это бесценно, когда (например) вы запускаете проект в первый раз или тестируете часть оборудования. __ Дизайн Рона Дж.

Блок питания с ограничением тока – это блок питания с регулируемым напряжением на 1 А. Он регулируется примерно от 3 В до 24 В: и имеет дополнительную функцию, позволяющую ограничивать максимальный выходной ток. Это бесценно, когда (например) вы включаете. __ Разработан Роном Дж.

Концевой выключатель тока программируется цифровым способом – 17.08.2001 Идеи дизайна EDN Концевые выключатели тока практически повсеместно используются в системах управления. Они обеспечивают безопасное средство регулирования тока, подаваемого в цепь нагрузки. Переключатели позволяют току нагрузки увеличиваться до запрограммированного предела, но не выше. Обычно ограничение тока является функцией напряжения на внешнем резисторе, создаваемого током от фиксированного источника, внутреннего по отношению к ИС переключателя. This__ Circuit Design Бадж Инг, Maxim Integrated Products, Саннивейл, Калифорния

упрощает использование источников питания через USB – примечания по конструкции DN252___ Linear Technology / Analog Devices

Ограничитель распределения – Эта схема поддерживает фиксированное напряжение на регуляторе напряжения, независимо от нагрузки или настройки напряжения.Он обеспечивает большую часть эффективности регулятора SCR и точность линейного. __ Дизайн Эндрю Р. Моррис

Ограничитель пускового тока останавливает скачки – 08/02/07 Идеи дизайна EDN Активная цепь и реле заменяют термистор с отрицательным температурным коэффициентом с потерями. Автономным источникам питания мощностью 200 Вт и более требуются ограничители пускового тока. Неограниченные пусковые токи могут достигать сотен ампер, что может привести к повреждению линейного выпрямителя, размыканию предохранителя и катушек индуктивности входного фильтра, а также к повреждению конденсаторов фильтра PFC (коррекции коэффициента мощности).В простом методе ограничения пускового тока используется термистор с отрицательным термическим коэффициентом (NTC), который подключается последовательно с линией питания. __ Схемотехника Григория Мирского

Ограничитель пускового тока останавливает скачки напряжения – 08/04/07 Идеи дизайна EDN Активная схема и реле заменяют термистор с отрицательным температурным коэффициентом с потерями __ Разработка схемы Грегори Мирски, Juno Lighting Group, ModuLight Division, Des Plaines, IL

L200 Power Supply – Источник питания с переменным напряжением и фиксированным регулированием тока, выполненный с помощью повсеместного регулятора L200C.__ Дизайн Энди Коллисон

принимает переменный или постоянный ток – 14.07.11 Идеи дизайна EDN Предотвращайте перегрузку светодиодов чрезмерным током. Драйверы светодиодов обладают множеством функций и требуют множества внешних компонентов. Когда ваше приложение не требует регулирования яркости с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) или работы с регулируемой частотой, ваша основная проблема может заключаться в том, что слишком большой ток может повредить или разрушить ваши светодиоды. В этом случае можно сделать простой светодиодный ограничитель тока из обычного линейного стабилизатора с малым падением напряжения.Схема на рисунке 1 представляет собой светодиодную лампочку для системы ландшафтного освещения. Пейзажное освещение обычно работает от 12 В переменного тока, а пиковое напряжение составляет примерно 17 В. Поскольку регулятор включен последовательно с цепочкой светодиодов, ток цепочки светодиодов равен выходному току регулятора. __ Схемотехника Роджера Грисволда

линеаризует характеристики предельного тока преобразователя постоянного тока в постоянный – 13.10.05 Идеи дизайна EDN Термистор повышает эффективность, устраняет резистор ___ Разработка схемы Джоном Гаем и Лэнсом Янгом, Maxim Integrated Products Inc, Саннивейл, Калифорния

Pira CZ Stereo Encoder для FM-вещания. Этот стереокодер находится на полпути между аналоговой и цифровой обработкой.Он сочетает в себе лучшее из обеих областей, чтобы предоставить высококачественное и простое в сборке устройство. Частота дискретизации, используемая в этом стереокодере, составляет 97 раз __ Jan Kolar

обеспечивает ограничение тока сбоя – 26.06.03 EDN-Design Ideas Защита от предельного тока является важной функцией для систем электроснабжения. Существуют три основных типа механизмов защиты от ограничения тока: постоянный, кратковременный и икота. Ограничение тока икоты работает лучше всего из трех типов; __ Разработка схем: CH How и KP Basu, Мультимедийный университет, Сайберджая, Малайзия

заменяет батарею фонаря – 12/11/03 Идеи дизайна EDN Эта дизайнерская идея описывает высокоинтенсивную перезаряжаемую систему фонаря, которую вы можете построить из фонаря фонарного типа на 6 В.Аккумуляторная батарея состоит из четырех элементов SLA (герметичные свинцово-кислотные) на 2 В, 2,5 А · ч (ампер-час), которые по размеру аналогичны стандартной батарее размера D. Элементы SLA особенно хорошо подходят для питания фонарей из-за их низкого уровня заряда. -скорость разряда__ Разработка схем Фрэн Хаффарт, Linear Technology, Милпитас, Калифорния

– Идея, лежащая в основе этого проекта, не нова. Инженеры и энтузиасты использовали его годами, поэтому он хорошо зарекомендовал себя. Также очень просто подключить лампочку 100Вт последовательно с питанием к комплекту.При напряжении 230 В лампе мощностью 100 Вт для полного освещения требуется около 400 мА. Следовательно, максимальный ток, который может протекать через неисправный комплект, составляет 400 мА. При таком токе практически все напряжение падает на лампу, а не на комплект __ Дизайн Пола Стеннинга

Простая схема и эффективный ограничитель пускового тока останавливает скачки – 08/02/07 EDN-Design Ideas Активная схема и реле заменяют термистор с отрицательным температурным коэффициентом с потерями. Автономным источникам питания мощностью 200 Вт и более требуются ограничители пускового тока.Неограниченные пусковые токи могут достигать сотен ампер, что может привести к повреждению линейного выпрямителя, размыканию предохранителя и катушек индуктивности входного фильтра, а также к повреждению конденсаторов фильтра PFC (коррекции коэффициента мощности). В простом методе ограничения пускового тока используется термистор с отрицательным термическим коэффициентом (NTC), который подключается последовательно с линией питания. __ Схемотехника Григория Мирского

Простая схема и эффективный ограничитель пускового тока останавливает скачки – 08/04/07 Идеи дизайна EDN Активная схема и реле заменяют термистор с отрицательным температурным коэффициентом с потерями __ Дизайн схемы Грегори Мирски, Juno Lighting Group, ModuLight Division, Des Plaines, IL

Простая схема ограничения тока для светодиодных фонарей – я модифицировал свой 3-белый светодиодный фонарик 3-AA, добавив лампы накаливания последовательно со светодиодами, чтобы сформировать «балласт», используя положительную характеристику сопротивления вольфрама в зависимости от температуры. простой источник тока.Я сделал это, чтобы увеличить время автономной работы (за счет начальной яркости) и увеличить срок службы светодиодов. Фонарик, который мне подарили, по всей видимости, принадлежит к раннему отряду С. Крейна. Как и в большинстве этих простых источников света, 3 светодиода подключены параллельно на крошечной круглой печатной плате и напрямую подключены к 3 щелочным элементам AA. __

В мягком ограничителе для генераторов используется вырожденная из эмиттера дифференциальная пара – 10/12/06 EDN-Design Ideas Схема с фазовым сдвигом плюс несколько активных компонентов обеспечивают низкий уровень искажений на выходе Большинство схем генераторов включают в себя нелинейное регулирование амплитуды, которое поддерживает колебания с желаемой амплитудой с минимальные выходные искажения.В одном из подходов амплитуда выходной синусоиды используется для управления сопротивлением элемента схемы, например, полевого транзистора, работающего в области характеристик триода. Другой метод управления использует схему ограничителя, которая допускает колебания __ Схема проектирования Дугласа Судджиана, Resonext Communications Inc, Сан-Хосе, Калифорния

Stereo Limiter – Схема ограничителя стереовещания для Ramsey. __

Опорное напряжение устанавливает ограничение по току – 19.11.98 Идеи EDN-Design ПРИМЕЧАНИЕ : Файл содержит несколько дизайнов.Прокрутите, чтобы найти это. Операционные усилители мощности действительно нуждаются в активном ограничении выходного тока. В большинстве конструкций усилителей мощности для включения внутреннего транзистора используется падение напряжения на измерительном резисторе, поставляемом пользователем. У этого метода есть несколько недостатков, в частности, невозможность изменить точку ограничения тока под управлением программы. Схема ограничения тока на Рисунке 1 позволяет вам установить заданное значение, подав напряжение на один из выводов усилителя .__ Дизайн схемы Джо Энгл, Burr-Brown Corp, Tucson, AZ

Как ограничить пусковой ток двигателя постоянного тока

Выбор ограничителя пускового тока для защиты двигателя постоянного тока

Итак, какое отношение ограничитель пускового тока имеет к пуску двигателя постоянного тока? Больше, чем вы думаете.Пусковой ток двигателя постоянного тока – это максимальный мгновенный входной ток, потребляемый двигателем постоянного тока при первом включении, и важно знать, как ограничить пусковой ток, чтобы предотвратить возможное повреждение двигателя.

Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую с помощью статора, который является статическим компонентом двигателя постоянного тока, и ротора, который вызывает механическое вращение двигателя.

используются во многих отраслях промышленности, таких как:

• Промышленное
• Медицинский
• Автомобильная промышленность
• Аэрокосмическая промышленность

Большие двигатели постоянного тока используются в конвейерах, лифтах и ​​подъемниках, а также в приводах сталепрокатных станов и в двигателях электромобилей.

Поскольку пусковой ток двигателя постоянного тока может в 2-3 раза превышать ток в установившемся режиме, использование ограничителей пускового тока для снижения пускового тока поможет продлить срок службы и эффективность двигателя постоянного тока.

Чтобы узнать больше о пусковом токе, посетите нашу страницу часто задаваемых вопросов

Найдите подходящий ограничитель пускового тока для своего двигателя постоянного тока за ТРИ простых шага .Этот процесс прост и понятен, используя приведенные ниже расчеты.

Расчеты Показанные основаны на двигателе постоянного тока мощностью 1 л.с. . Были сделаны также четыре других предположения.

Данные факты:

Допущения:

1. Входное напряжение: 24 В.
2. Пусковой ток: 3X установившийся ток.
3. Продолжительность броска: 200 мс.
4. Максимальный желаемый пусковой ток: Уменьшить пусковой ток на 50%

Этот расчет выполняется в три этапа, потому что перед продолжением необходимо преобразовать мощность в ватты.

Расчет пускового тока двигателя постоянного тока

Этот расчет выполняется для определения необходимой мощности.

• Энергия равна мгновенной входной мощности, умноженной на продолжительность броска тока.
• Мгновенная входная мощность равна входному напряжению, умноженному на пусковой ток.

Рассчитайте количество энергии броска, поглощаемой ICL

ШАГ ТРЕТИЙ: Расчет для определения минимального сопротивления при нулевой мощности

Этот расчет выполняется для определения минимального сопротивления, необходимого для предотвращения отказа двигателя из-за пускового тока постоянного тока. Цель: Снизить пусковой ток постоянного тока на 50%.

Расчет максимального желаемого тока

Ограничитель пускового тока для данного приложения пускового тока двигателя постоянного тока

Приведенные выше расчеты рекомендуют для этого приложения MS35 1R040 .Щелкните лист данных для получения подробных технических характеристик. Нажмите здесь, чтобы узнать больше о DC Motors

Недавнее отраслевое исследование, проведенное Data and Strategies Group, Inc., Фрамингем, Массачусетс, показывает, что ограничители пускового тока (термисторы NTC) в подавляющем большинстве являются наиболее популярным типом устройств для подавления пускового тока для источников питания.

AMETHERM производит высококачественные и экономичные ограничители пускового тока, сертифицированные ISO9001 .Узнать больше об ограничителях пускового тока

Ограничение тока – без падения напряжения и / или потери мощности (рассеивание)

Наконец-то я добрался до создания и тестирования Ранее обсуждаемая схема, использующая преобразователь BUCK и т. д. После нескольких дополнительных модификаций она сработала (для первоначальной цели). Главное, что мне пришлось изменить: увеличить потенциометр усиления 2-го операционного усилителя с 10 кОм до 20 кОм (на самом деле я добавил резистор на 10 кОм последовательно с потенциометром на 10 кОм).Всего с 10 кОм выходное напряжение операционного усилителя было слишком низким, чтобы повлиять на BUCK. ~ 20k позволяет BUCK эффективно ограничивать ток примерно до 1,8 ампер. Я запустил его на 2,5 ампера, круто и стабильно, и достиг почти 90% эффективности! Фантастика! Еще раз спасибо всем за вашу помощь и идеи (особая благодарность Dougy83, за ваши усилия, советы и время – очень признательны).

Для моего следующего проекта (больше из любопытства) я решил еще немного улучшить свои испытания материалов, поэтому я также пытаюсь понять, как управлять напряжением! Используя приведенную выше схему, напряжение действительно немного падает (как и ожидалось).При работе от 2,5 А он выдает около 3 В. Есть ли способ поднять напряжение до 12 В или где-то рядом и фактически отрегулировать его? (при этом все еще ограничивая ток, как раньше)? Я пробовал разные идеи, но без особого успеха. Я думаю, для этого нужна совершенно новая стратегия / схема. Фактически, если бы я мог просто регулировать его на уровне 3 В, это было бы улучшением! (напряжение может немного отличаться в зависимости от нагрузки, материалов и т. д.). Есть предположения??

Одно интересное наблюдение: я обнаружил, подключив последовательно 4 или 5 электродов (не спрашивайте, зачем я это пробовал, не знаю, лол), напряжение на самом деле поднялось и значительно превысило 12 В (до 19 В в один случай) – Есть идеи, почему это могло произойти? Хотел бы это понять.Я подозреваю, что это связано с энергией индуктора и с тем, как она высвобождается?

3041 Банкноты – C

Phys 3041 Заметки

Анализ цепей постоянного тока

и параллельные сопротивления:

R _экв. = ₁ рандов + ₂ .

Этот аргумент можно распространить на любое количество последовательно включенных резисторов. Эквивалентное сопротивление будет просто суммой отдельных сопротивлений:
R _экв. = R ₁ + R ₂ + R ₃ + ….. .

Если два или более резистора (или других устройств) должны иметь одинаковое падение напряжения на них, они включены параллельно. В этом случае через каждый резистор протекает отдельный ток, но токи должны быть распределены так, чтобы
В = I ₁ R ₁ = I ₂ R ₂ .

Полный ток I , протекающий через такую ​​конфигурацию, составляет всего
. Я = Я ₁ + Я ₂
I = V / R ₁ + V / R ₂
I = V (1 / R ₁ + 1 / R ₂ ).
Тот же самый общий ток протекал бы, если бы два резистора были заменены одним резистором
R _eq = (1 / R ₁ + 1 / R ₂ ) ^-1 .
Это правило также легко обобщается на произвольное количество резисторов, включенных параллельно:

1 / R _eq = 1 / R ₁ + 1 / R ₂ + 1 / R ₃ +….. .

Для параллельных резисторов эквивалентное сопротивление всегда меньше, чем у любого из отдельных резисторов. Обратные сопротивления называются проводимостью, и при параллельном размещении сопротивлений становится доступным несколько путей для проводимости, увеличивая общую проводимость и уменьшая эффективное сопротивление. Резисторы меньшего размера в такой сети пропускают больше тока. Последовательное применение правил последовательного и параллельного резисторов может упростить схему, приведенную ниже, уменьшив схему до одного эквивалентного сопротивления, что позволит определить полный ток.Как только известен полный ток, можно рассчитать последовательные падения напряжения, а также токи через отдельные резисторы.

Упрощение здесь.

Правила Кирхгофа

1. Правило узла или соединения Кирхгофа требует, чтобы общий ток, входящий в соединение (место, где соединены два отдельных провода и заряды имеют возможность выбора направления), должен был равняться общему току, выходящему из соединения.
2. Правило петли Кирхгофа гласит, что сумма падений напряжения вокруг любого замкнутого пути в цепи постоянного тока должна быть равна нулю.

Чтобы применить эти два правила, можно использовать следующую процедуру:

• Изучите схему, чтобы увидеть, можно ли применить правила последовательного или параллельного подключения для предварительного упрощения каких-либо частей схемы. Если возможно, заново изобразите схему с эквивалентными сопротивлениями для этих частей.
• Назначьте ток каждому резистору в цепи, например Обозначьте резисторы R ₁ , R ₂ , R ₃ , … и назначьте соответствующий ток I ₁ , I ₂ , I ₃ , … как протекает через каждый резистор. Обязательно укажите предполагаемое направление тока. Обычно эти токи представляют собой неизвестные величины, которые вы будете решать.
• Определите узлы или соединения и запишите уравнение узла для каждого соединения.
• Определите замкнутые пути, которые будут использоваться для правила цикла. Часто проще всего использовать в схеме самые маленькие замкнутые контуры. Запишите уравнения петель для каждой из этих петель.
• Определите, сколько у вас неизвестных токов. Затем найдите такое же количество независимых уравнений, которые можно использовать для решения неизвестных токов. Это часто бывает сложно, поскольку некоторые из записанных вами уравнений могут быть избыточными, т. Е. Они представляют одну и ту же математическую информацию и не являются независимыми.
• Решите уравнения полным перебором, матричными методами или с помощью программного обеспечения. Как только токи известны, можно также рассчитать любые падения напряжения. Если вы обнаружите, что получаете отрицательный ток, это просто указывает на то, что ток течет в направлении, противоположном тому, которое предполагалось в начале процесса. Нет ничего плохого в том, чтобы с самого начала сделать неверное предположение о том, как ток течет через резистор.

Токовые петли

• Назначьте ток, I ₁ , I ₂ , I ₃ , … для каждой из самых маленьких «подциклов» в цепи. Представьте, что ток циркулирует по петле, не зная об остальной части схемы.
• Запишите уравнение контура для каждого подцикла. Имейте в виду, что для некоторых резисторов вы должны учитывать два тока контура, поскольку у вас будет два разных тока контура, протекающих через один и тот же резистор.
• Решите для токов контура, снова используя вашу любимую технику для решения нескольких или многих одновременных уравнений. Уравнения, генерируемые этим методом, автоматически дают достаточно независимых уравнений.
• Используя токи контура, найдите токи через каждый резистор. и соответствующее напряжение падает по мере необходимости.

Пример метода текущего цикла находится здесь.

Делитель напряжения

Источники напряжения и тока

Источники тока обеспечивают постоянный ток через нагрузку, независимо от сопротивления нагрузки. Идеальный источник тока будет работать даже тогда, когда сопротивление нагрузки станет очень большим. Для этого потребуется, чтобы источник тока создавал постоянно увеличивающееся напряжение. На практике это не так. Источники реального тока ограничены в напряжениях, которые они могут генерировать.Этот предел называется напряжением соответствия. Когда этот предел достигнут, источник тока действует как источник напряжения.

Неидеальное поведение источника тока можно смоделировать, разместив резистор параллельно с идеальным источником тока, как показано. В качестве R _{нагрузка} увеличивается, больше тока будет проходить через внутренний резистор вместо нагрузки. Чтобы источник тока был полезным, внутреннее сопротивление должно быть большим по сравнению с сопротивлениями нагрузки, которые могут возникнуть при использовании.

Эквивалентные схемы

Эквивалентная схема Тевенина состоит из одного идеального источника напряжения, соединенного последовательно с одним резистором.Эквивалентное напряжение Тевенина, В _TH , находится путем вычисления напряжения между двумя выходными соединениями, когда сопротивление нагрузки бесконечно, то есть «напряжение холостого хода». Сопротивление Тевенина, R _TH , находится из
R _TH = V _TH / I _SHORT
где I _SHORT – ток, протекающий через нагрузку, когда сопротивление нагрузки уменьшается до 0 – i.е. выход закорочен.

Эквивалентная схема Нортона заменяет сеть одним идеальным источником тока, подключенным параллельно с одним резистором. Ток Нортона, I _N – это выходной ток короткого замыкания ( R _{нагрузка} = 0). Сопротивление Norton определяется по напряжению холостого хода, В _{разомкнуто} (бесконечное R _{нагрузка} ):
R _N = В _{разомкнуто} / I _N = V _TH / I _N = R _TH .

Обратите внимание, что эти эквивалентные схемы такие же, как и наши модели для реальных источников напряжения и тока. Хотя нам не часто нужно оценивать эти эквивалентные схемы, стоит помнить, что они могут служить отправной точкой для моделирования даже более сложных схем, которые могут содержать более сложные компоненты, в том числе транзисторы и операционные усилители, с которыми мы столкнемся позже.

Перейдите к следующей теме – Цепи переменного тока.

4.6: Ограничение тока – предохранители и автоматические выключатели

Большинство электрических и электронных устройств рассчитаны на работу от источника постоянного напряжения. Примеры включают устройства с батарейным питанием и многочисленные элементы, которые подключаются к стандартным жилым и коммерческим электрическим системам (например, система 120 В переменного тока в Северной Америке). Таким образом, параллельные соединения идеальны, когда должно быть запитано переменное количество устройств, потому что, в отличие от последовательного соединения, каждое устройство будет видеть одно и то же напряжение, а не разделение напряжения между ними.У параллельного подключения есть еще одно преимущество. Рассмотрим две схемы освещения, представленные на рисунке 4.6.1. ; один использует последовательную конфигурацию, а другой – параллельную конфигурацию.

Рисунок 4.6.1 : Подключение лампы: последовательное (слева) и параллельное (справа).

Обычно, когда лампа выходит из строя, она не может открыть отверстие. Если какая-либо из ламп в последовательном соединении выходит из строя, ток в контуре прерывается, и все лампы гаснут. Напротив, если одна из ламп в параллельном подключении выйдет из строя, остальные огни останутся включенными.Кроме того, при последовательном соединении невозможно сразу определить, какая лампа вышла из строя, поскольку ни одна из них не загорится. Каждую лампу необходимо проверять по очереди, чтобы определить неисправный блок. В параллельной системе очевидно, какая лампа вышла из строя, потому что она вышла из строя.

В домашних условиях, в школе или на предприятии любое количество устройств может быть подключено к настенным розеткам с расчетом на то, что каждое устройство будет получать одинаковое напряжение и работать правильно из-за параллельной природы системы.Каким бы удобным это ни было, есть практическая проблема. Каждое устройство, добавляемое в систему, представляет собой другой путь для прохождения тока. 2 \) R) и создает возможную опасность пожара.Следовательно, мы должны включить некоторый метод ограничения тока до безопасного максимального значения.

Хотя в некоторых электронных системах используются схемы ограничения активного тока ¹ , более распространенным подходом является предохранитель или автоматический выключатель. Эти устройства размещаются между источником напряжения и различными нагрузками и отслеживают их суммарный ток. Если этот ток становится слишком большим, устройство прерывает ток, размыкая цепь. Ничего не будет работать, но и ничего не загорится. Предохранители обычно используются в электронных системах, двигателях, автомобильных подсистемах и т.п.Набор предохранителей различных типов показан на рисунке 4.6.2. . Будь то цилиндрический тип, используемый в электронных приборах, или тип лезвия, распространенный в автомобилях, предохранители являются однозарядными устройствами. Они состоят из тонкой проволоки или металлической перемычки, которая нагревается и плавится при слишком сильном токе. При плавлении цепь теряется и ток прекращается. Это называется «перегоревшим» предохранителем. После того, как проблема будет устранена (т. Е. Независимо от того, что в первую очередь вызвало чрезмерный ток), необходимо будет заменить предохранитель.

Рисунок 4.6.2 : Различные стили предохранителей.

имеют номинальный ток, например, два ампера. Это не значит, что при достижении двух ампер предохранитель перегорает. Для того, чтобы предохранитель нагрелся, потребуется некоторое время. Чем выше ток выше номинального, тем быстрее сработает предохранитель. Например, этот номинальный предохранитель на два ампера может пройти несколько секунд, прежде чем он сработает, если сила тока, скажем, 2,5 ампера, но менее секунды, если сила тока составляет пять ампер.Также доступны предохранители с быстрым и медленным срабатыванием. Быстродействующие предохранители срабатывают во много раз быстрее, чем стандартные предохранители, в то время как для медленных предохранителей потребуется много времени на активацию (это предотвращает случайное срабатывание предохранителя с некоторыми видами нагрузок, которые демонстрируют высокий начальный пусковой ток, но при этом снижается до более высокого значения. скромный уровень, сразу работает ровно, как мотор). Схематические обозначения предохранителей показаны на рисунке 4.6.3. . Две верхние версии соответствуют стандарту IEC, а нижняя версия – стандарту ANSI (североамериканский).

Рисунок 4.6.3 : Условные обозначения предохранителей: IEC (вверху и посередине), ANSI (внизу).

обычно недорогие и эффективные. Очевидным недостатком предохранителей является то, что их нужно заменять после того, как они сделают свою работу. Автоматический выключатель решает эту проблему. Автоматический выключатель или просто выключатель для краткости можно рассматривать как восстанавливаемый предохранитель. У выключателей нет плавящей перемычки, прерывающей ток. Вместо этого прерыватель работает как интеллектуальный переключатель: если ток слишком велик, переключатель размыкается.Затем оператор может устранить проблему и сбросить прерыватель (т.е. вернуть переключатель в рабочее положение). Выбор выключателей показан на рисунке 4.6.4. . Автоматические выключатели доступны в различных размерах. Для бытовой электропроводки обычно используются номиналы 15 и 20 ампер, хотя для цепей, питающих мощные электроприборы, такие как электрические плиты, водонагреватели и сушилки для одежды, доступны более высокие номиналы, такие как 30 и 50 ампер.

Рисунок 4.6.4 : Автоматические выключатели для жилых помещений, включая вид в разрезе.

Список литературы

¹ Для получения дополнительной информации см. Fiore, J., Полупроводниковые устройства, а также операционные усилители и линейные интегральные схемы, оба названия OER.