Как понизить напряжение постоянного тока: Как понизить напряжение переменного и постоянного тока?

Содержание

Как понизить напряжение переменного и постоянного тока?

За счет наличия большого количества международных стандартов и технических решений питание электронных устройств может осуществляться от различных номиналов. Но, далеко не все они присутствуют в свободном доступе, поэтому для получения нужной разности потенциалов придется использовать преобразователь. Такие устройства можно найти как в свободной продаже, так и собрать самостоятельно из радиодеталей.

В связи с наличием двух родов электрического тока: постоянного и переменного, вопрос, как понизить напряжение, следует рассматривать в ключе каждого из них отдельно.

Понижение напряжения постоянного тока

В практике питания бытовых приборов существует масса примеров работы электрических устройств от постоянного тока. Но номинал рабочего напряжения может существенно отличаться, к примеру, если из 36 В вам нужно получить 12 В, или в ситуациях, когда от USB разъема персонального компьютера нужно запитать прибор от 3 В вместо имеющихся 5 вольт.

Для снижения такого уровня от блока питания или другого источника почти вполовину можно использовать как простые методы – включение в цепь дополнительного сопротивления, так и более эффективные – заменить стабилизатор напряжения в ветке обратной связи.

Рис. 1. Замена резистора или стабилитрона

На рисунке выше приведен пример схемы блока питания, в котором вы можете понизить вольтаж путем изменения параметров резистора и стабилитрона. Этот узел на рисунке обведен красным кругом, но в других моделях место установки, как и способ подсоединения, может отличаться. На некоторых схемах, чтобы понизить напряжение вы сможете воспользоваться лишь одним стабилитроном.

Если у вас нет возможности подключаться к блоку питания – можно обойтись и менее изящными методами. К примеру, вы можете понизить напряжение за счет включения в цепь резистора или подобрать диоды, второй вариант является более практичным для цепей постоянного тока. Этот принцип основан на падении напряжения за счет внутреннего сопротивления элементов.

В зависимости от соотношения проводимости рабочей нагрузки и полупроводникового элемента может понадобиться около 3 – 4 диодов.

Рис. 2. Понижение постоянного напряжения диодами

На рисунке выше показана принципиальная схема понижения напряжения при помощи диодов. Для этого они включаются в цепь последовательно по отношению к нагрузке. При этом выходное напряжение окажется ниже входного ровно на такую величину, которая будет падать на каждом диоде в цепи. Это довольно простой и доступный способ, позволяющий понизить напряжение, но его основной недостаток – расход мощности для каждого диода, что приведет к дополнительным затратам электроэнергии.

Понижение напряжения переменного тока

Переменное напряжение в 220 Вольт повсеместно используется для бытовых нужд, за счет физических особенностей его куда проще понизить до какой-либо величины или осуществлять любые другие манипуляции. В большинстве случаев, электрические приборы и так рассчитаны на питание от электрической сети, но если они были приобретены за рубежом, то и уровень напряжения для них может существенно отличаться.

К примеру, привезенные из США устройства питаются от 110В переменного тока, и некоторые умельцы берутся перематывать понижающий трансформатор для получения нужного уровня. Но, следует отметить, что импульсный преобразователь, которым часто комплектуется различный электроинструмент и приборы не стоит перематывать, так как это приведет к его некорректной работе в дальнейшем. Куда целесообразнее установить автотрансформатор или другой на нужный вам номинал, чтобы понизить напряжение.

С помощью трансформатора

Изменение величины напряжения при помощи электрических машин используется в блоках питания и подзарядных устройствах. Но чтобы понизить вольтаж источника в такой способ, можно использовать различные типы преобразовательных трансформаторов:

С выводом от средней точки – могут выдавать разность потенциалов как 220В, так и в два раза меньшее – 127В или 110В. От него вы сможете взять установленный номинал на те же 110В со средней точки. Это заводские изделия, которые массово устанавливались в старых советских телевизорах и других приборах. Но у этой схемы преобразователя имеется существенный недостаток – если нарушить целостность обмотки ниже среднего вывода, то на выходе трансформатора получится номинал значительно большей величины.

Рис. 3. Понижение трансформатором с отводом от средней точки

Автотрансформатором – это универсальная электрическая машина, которая способна не только понизить вольтаж, но и повысить его до нужного вам уровня. Для этого достаточно перевести ручку в нужное положение и проследить полученные показания на вольтметре.

Рис. 4. Использование автотрансформатора

Понижающим трансформатором с преобразованием 220В на нужный вам номинал или с любого другого напряжения переменной частоты. Реализовать этот метод можно как уже готовыми моделями трансформаторов, так и самодельными. За счет наличия большого количества инструментов и приспособлений, сегодня каждый может собрать трансформатор с заданными параметрами в домашних условиях. Более детально об этом вы можете узнать из соответствующей статьи: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html

Выбирая конкретную модель электрической машины, чтобы понизить напряжение, обратите внимание на характеристики конкретной модели по отношению к тем устройствам, которые вы хотите запитать.

Наиболее актуальными параметрами у трансформаторов являются:

Мощность – трансформатор должен не только соответствовать, подключаемой к нему нагрузке, но и превосходить ее, хотя бы на 10 – 20%. В противном случае максимальный ток приведет к перегреву обмоток трансформатора и дальнейшему выходу со строя.
Номинал напряжения – выбирается и для первичной, и для вторичной цепи. Оба параметра одинаково важны, так как, выбрав модель с входным напряжением на 200 или 190В, на выходе вы при питании от 220В получится пропорционально большая величина.
Защита от поражения электротоком – все обмотки и выводы от них должны обязательно иметь достаточную изоляцию и защиту от прикосновения.
Класс пыле- влагозащищенности – определяет устойчивость оборудования к воздействию окружающих факторов. В современных приборах обозначается индексом IP.

Помимо этого любой преобразователь напряжения, даже импульсный трансформатор, следовало бы защитить от токов короткого замыкания и перегрузки в обмотках. Это существенно сократит затраты на ремонт при возникновении аварийных ситуаций.

С помощью резистора

Для понижения напряжения в цепь нагрузки последовательно включается делитель напряжения в виде активного сопротивления.

Основной сложностью в регулировке напряжения на подключаемом приборе является зависимость от нескольких параметров:

величины напряжения;
сопротивления нагрузки;
мощности источника.

Если вы будете понижать от бытовой сети, то ее можно считать источником бесконечной мощности и принять эту составляющую за константу. Тогда расчет резистора будет выполняться таким методом:

R = U_c/I — R_н ,

где

R – сопротивление резистора;
R_Н – сопротивление прибора нагрузки;
I – ток, который должен обеспечиваться в номинальном режиме прибора;
U_C – напряжение в сети.

После вычисления номинала резистора можете подобрать соответствующую модель из имеющегося ряда. Стоит отметить, что куда удобнее менять потенциал при помощи переменного резистора, включенного в цепь. Подключив его последовательно с нагрузкой, вы можете подбирать положение таким образом, чтобы понизить напряжение до необходимой величины. Однако эффективным способ назвать нельзя, так как помимо работы в приборе, электрическая энергия будет просто рассеиваться на резисторе, поэтому этот вариант является временным или одноразовым решением.

Видео по теме

Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт (резистор, микросхема) 📹

В этой статье расскажу о весьма банальных вещах, что не менялись уже не одно десятилетие, да они вообще не менялись. Другое дело, что с тех пор как был изучен принцип снижения напряжения в замкнутой цепи за счет сопротивления, появились и другие принципы питания нагрузки, за счет ШИМ, но тема это отдельная, хотя и заслуживающая внимания. Поэтому продолжу все-таки по порядку логического русла, когда расскажу о законе Ома, потом о его применении для различных радиоэлементов участвующих в понижении напряжения, а после уже можно упомянуть и о ШИМ.

Закон Ома при понижении напряжения

Собственно был такой дядька Георг Ом, который изучал протекание тока в цепи. Производил измерения, делал определенные выводы и заключения. Итогами его работы стала формула Ома, как говорят закон Ома. Закон описывает зависимость падения напряжения, тока от сопротивления.
Сам закон весьма понятен и схож с представлением таких физических событий как протекание жидкости по трубопроводу. Где жидкость, а вернее ее расход это ток, а ее давление это напряжение. Ну и само собой любые изменения сечения или препятствия в трубе для потока, это будет сопротивлением. Итого получается, что сопротивление «душит» давление, когда из трубы под давлением, могут просто капать капли, и тут же падает и расход. Давление и расход величины весьма зависящие друг от друга, как ток и напряжение. В общем если все записать формулой, то получается так:

R=U/I; То есть давление (U) прямо пропорционально сопротивлению в трубе (R), но если расход (I) будет большой, то значит сопротивления как такового нет… И увеличенный расход должен показывать на пониженное сопротивление.

Весьма туманно, но объективно! Осталось сказать, что закон то этот впрочем, был получен эмпирическим путем, то есть окончательные факторы его изменения весьма не определены.
Теперь вооружившись теоретическими знаниями, продолжим наш путь в познании того, как же снизить нам напряжение.

Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт с помощью резистора

Самое простое это взять и использовать нестабилизированную схему. То есть когда напряжение просто понизим за счет сопротивления и все. Рассказывать о таком принципе особо нечего, просто считаем по формуле выше и все. Приведу пример. Скажем снижаем с 12 вольт до 5.

R=U/I. С напряжением понятно, однако смотрите, у нас недостаточно данных! Ничего не известно о «расходе», о токе потребления. То есть если вы решите посчитать сопротивление для понижения напряжения, то обязательно надо знать, сколько же «хочет кушать» наша нагрузка.

Эту величину вам необходимо будет посмотреть на приборе, который вы собираетесь питать или в инструкции к нему. Примем условно ток потребления 50 мА=0,05 А. Осталось также еще заметить, что по этой формуле мы подберем сопротивление, которое будет полностью гасить напряжение, а нам надо оставить 5 вольт, то 12-5=7 вольт подставляем в формулу.
R= 7/0,05=140 Ом нужно сопротивление, чтобы после из 12 вольт получить 5, с током на нагрузке в 50 мА.
Осталось упомянуть о не менее важном! О том, что любое гашение энергии, а в данном случае напряжение, связано с рассеиваемой мощностью, то есть наш резистор должен будет «выдержать» то тепло, которое будет рассеивать. Мощность резистора считается по формуле.
P=U*I. Получаем. P=7*0,05=0,35 Вт должна быть мощность резистора. Не менее. Вот теперь курс расчет для резистора можно считать завершенным.

Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт с помощью микросхемы

Ничего принципиально не меняется и в этом случае. Если сравнивать этот вариант понижения через микросхему, с вариантом использующим резистор. По факту здесь все один в один, разве что добавляются полезные «интеллектуальные» особенности подстройки внутреннего сопротивления микросхемы исходя из тока потребления. То есть, как мы поняли из абзаца выше, в зависимости от тока потребления, расчетное сопротивление должно «плавать». Именно это и происходит в микросхеме, когда сопротивление подстраивается под нагрузку таким образом, что на выходе микросхемы всегда одно и тоже напряжение питания! Ну и плюсом идут такие «полезные плюшки» как защита от перегрева и короткого замыкания. Что касательно микросхем, так называемых стабилизаторов напряжения на 5 вольт, то это могут быть: LM7805, КРЕН142ЕН5А. Подключение тоже весьма простое.

Само собой для эффективной работы микросхемы ставим ее на радиатор. Ток стабилизации ограничен 1,5 -2 А.
Вот такие вот принципы понижения напряжения с 12 на 5 вольт. Теперь один раз их поняв, вы сможете легко рассчитать какое сопротивление надо поставить или как подобрать микросхему, чтобы получить любое другое более низкое напряжение.
Осталось сказать пару слов о ШИМ.

Широко импульсная модуляция весьма перспективный и самое главное высокоэффективный метод питания нагрузки, но опять же со своими подводными камнями. Вся суть ШИМ сводится к тому, чтобы выдавать импульсами такое напряжение питание, которое суммарно с моментами отсутствия напряжения будет давать мощность и среднее напряжение достаточное для работы нагрузки. И здесь могут быть проблемы, если подключить источник питания от одного устройства к другому. Ну, самые простые проблемы это отсутствие тех характеристик, которые заявлены. Возможны помехи, неустойчивая работа. В худшем случае ШИМ источник питания может и вовсе сжечь прибор, под которые не предназначен изначально!

Как понизить напряжение – Мои статьи – Каталог статей

Как понизить напряжение сопротивлением?

Сопротивление ограничивает ток и при его протекании падает напряжение на сопротивление (токоограничивающий резистор). Такой способ позволяет понизить напряжение для питания маломощных устройств с токами потребления в десятки, максимум сотни миллиампер.

Примером такого питания можно выделить включение светодиода в сеть постоянного тока 12 (например, бортовая сеть автомобиля до 14. 7 Вольт). Тогда, если светодиод рассчитан на питание от 3.3 В, током в 20 мА, нужен резистор R:

R=(14.7-3.3)/0.02)= 570 Ом

Но резисторы отличаются по максимальной рассеиваемой мощности:

P=(14.7-3.3)*0.02=0.228 Вт

Ближайший по номиналу в большую сторону – резистор на 0.25 Вт.

Именно рассеиваемая мощность и накладывает ограничение на такой способ питания, обычно мощность резисторов не превышает 5-10 Вт. Получается, что если нужно погасить большое напряжение или запитать таким образом нагрузку мощнее, придется ставить несколько резисторов т.к. мощности одного не хватит и ее можно распределить между несколькими.

Способ снижения напряжения резистором работает и в цепях постоянного тока и в цепях переменного тока.

Недостаток – выходное напряжение ничем нестабилизировано и при увеличении и снижении тока оно изменяется пропорционально номиналу резистора.

Как понизить переменное напряжение дросселем или конденсатором?

Если речь вести только о переменном токе, то можно использовать реактивное сопротивление. Реактивное сопротивление есть только в цепях переменного тока, это связно с особенностями накопления энергии в конденсаторах и катушках индуктивности и законами коммутации.

Дроссель и конденсатор в переменном токе могут быть использованы в роли балластного сопротивления.

Реактивное сопротивление дросселя (и любого индуктивного элемента) зависит от частоты переменного тока (для бытовой электросети 50 Гц) и индуктивности, оно рассчитывается по формуле:

где ω – угловая частота в рад/с, L-индуктивность, 2пи – необходимо для перевода угловой частоты в обычную, f – частота напряжения в Гц.

Реактивное сопротивление конденсатора зависит от его емкости (чем меньше С, тем больше сопротивление) и частоты тока в цепи (чем больше частота, тем меньше сопротивление). Его можно рассчитать так:

Пример использования индуктивного сопротивление – это питание люминесцентных ламп освещения, ДРЛ ламп и ДНаТ. Дроссель ограничивает ток через лампу, в ЛЛ и ДНаТ лампах он используется в паре со стартером или импульсным зажигающем устройством (пусковое реле) для формирования всплеска высокого напряжения включающего лампу. Это связано с природой и принципом работы таких светильников.

А конденсатор используют для питания маломощных устройств, его устанавливают последовательно с питаемой цепью. Такой блок питания называется “бестрансфоматорный блок питания с балластным (гасящим) конденсатором”.

Очень часто встречают в качестве ограничителя тока заряда аккумуляторов (например, свинцовых) в носимых фонарях и маломощных радиоприемниках. Недостатки такой схемы очевидны – нет контроля уровня заряда аккумулятора, их выкипание, недозаряд, нестабильность напряжения.

Как понизить и стабилизировать напряжение постоянного тока

Чтобы добиться стабильного выходного напряжения можно использовать параметрические и линейные стабилизаторы. Часто их делают на отечественных микросхемах типа КРЕН или зарубежных типа L78xx, L79xx.

Линейный преобразователь LM317 позволяет стабилизировать любое значение напряжения, он регулируемый до 37В, вы можете сделать простейший регулируемый блок питания на его основе.

Если нужно незначительно снизить напряжение и стабилизировать его описанные ИМС не подойдут. Чтобы они работали должна быть разница порядка 2В и более. Для этого созданы LDO(low dropout)-стабилизаторы. Их отличие заключается в том, что для стабилизации выходного напряжение нужно, чтобы входное его превышало на величину от 1В. Пример такого стабилизатора AMS1117, выпускается в версиях от 1.2 до 5В, чаще всего используют версии на 5 и 3.3В, например в платах Arduino и многом другом.

Конструкция всех вышеописанных линейных понижающих стабилизаторов последовательного типа имеет существенный недостаток – низкий КПД. Чем больше разница между входным и выходным напряжением – тем он ниже. Он просто «сжигает» лишнее напряжение, переводя его в тепло, а потери энергии равны:

Pпотерь = (Uвх-Uвых)*I

Компания AMTECH выпускает ШИМ аналоги преобразователей типа L78xx, они работают по принципу широтно-импульсной модуляции и их КПД равен всегда более 90%.

Они просто включают и выключают напряжение с частотой до 300 кГц (пульсации минимальны). А действующее напряжение стабилизируется на нужном уровне. А схема включения аналогичная линейным аналогам.

Как повысить постоянное напряжение?

Для повышения напряжения производят импульсные преобразователи напряжения. Они могут быть включены и по схеме повышения (boost), и понижения (buck), и по повышающе-понижающей (buck-boost) схеме. Давайте рассмотрим несколько представителей:

1. Плата на базе микросхемы XL6009

2. Плата на базе LM2577, работает на повышение и понижение выходного напряжения.

3. Плата преобразователь на FP6291, подходит для сборки 5 V источника питания, например powerbank. С помощью корректировке номиналов резисторов может перестраиваться на другие напряжения, как и любые другие подобные преобразователь – нужно корректировать цепи обратной связи.

4. Плата на базе MT3608

Здесь всё подписано на плате – площадки для пайки входного – IN и выходного – OUT напряжения. Платы могут иметь регулировку выходного напряжения, а в некоторых случая и ограничения тока, что позволяет сделать простой и эффективный лабораторный блок питания. Большинство преобразователей, как линейных, так и импульсных имеют защиту от КЗ.

Как повысить переменное напряжение?

Для корректировки переменного напряжения используют два основных способа:

1. Автотрансформатор;

2. Трансформатор.

Автотрансформатор – это дроссель с одной обмоткой. Обмотка имеет отвод от определенного количества витков, так подключаясь между одним из концов обмотки и отводом, на концах обмотки вы получаете повышенное напряжение во столько раз, во сколько соотносится общее количество витков и количество витков до отвода.

Промышленностью выпускаются ЛАТРы – лабораторные автотрансформаторы, специальные электромеханические устройства для регулировки напряжения. Очень широко применение они нашли в разработке электронных устройств и ремонте источников питания. Регулировка достигается за счет скользящего щеточного контакта, к которому подключается питаемое устройство.

Недостатком таких устройств является отсутствие гальванической развязки. Это значит, что на выходных клеммах может запросто оказаться высокое напряжение, отсюда опасность поражения электрическим током.

Трансформатор – это классический способ изменения величины напряжения. Здесь есть гальваническая развязка от сети, что повышает безопасность таких установок. Величина напряжения на вторичной обмотке зависит от напряжений на первичной обмотки и коэффициента трансформации.

Uвт=Uперв*Kтр

Kтр=N1/N2

Отдельный вид – это импульсные трансформаторы. Они работают на высоких частотах в десятки и сотни кГц. Используются в подавляющем большинстве импульсных блоках питания, например:

Зарядное устройство вашего смартфона;
Блок питания ноутбука;
Блок питания компьютера.

За счет работы на большой частоте снижаются массогабаритные показатели, они в разы меньше чем у сетевых (50/60 Гц) трансформаторов, количество витков на обмотках и, как следствие, цена. Переход на импульсные блоки питания позволил уменьшить габариты и вес всей современной электроники, снизить её потребление за счет увеличения кпд (в импульсных схемах 70-98%).

В магазинах часто встречаются электронные траснформаторы, на их вход подаётся сетевое напряжение 220В, а на выходе например 12 В переменное высокочастотное, для использования в нагрузке которая питается от постоянного тока нужно дополнительно устанавливать на выход диодный мост и высокоскоростных диодов.

Внутри находится импульсный трансформатор, транзисторные ключи, драйвер, или автогенераторная схема, как изображена ниже.

Достоинства – простота схемы, гальваническая развязка и малые размеры.

Недостатки – большинство моделей, что встречаются в продаже, имеют обратную связь по току, это значит что без нагрузки с минимальной мощностью (указано в спецификациях конкретного прибора) он просто не включится. Отдельные экземпляры оборудованы уже ОС по напряжению и работают на холостом ходу без проблем.

Схема для понижения напряжения постоянного тока. Высокое или повышенное напряжение. Как понизить напряжение в сети

Внимание новинка! Стабилизатор напряжения для всего дома SKAT ST-12345 разработан специально для сетей с нестабильным сетевым напряжением. Стабилизирует напряжение в диапазоне от 125 до 290 Вольт! Имеет большую мощность 12 кВА! Гарантия – 5 лет! Видео испытания стабилизатора смотрите .

Высокое и повышенное напряжение. Причины возникновения

Как в наших в наших электросетях могут появиться высокое или повышенное напряжение. Как правило к повышению напряжения могут привести некачественные электрические сети или аварии в сетях. К недостаткам сетей можно отнести: устаревшие сети, низкокачественное обслуживание сетей, высокий процент амортизации электрооборудования, неэффективное планирование линий передач и распределительных станций, не управляемый роста количества потребителей. Это приводит к тому, что соти тысяч потребителей, получают высокое или повышенное напряжение. Значение напряжения в таких сетях может достигать 260, 280, 300 и даже 380 Вольт.

Одной из причин повышенного, как не странно, может быть пониженное напряжение потребителей, находящихся далеко от трансформаторной подстанции. В этом случае часто электрики умышленно повышают выходное напряжение электрической подстанции, что бы добить удовлетворительных показателей тока у последних в линии передач потребителей. В итоге у первых в линии напряжение будет повышенным. По этой же причине можно наблюдать повышенное напряжение в дачных поселках. Здесь изменение параметров тока связаны с сезонностью и периодичностью потребления тока. Летом мы наблюдаем рост потребления электроэнергии. В этот сезон на дачах находится много людей они используют большое количество энергии, а зимой потребление тока резко падает. В выходные дни потребление на дачных участках растет, а в рабочие дни падает. В результате имеем картину неравномерно потребления энергии. В этом случае, если установить выходное напряжение на подстанции (а они как правило не достаточной мощности) нормальным (220 Вольт), то в летом и в выходные напряжение резко просядет и будет пониженным. Поэтому электрики изначально настраивают трансформатор на повышенное напряжение. В итоге зимой и в рабочие дни напряжение в поселках высоко или повышенное.

Вторая большая группа причин появления высокого напряжения – это перекосы по фазам при подключении потребителей. Часто бывает так, что подключение потребителей происходит хаотично, без предварительного плана и проекта. Или в ходе реализации проекта или развития поселений происходит изменение значения потребления на разных фазах линии передач. Это может привести к тому, что на одной фазе напряжение будет пониженным, а на другой фазе повышенным.

Третья группа причин повышенного напряжения в сети – это аварии на линиях электропередач и внутренних линиях. Здесь следует выделить две основные причины – обрыв нуля и попадание тока высокого напряжения в обычные сети. Второй случай – это редкость, случается в городах в сильный ветер, ураган. Бывает, что линия питания электротранспорта (трамвая или троллейбуса) попадает при обрыве на линии городских сетей. В этом случае в сеть может попасть и 300, и 400 Вольт.
Теперь рассмотрим, что происходит при пропадании «нуля» во внутренних домовых сетях. Этот случай бывает довольно часто. Если в одном подъезде дома используется две фазы, то при пропадании нуля (например нет контакта на нуле) происходит происходит изменение значения напряжения на разных фазах. На той фазе, где сейчас нагрузка в квартирах меньше, напряжение будет завышенным, на второй фазе заниженным. Причем напряжение распределяется обратно пропорционально нагрузке. Так если на одной фазе нагрузка именно в этот момент в 10 раз больше чем на другой, то мы можем получить на первой фазе 30 Вольт (низкое напряжение), а на второй фазе 300 Вольт (высокое напряжение). Что приведет к сгоранию электрических приборов, и возможно пожару.

Чем опасно высокое и повышенное напряжение

Высокое напряжение опасно для электрических приборов. Значительное повышение напряжения может привести к сгоранию приборов, их перегреву, дополнительному износу. Особенно критичны к высокому напряжению электронное оборудование и электромеханические приборы.

Повышенное напряжение может привести к пожару в доме, нанести большой ущерб.

Если речь идет о снижении напряжения в сети, то нахождение проблемы является более сложной задачей, поскольку она зависит от типа используемого потребителя электроэнергии. Можно выделить два основных типа потребителей: сопротивления и двигателя.

Что касается потребителя типа сопротивления, то для них снижение напряжения прямо пропорционально падению потребляемого тока (з-н Ома l = U /R). Для предохранителей слабый ток не несет никаких опасностей. Если взять сопротивление, потребляющее 300 Вт (рис. 55.2) при 240 В, то при напряжении 24 В оно будет потреблять только 3 Вт.

Что касается типа двигателя, то вначале необходимо отличать их по действию большего момента сопротивления (рис. 55.3). Так, можно сравнить поршневые (больший момент сопротивления? и приводные двигатели (меньший момент сопротивления?.

Относительно центробежных вентиляторов, то они находятся между двумя данными категориями. Преимущественно их характеристики не выдерживают значительного падения напряжения питания, в связи, с чем их относят к категории устройств с большим моментом сопротивления.

Напомним, что способность двигателя приводить в движение устройство (момент на валу) зависит от квадрата напряжения питания. То есть, если он предназначен для работы от питания 220 В, а напряжение снизится до 110 В, то крутящий момент уменьшится в 4 раза (рис. 55.4). Если при снижении напряжения момент сопротивления слишком велик, то двигатель остановится. При этом потребляемый двигателем ток, будет равен пусковому, который он будет потреблять во время вынужденной остановки. В этот момент спасти его от сильного перегрева может только встроенная защита (тепловое реле), которое быстро отключит питание.

При низком моменте сопротивления приводимого устройства снижение напряжения приведет к уменьшению скорости вращения, поскольку мотор обладает меньшей располагаемой мощностью. Данное свойство широко применяется в большинстве многоскоростных двигателей, которые вращают вентиляторы кондиционеров (рис. 55.5). При переключении на БС (большая скорость) сопротивление замкнуто на коротко и двигатель запитывается от 220 В. Скорость его вращения номинальная.

При переключении на МС (малая скорость) сопротивление соединено последовательно с обмоткой двигателя, из-за чего напряжение на нем снижается. Соответственно уменьшается и крутящий момент на валу, таким образом, вентилятор начинает вращаться с пониженной скоростью. Потребляемый ток становится меньше. Данной свойство широко применяется при изготовлении электронных регуляторов скорости (на основе тиристоров), служащих для регулирования давления конденсации, изменяя скорость вращения вентиляторов в конденсаторах с воздушным (рис. 55.6).

Данные регуляторы, называемые преобразователями или вентилями тока, функционируют, как и остальные регуляторы-ограничители, работая по принципу «срезания» частоты амплитуды переменного тока.

В первой позиции давление высокое и регулятор скорости полностью пропускает полупериоды сети. На клеммах двигателя напряжение (заштрихованная область) соответствует питанию в сети, и он начинает вращаться с максимальной скоростью, при этом потребляя номинальный ток.

Во второй позиции давление конденсации начинает снижаться. Вступает в регулятор, срезая часть каждого полупериода, поступающего на вход двигателя. Напряжение на клеммах двигателя уменьшается, вместе со скоростью и потребляемым током.

В третьей позиции напряжение слишком слабое. Поскольку крутящий момент двигателя меньше момента сопротивления вентилятора, он останавливается и начинает нагреваться. Таким образом, регуляторы скорости в основном настраиваются на предельно допустимое значение минимальной скорости.

Кроме того, метод «срезания» может применяться в однофазных двигателях, когда те используются для приводов с низким моментом сопротивления. Что касается трехфазных двигателей (используемых для привода машин с большим сопротивлением), то рекомендовано применение многоскоростных двигателей, двигателей постоянного тока или частотных преобразователей.

В повседневной жизни нам приходится часто сталкиваться с падением напряжения. Оно может быть вызвано кратковременным отключением или резким падением силы тока. Для того чтобы ограничить падение напряжения необходимо правильно подбирать сечение питающих проводов. Но в некоторых случаях снижение уровня напряжения не обусловлено снижением питания в подводящих проводах.

Для примера возьмем катушку электромагнита 24 В, управляющую небольшим контактором (рис. 55.7). Когда электромагнит срабатывает, то потребляет ток равный 3 А, а при удержании он составляет 0,3 А (10 раз меньше). Другими словами, подключенный электромагнит потребляет ток, равный десятикратному току режима удержания. Несмотря на то, что продолжительность включения невелика (20 мс), данный фактор может иметь влияние в больших командных цепях с большим количеством контакторов и реле.

На представленной схеме (рис. 55.8) установлено 20 контакторов – С1-С20. Как только ток выключается, все они находятся в ждущем режиме, а при включении одновременно срабатывают. При срабатывании каждый контактор потребляет 3 А, а это значит,что через вторичную обмотку трансформатора будет идти ток 3×20=60 А. Если сопротивление вторичной обмотки составляет 0,3 Ом, то снижение напряжения на ней при срабатывании контакторов составит 0,3×60=18 В. Поскольку напряжение контакторов достигает всего 6 В, они не смогут работать (рис. 55.9).

В этом случае трансформатор вместе с проводкой будут сильно перегреваться, а сами контакторы гудеть. И так будет продолжаться до тех пор, пока не сработает автомат защиты или не перегорит предохранитель.

Если сопротивление вторичной обмотки трансформатора составит 0,2 Ома, то при включении контакторов напряжение в ней составит 0,2×60=12 В. При этом контакторы будут запитаны от 12 В, вместо 24 В, и нет никакой вероятности, что они включатся. Их работа будет аналогичной кА в предыдущем примере, поскольку напряжение в сети аномально высокое.

Трудности с сопротивлением на вторичной обмотке объясняются значительным напряжением холостого хода на выходе трансформатора, в отличие от напряжения под нагрузкой. С увеличением потребляемого тока, выходное напряжение снижается.

В качестве примера рассмотрим трансформатор 220/24 (рис. 55.10) мощностью 120 ВА, подключенный к сети 220 В. Если трансформатор выдает ток 5 А, то выходное напряжение составит 24 В (24×5=120 ВА). Но при снижении потребляемого тока до 1 А, выходное напряжение становится большим, например, 27 В. Это спровоцировано воздействием сопротивления провода вторичной обмотки.

Как только ток начинает снижаться, выходное напряжение повышается. И обратная ситуация: как только потребляемый ток становится больше 5 А, выходное напряжение уменьшается до 24 В, в результате чего трансформатор перегревается.

Если трансформатор небольшой мощности, то могут возникнуть определенные трудности, поэтому не следует пренебрегать подбором мощности трансформатора.

Если надоело постоянно менять перегоревшие лампы, воспользуйтесь одним из приведенных советов. Но во всех случаях успех достигается за счет существенного снижения напряжения.

В дневное и особенно в ночное время напряжение в сети нередко достигает 230-240В что приводит к ускоренному выгоранию нитей накала электроламп. Подсчитано,что повышение напряжения всего лишь на 4% по сравнению с номинальным(то есть с 220 до 228В) сокращает срок службы электроламп на 40%, а при повышенном “питании” в 6% этот срок снижается более чем наполовину.

В то же время уменьшение напряжения на лампах всего на 8%(до 200-202В) увеличивает “стаж” их работы в 3,5 раза, при 195В он возрастает почти в 5 раз. Разумеется с понижением напряжения, снижается и яркость свечения, но во многих случаях, в частности в служебных помещениях, и в местах общего пользования, это обстоятельство не так уж и важно.

Как же снизить напряжение на электролампах? Существуют два простых способа.

Первый – включают последовательно две лампы (рис 1). А какую же лампу взять в качестве дополнительной?. Можно такую же, как и основная. Но тогда обе лампы будут светить слабо. Лучше всего подбирать лампу так, чтобы мощности ламп отличались в 1,5-2 раза, например 40 и 75 Вт, 60 и 100 Вт и.т.д. Тогда лампа меньшей мошности будет светиться достаточно ярко, а более мощная слабее, выполняя роль своеобразного балласта, гасящего избыточное напряжение (рис.2.).

На первый взгляд выигрыша нет-ведь приходится использовать сразу две лампы вместо одной. Но вот что показывает простейший расчет; падение напряжения на лампах при последовательном соединении распределяется обратно пропорционально их мощности. Поэтому при напряжении в сети 220В (возьмем пару ламп на 40 и 75 Вт) на 40- ваттной лампе напряжение будет около 145В, а на её 75-ваттной “партнерше”-чуть больше 75В.

Так как долговечность зависит от величины напряжения, понятно, что менять придется в основном лампу меньшей мощности. Да и та, как показывает практика, в худшем случае служит не менее года. В обычных условиях за это же время приходится менять от 5 до 8 ламп (имеется в виду ежесуточная работа в течении 12 часов). Как видите, экономия весьма ощутима.

Другой способ-последовательное включение лампы и полупроводникового диода. Благодаря малым размерам его можно установить в конусе выключателя между клеммой и одним из подводящих проводов. При этом варианте происходит едва заметное мерцание ламп (за счет однополупериодического выпрямления переменного тока), а среднее значение напряжения на них составляет около 155В.

Теперь о выборе типа диода. Он должен иметь определенный запас по допустимому току и быть рассчитан на напряжение не ниже 400В. Из миниатюрных диодов этому требованию отвечают серии КД150 и КД209.

Однако диоды марки КД105 следует применять с лампами, у которых мощность не превышает 40Вт, а диоды КД209 (с любым буквенным индексом)-для совместной работы с 75-ватными осветительными приборами.

Разумеется использовать можно и более мощные диоды других типов, но тогда их придется устанавливать вне выключателя. Правильно подобранный диод служит практически неограниченное время.

Теперь разберем ещё один вопрос. Как быть тем, если в доме общий выключатель на весь подъезд? В этом случае устанавливают один диод большой мощности.

Его крепят на металлическом уголке, привинчивают шурупами к стене рядом с выключателем, и закрывают кожухом с веньтиляционными отверстиями.
Рекомендуемые типы диодов: КД202М, Н,Р или С, КД203, Д232-Д234, Д246-248 с любым буквенным индексом.

При выборе типа диода помните, что его максимально допустимый рабочий ток (указан в паспорте полупроводникового прибора) на 20-25% должен превышать суммарный ток, потребляемый одновременно всеми лампами, относящимися к данному выключателю. Если диод допускает ток всех лампочек (его нетрудно посчитать разделив общую мощность всех ламп на напряжение сети 220В) не должен превышать 4А.

И последнее: подсоединяя дополнительную лампу или диод, не забывайте, что имеете дело с высоким напряжением, представляющим опасность для Вашей жизни. Поэтому обязательно обесточьте линию, а уже потом приступайте к работе. Всего доброго.

Как понизить напряжение с 12 до 5 вольт. Как понизить постоянное и переменное напряжение — обзор способов

Напряжение 12 Вольт используется для питания большого количества электроприборов: приемники и магнитолы, усилители, ноутбуки, шуруповерты, светодиодные ленты и прочее. Часто они работают от аккумуляторов или от блоков питания, но когда те или другие выходят из строя перед пользователем возникает вопрос: «Как получить 12 Вольт переменного тока»? Об этом мы расскажем далее, предоставив обзор наиболее рациональных способов.

Получаем 12 Вольт из 220

Наиболее часто стоит задача получить 12 вольт из бытовой электросети 220В. Это можно сделать несколькими способами:

Понизить напряжение без трансформатора.
Использовать сетевой трансформатор 50 Гц.
Использовать импульсный блок питания, возможно в паре с импульсным или линейным преобразователем.

Понижение напряжения без трансформатора

Преобразовать напряжение из 220 Вольт в 12 без трансформатора можно 3-мя способами:

Понизить напряжение с помощью балластного конденсатора. Универсальный способ используется для питания маломощной электроники, например светодиодных ламп, и для заряда небольших аккумуляторов, как в фонариках. Недостатком является низкий косинус Фи у схемы и невысокая надежность, но это не мешает её повсеместно использовать в дешевых электроприборах.
Понизить напряжение (ограничить ток) с помощью резистора. Способ не очень хороший, но имеет право на существование, подойдет, чтобы запитать какую-то очень слабую нагрузку, типа светодиода. Его основной недостаток – это выделение большого количества активной мощности в виде тепла на резисторе.
Использовать автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки.

Гасящий конденсатор

Прежде чем приступить к рассмотрению этой схемы предварительно стоит сказать об условиях, которые вы должны соблюдать:

Блок питания не универсальный, поэтому его рассчитывают и используют только для работы с одним заведомо известным прибором.
Все внешние элементы блока питания, например регуляторы, если вы будете использовать дополнительные компоненты для схемы, должны быть изолированы, а на металлических ручках потенциометров надеты пластиковые колпачки. Не касайтесь платы блока питания и проводов для подключения выходного напряжения, если к ним не подключена нагрузка или если в схеме не установлен стабилитрон или стабилизатор для низкого постоянного напряжения.

Тем не менее, такая схема вряд ли вас убьёт, но удар электрическим током получить можно.

Схема изображена на рисунке ниже:

R1 – нужен для разрядки гасящего конденсатора, C1 – основной элемент, гасящий конденсатор, R2 – ограничивает токи при включении схемы, VD1 – диодный мост, VD2 – стабилитрон на нужное напряжение, для 12 вольт подойдут: Д814Д, КС207В, 1N4742A. Можно использовать и линейный преобразователь.

Или усиленный вариант первой схемы:

Номинал гасящего конденсатора рассчитывают по формуле:

С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√(Uвход²-Uвыход²)

С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√Uвход

Но можно и воспользоваться калькуляторами, они есть в онлайн или в виде программы для ПК, например как вариант от Гончарука Вадима, можете поискать в интернете.

Конденсаторы должны быть такими – пленочными:

Или такие:

Остальные перечисленные способы рассматривать не имеет смысла, т.к. понижение напряжения с 220 до 12 Вольт с помощью резистора не эффективно ввиду большого тепловыделения (размеры и мощность резистора будут соответствующие), а мотать дроссель с отводом от определенного витка чтобы получить 12 вольт нецелесообразно ввиду трудозатрат и габаритов.

Блок питания на сетевом трансформаторе

Классическая и надежная схема, идеально подходит для питания усилителей звука, например колонок и магнитол. При условии установки нормального фильтрующего конденсатора, который обеспечит требуемый уровень пульсаций.

В дополнение можно установить стабилизатор на 12 вольт, типа КРЕН или L7812 или любой другой для нужного напряжения. Без него выходное напряжение будет изменяться соответственно скачкам напряжения в сети и будет равно:

Uвых=Uвх*Ктр

Ктр – коэффициент трансформации.

Здесь стоит отметить, что выходное напряжение после диодного моста должно быть на 2-3 вольта больше, чем выходное напряжение БП – 12В, но не более 30В, оно ограничено техническими характеристиками стабилизатора, и КПД зависит от разницы напряжений между входом и выходом.

Трансформатор должен выдавать 12-15В переменного тока. Стоит отметить, что выпрямленное и сглаженное напряжение будет в 1,41 раз больше входного. Оно будет близко к амплитудному значению входной синусоиды.

Также хочется добавить схему регулируемого БП на LM317. С его помощью вы можете получить любое напряжение от 1,1 В до величины выпрямленного напряжения с трансформатора.

12 Вольт из 24 Вольт или другого повышенного постоянного напряжения

Чтобы понизить напряжение постоянного тока из 24 Вольт в 12 Вольт можно использовать линейный или импульсный стабилизатор. Такая необходимость может возникнуть, если нужно запитать 12 В нагрузку от бортовой сети автобуса или грузовика напряжением в 24 В. Кроме того вы получите стабилизированное напряжение в сети автомобиля, которое часто изменяется. Даже в авто и мотоциклах с бортовой сетью в 12 В оно достигает 14,7 В при работающем двигателе. Поэтому эту схему можно использовать и для питания светодиодных лент и светодиодов на транспортных средствах.

Схема с линейным стабилизатором упоминалась в предыдущем пункте.

К ней можно подключить нагрузку током до 1-1,5А. Чтобы усилить ток, можно использовать проходной транзистор, но выходное напряжение может немного снизится – на 0,5В.

Подобным образом можно использовать LDO-стабилизаторы, это такие же линейные стабилизаторы напряжения, но с низким падением напряжения, типа AMS-1117-12v.

Или импульсные аналоги типа AMSR-7812Z, AMSR1-7812-NZ.

Схемы подключения аналогичны L7812 и КРЕНкам. Также эти варианты подойдут и для понижения напряжения от блока питания от ноутбука.

Эффективнее использовать импульсные понижающие преобразователи напряжения, например на базе ИМС LM2596. На плате подписаны контактные площадки In (вход +) и (- Out выход) соответственно. В продаже можно найти версию с фиксированным выходным напряжением и с регулируемым, как на фото сверху в правой части вы видите многооборотный потенциометр синего цвета.

12 Вольт из 5 Вольт или другого пониженного напряжения

Вы можете получить 12В из 5В, например, от USB-порта или зарядного устройства для мобильного телефона, также можно использовать и с популярными сейчас литиевыми аккумуляторами с напряжением 3,7-4,2В.

Если речь вести о блоках питания, можно и вмешаться во внутреннюю схему, править источник опорного напряжения, но для этого нужно иметь определенные знания в электронике. Но можно сделать проще и получить 12В с помощью повышающего преобразователя, например на базе ИМС XL6009. В продаже имеются варианты с фиксированным выходом 12В либо регулируемые с регулировкой в диапазоне от 3,2 до 30В. Выходной ток – 3А.

Он продаётся на готовой плате, и на ней есть пометки с назначением выводов – вход и выход. Еще вариант — использовать MT3608 LM2977, повышает до 24В и выдерживает выходной ток до 2А. Также на фото отчетливо видны подписи к контактным площадкам.

Как получить 12В из подручных средств

Самый простой способ получить напряжение 12В – это соединить последовательно 8 пальчиковых батареек по 1,5 В.

Или использовать готовую 12В батарейку с маркировкой 23АЕ или 27А, такие используются в пультах дистанционного управления. В ней внутри подборка из маленьких «таблеток», которые вы видите на фото.

Мы рассмотрели набор вариантов для получения 12В в домашних условиях. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы, различную степень эффективности, надежности и КПД. Какой вариант лучше использовать, вы должны выбрать самостоятельно исходя из возможностей и потребностей.

Также стоит отметить, что мы не рассмотрели один из вариантов. Получить 12 вольт можно и от блока питания для компьютера формата ATX. Для его запуска без ПК нужно замкнуть зеленый провод на любой из черных. 12 вольт находятся на желтом проводе. Обычно мощность 12В линии несколько сотен Ватт и ток в десятки Ампер.

Теперь вы знаете, как получить 12 Вольт из 220 или других доступных значений. Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео

Повышающий DC-DC преобразователь 5-12 вольт, проще всего собрать на LM2577, которая обеспечивает выход 12V, используя входной сигнал 5V и максимальный ток нагрузки 800 мА. М\С LM2577 – это повышающий прямоходовый импульсный преобразователь. Она доступна в трех различных версиях выходного напряжения: 12 В, 15 В и регулируемая. Вот подробная документация .

Схема на ней требует минимального количества внешних компонентов, а также такие регуляторы экономически эффективным и простые в использовании. Другие особенности: встроенный генератор на фиксированной частоте 52 кГц, который не требует никаких внешних компонентов, мягкий режим запуска для снижения пускового тока и режим регулирования по току для улучшения отклонении входного напряжения и выходной переменной нагрузки.

Характеристики преобразователя на LM2577

Входное напряжение 5 В постоянного тока
Выходное 12 В постоянного тока
Нагрузочный ток 800 мА
Функция плавного пуска
Отключение при перегреве

Здесь применена регулируемая микросхема LM2577-adj . Для получения других выходных напряжений надо изменить величину резистора обратной связи R2 и R3. Выходное напряжение рассчитывается по формуле:

V Out = 1.23V (1+R2/R3)

В общем LM2577 стоит недорого, дроссель в этой схеме унифицированный – на 100 мкГн и предельный ток 1 А. Благодаря импульсной работе каких-то больших радиаторов для охлаждения не требуется – так что эту схему преобразователя можно смело рекомендовать для повторения. Особенно она пригодится в случаях, когда из USB выхода надо получить 12 вольт.

DC-DC преобразователь 12>3 Вольт, был создан для запитки маломощных плееров с питанием от двух пальчиковых батареек. Поскольку плееры были предназначены для работы в автомобиле, а бортовая сеть автомобиля доставляет 12 Вольт, то каким-то образом нужно было понизить напряжения до номинала 3-4 Вольт.

При заведенном двигателе автомобиля, напряжение бортовой сети повышается до 14 Вольт, это тоже нужно принять во внимание.

Недолго думая, решил изготовить самый простой понижающий преобразователь, если представленное устройство вообще можно назвать преобразователем. Конструкция DC-DC преобразователя довольно проста и основана на явлении спада напряжения, которое проходит через кристалл полупроводникового диода. Как известно, проходя через полупроводниковый диод, номинал постоянного напряжения спадает в районе 0,7 Вольт. Поэтому, чтобы получить нужный спад напряжения, были использованы 12 дешевых полупроводниковых диода серии IN4007. Это обычные выпрямительные диоды с током 1 Ампер и с обратным напряжением порядка 1000 Вольт, желательно использовать именно эти диоды, поскольку они являются самым доступным и дешевым вариантом. Ни в коем случае не стоит использовать диоды с барьером Шоттки , на них спад напряжения слишком мал, следовательно, для наших целей они не подходят.

После диодов желательно поставить конденсатор (электролит 100-470мкФ) для сглаживания пульсаций и помех.

Выходное напряжение нашего «DC-DC преобразователя» составляет 3,3-3,7 Вольт, выходной ток (максимальный) до 1 Ампер. В ходе работы диоды должны чуток перегреваться, но это вполне нормально.

Весь монтаж можно выполнить на обычной макетной плате или же навесным образом, но не стоит забывать, что вибрации могут разрушить места припоев, поэтому в случае использования навесного варианта, диоды желательно приклеить друг к другу с помощью термоклея.

Аналогичным способом можно понизить напряжение бортовой сети автомобиля до 5 Вольт, для зарядки портативной цифровой электроники — планшетных компьютеров, навигаторов, GPS приемников и мобильных телефонов.

Нужно знать, как понизить напряжение в цепи, чтобы не повредить электрические приборы. Всем известно, что к домам подходит два провода – ноль и фаза. Это называется однофазной крайне редко используется в частном секторе и многоквартирных домах. Необходимости в ней просто нет, так как вся бытовая техника питается от сети переменного однофазного тока. Но вот в самой технике требуется делать преобразования – понижать переменное напряжение, преобразовывать его в постоянное, изменять амплитуду и прочие характеристики. Именно эти моменты и нужно рассмотреть.

Снижение напряжения с помощью трансформаторов

Самый простой способ – это использовать трансформатор пониженного напряжения, который совершает преобразования. Первичная обмотка содержит большее число витков, чем вторичная. Если есть необходимость снизить напряжение вдвое или втрое, вторичную обмотку можно и не использовать. Первичная обмотка трансформатора используется в качестве индуктивного делителя (если от нее имеются отводы). В бытовой технике используются трансформаторы, со вторичных обмоток которых снимается напряжение 5, 12 или 24 Вольта.

Это наиболее часто используемые значения в современной бытовой технике. 20-30 лет назад большая часть техники питалась напряжением в 9 Вольт. А ламповые телевизоры и усилители требовали наличия постоянного напряжения 150-250 В и переменного для нитей накала 6,3 (некоторые лампы питались от 12,6 В). Поэтому вторичная обмотка трансформаторов содержала такое же количество витков, как и первичная. В современной технике все чаще используются инверторные блоки питания (как на компьютерных БП), в их конструкцию входит трансформатор повышающего типа, он имеет очень маленькие габариты.

Делитель напряжения на индуктивностях

Индуктивность – это катушка, намотанная медным (как правило) проводом на металлическом или ферромагнитном сердечнике. Трансформатор – это один из видов индуктивности. Если от середины первичной обмотки сделать отвод, то между ним и крайними выводами будет равное напряжение. И оно будет равно половине напряжения питания. Но это в том случае, если сам трансформатор рассчитан на работу именно с таким питающим напряжением.

Но можно использовать несколько катушек (для примера можно взять две), соединить их последовательно и включить в сеть переменного тока. Зная значения индуктивностей, несложно произвести расчет падения на каждой из них:

U(L1) = U1 * (L1 / (L1 + L2)).
U(L2) = U1 * (L2 / (L1 + L2)).

В этих формулах L1 и L2 – индуктивности первой и второй катушек, U1 – напряжение питающей сети в Вольтах, U(L1) и U(L2) – падение напряжения на первой и второй индуктивностях соответственно. Схема такого делителя широко применяется в цепях измерительных устройств.

Делитель на конденсаторах

Очень популярная схема, используется для снижения значения питающей сети переменного тока. Применять ее в цепях постоянного тока нельзя, так как конденсатор, по теореме Кирхгофа, в цепи постоянного тока – это разрыв. Другими словами, ток по нему протекать не будет. Но зато при работе в цепи переменного тока конденсатор обладает реактивным сопротивлением, которое и способно погасить напряжение. Схема делителя похожа на ту, которая была описана выше, но вместо индуктивностей используются конденсаторы. Расчет производится по следующим формулам:

Реактивное сопротивление конденсатора: Х(С) = 1 / (2 * 3,14 *f * C).
Падение напряжения на С1: U(C1) = (C2 * U) / (C1 + C2).
Падение напряжения на С2: U(C1) = (C1 * U) / (C1 + C2).

Здесь С1 и С2 – емкости конденсаторов, U – напряжение в питающей сети, f – частота тока.

Делитель на резисторах

Схема во многом похожа на предыдущие, но используются постоянные резисторы. Методика расчета такого делителя немного отличается от приведенных выше. Использоваться схема может как в цепях переменного, так и постоянного тока. Можно сказать, что она универсальная. С ее помощью можно собрать понижающий преобразователь напряжения. Расчет падения на каждом резисторе производится по следующим формулам:

U(R1) = (R1 * U) / (R1 + R2).
U(R2) = (R2 * U) / (R1 + R2).

Нужно отметить один нюанс: величина сопротивления нагрузки должна быть на 1-2 порядка меньше, чем у делительных резисторов. В противном случае точность расчета будет очень грубая.

Практическая схема блока питания: трансформатор

Для выбора питающего трансформатора вам потребуется знать несколько основных данных:

Мощность потребителей, которые нужно подключать.
Значение напряжения питающей сети.
Значение необходимого напряжения во вторичной обмотке.

S = 1,2 * √P1.

А мощность Р1 = Р2 / КПД. Коэффициент полезного действия трансформатора никогда не будет более 0,8 (или 80%). Поэтому при расчете берется максимальное значение – 0,8.

Мощность во вторичной обмотке:

Р2 = U2 * I2.

Эти данные известны по умолчанию, поэтому произвести расчет не составит труда. Вот как понизить напряжение до 12 вольт, используя трансформатор. Но это не все: бытовая техника питается постоянным током, а на выходе вторичной обмотки – переменный. Потребуется совершить еще несколько преобразований.

Схема блока питания: выпрямитель и фильтр

Далее идет преобразование переменного тока в постоянный. Для этого используются полупроводниковые диоды или сборки. Самый простой тип выпрямителя состоит из одного диода. Называется он однополупериодный. Но максимальное распространение получила мостовая схема, которая позволяет не просто выпрямить переменный ток, но и избавиться максимально от пульсаций. Но такая схема преобразователя все равно неполная, так как от переменной составляющей одними полупроводниковыми диодами не избавиться. А понижающие трансформаторы способны преобразовать переменное напряжение в такое же по частоте, но с меньшим значением.

Электролитические конденсаторы используются в блоках питания в качестве фильтров. По теореме Кирхгофа, такой конденсатор в цепи переменного тока является проводником, а при работе с постоянным – разрывом. Поэтому постоянная составляющая будет протекать беспрепятственно, а переменная замкнется сама на себя, следовательно, не пройдет дальше этого фильтра. Простота и надежность – это именно то, что характеризует такие фильтры. Также могут применяться сопротивления и индуктивности для сглаживания пульсаций. Подобные конструкции используются даже в автомобильных генераторах.

Стабилизация напряжения

Вы узнали, как понизить напряжение до нужного уровня. Теперь его нужно стабилизировать. Для этого используются специальные приборы – стабилитроны, которые изготовлены из полупроводниковых компонентов. Они устанавливаются на выходе блока питания постоянного тока. Принцип работы заключается в том, что полупроводник способен пропустить определенное напряжение, излишек преобразуется в тепло и отдается посредством радиатора в атмосферу. Другими словами, если на выходе БП 15 вольт, а установлен стабилизатор на 12 В, то он пропустит именно столько, сколько нужно. А разница в 3 В пойдет на нагрев элемента (закон сохранения энергии действует).

Заключение

Совершенно другая конструкция – это стабилизатор напряжения понижающий, он делает несколько преобразований. Сначала напряжение сети преобразуется в постоянное с большой частотой (до 50 000 Гц). Оно стабилизируется и подается на импульсный трансформатор. Далее происходит обратное преобразование до рабочего напряжения (сетевого или меньшего по значению). Благодаря использованию электронных ключей (тиристоров) постоянное напряжение преобразуется в переменное с необходимой частотой (в сетях нашей страны – 50 Гц).

Высокое или повышенное напряжение. Как понизить напряжение в сети

Высокое и повышенное напряжение. Причины возникновения

Как в наших электросетях могут появиться высокое или повышенное напряжение? Как правило к повышению напряжения могут привести некачественные электрические сети или аварии в сетях. К недостаткам сетей можно отнести: устаревшие сети, низкокачественное обслуживание сетей, высокий процент амортизации электрооборудования, неэффективное планирование линий передач и распределительных станций, не управляемый рост количества потребителей. Это приводит к тому, что сотни тысяч потребителей, получают высокое или повышенное напряжение. Значение напряжения в таких сетях может достигать 260, 280, 300 и даже 380 Вольт.

Одной из причин повышенного напряжения, как ни странно, может быть пониженное напряжение потребителей, находящихся далеко от трансформаторной подстанции. В этом случае часто электрики умышленно повышают выходное напряжение электрической подстанции, чтобы добиться удовлетворительных показателей тока у последних в линии передач потребителей. В итоге, у первых в линии напряжение будет повышенным. По этой же причине можно наблюдать повышенное напряжение в дачных поселках. Здесь изменение параметров тока связаны с сезонностью и периодичностью потребления тока. Летом мы наблюдаем рост потребления электроэнергии. В этот сезон на дачах находится много людей, они используют большое количество энергии, а зимой потребление тока резко падает. В выходные дни потребление на дачных участках растёт, а в рабочие дни падает. В результате имеем картину неравномерного потребления энергии. В этом случае, если установить выходное напряжение на подстанции (а они, как правило, недостаточной мощности) нормальным (220 Вольт), то летом и в выходные напряжение резко просядет и будет пониженным. Поэтому электрики изначально настраивают трансформатор на повышенное напряжение. В итоге зимой и в рабочие дни напряжение в поселках высокое или повышенное.

Вторая большая группа причин появления высокого напряжения — это перекосы по фазам при подключении потребителей. Часто бывает так, что подключение потребителей происходит хаотично без предварительного плана и проекта. Или в ходе реализации проекта или развития поселений происходит изменение значения потребления на разных фазах линии передач. Это может привести к тому, что на одной фазе напряжение будет пониженным, а на другой фазе — повышенным.

Третья группа причин повышенного напряжения в сети — это аварии на линиях электропередач и внутренних линиях. Здесь следует выделить две основные причины — обрыв нуля и попадание тока высокого напряжения в обычные сети. Второй случай — это редкость, случается в городах в сильный ветер, ураган. Бывает, что линия питания электротранспорта (трамвая или троллейбуса) попадает при обрыве на линии городских сетей. В этом случае в сеть может попасть и 300, и 400 Вольт.

Теперь рассмотрим, что происходит при пропадании «нуля» во внутренние домовые сети. Этот случай бывает довольно часто. Если в одном подъезде дома используется две фазы, то при пропадании нуля (например, нет контакта на нуле) происходит изменение значения напряжения на разных фазах. На той фазе, где сейчас нагрузка в квартирах меньше, напряжение будет завышенным, на второй фазе — заниженным. Причем напряжение распределяется обратно пропорционально нагрузке. Так, если на одной фазе нагрузка именно в этот момент в 10 раз больше, чем на другой, то мы можем получить на первой фазе 30 Вольт (низкое напряжение), а на второй фазе — 300 Вольт (высокое напряжение). Что приведет к сгоранию электрических приборов и, возможно, пожару.

Чем опасно высокое и повышенное напряжение

Высокое напряжение опасно для электрических приборов. Значительное повышение напряжения может привести к сгоранию приборов, их перегреву, дополнительному износу. Особенно критичны к высокому напряжению электронное оборудование и электромеханические приборы.

Повышенное напряжение может привести к пожару в доме, нанести большой ущерб.

Как защититься от высокого напряжения и как понизить напряжение в сети

Чтобы защитить свои сети от повышенного напряжения, пиков высокого напряжения, скачков тока и перенапряжения необходимо использовать устройства защиты от скачков напряжения.
Подробнее смотрите в разделе “Устройства защиты от импульсных перенапряжений”. Чтобы понизить напряжение, нормализовать параметры тока необходимо использовать стабилизаторы. Подробнее смотрите в разделе “Стабилизаторы напряжения”.
Читайте также:
Понизить напряжение с 12 до 3 вольт
В этой статье расскажу о весьма банальных вещах, что не менялись уже не одно десятилетие, да они вообще не менялись. Другое дело, что с тех пор как был изучен принцип снижения напряжения в замкнутой цепи за счет сопротивления, появились и другие принципы питания нагрузки, за счет ШИМ, но тема это отдельная, хотя и заслуживающая внимания. Поэтому продолжу все-таки по порядку логического русла, когда расскажу о законе Ома, потом о его применении для различных радиоэлементов участвующих в понижении напряжения, а после уже можно упомянуть и о ШИМ.
Закон Ома при понижении напряжения
Собственно был такой дядька Георг Ом, который изучал протекание тока в цепи. Производил измерения, делал определенные выводы и заключения. Итогами его работы стала формула Ома, как говорят закон Ома. Закон описывает зависимость падения напряжения, тока от сопротивления.
Сам закон весьма понятен и схож с представлением таких физических событий как протекание жидкости по трубопроводу. Где жидкость, а вернее ее расход это ток, а ее давление это напряжение. Ну и само собой любые изменения сечения или препятствия в трубе для потока, это будет сопротивлением. Итого получается, что сопротивление «душит» давление, когда из трубы под давлением, могут просто капать капли, и тут же падает и расход. Давление и расход величины весьма зависящие друг от друга, как ток и напряжение. В общем если все записать формулой, то получается так:
R=U/I; То есть давление (U) прямо пропорционально сопротивлению в трубе (R), но если расход (I) будет большой, то значит сопротивления как такового нет… И увеличенный расход должен показывать на пониженное сопротивление.
Весьма туманно, но объективно! Осталось сказать, что закон то этот впрочем, был получен эмпирическим путем, то есть окончательные факторы его изменения весьма не определены.
Теперь вооружившись теоретическими знаниями, продолжим наш путь в познании того, как же снизить нам напряжение.
Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт с помощью резистора
Самое простое это взять и использовать нестабилизированную схему. То есть когда напряжение просто понизим за счет сопротивления и все. Рассказывать о таком принципе особо нечего, просто считаем по формуле выше и все. Приведу пример. Скажем снижаем с 12 вольт до 5.
R=U/I. С напряжением понятно, однако смотрите, у нас недостаточно данных! Ничего не известно о «расходе», о токе потребления. То есть если вы решите посчитать сопротивление для понижения напряжения, то обязательно надо знать, сколько же «хочет кушать» наша нагрузка.
Эту величину вам необходимо будет посмотреть на приборе, который вы собираетесь питать или в инструкции к нему. Примем условно ток потребления 50 мА=0,05 А. Осталось также еще заметить, что по этой формуле мы подберем сопротивление, которое будет полностью гасить напряжение, а нам надо оставить 5 вольт, то 12-5=7 вольт подставляем в формулу.
R= 7/0,05=140 Ом нужно сопротивление, чтобы после из 12 вольт получить 5, с током на нагрузке в 50 мА.
Осталось упомянуть о не менее важном! О том, что любое гашение энергии, а в данном случае напряжение, связано с рассеиваемой мощностью, то есть наш резистор должен будет «выдержать» то тепло, которое будет рассеивать. Мощность резистора считается по формуле.
P=UI. Получаем. P=70,05=0,35 Вт должна быть мощность резистора. Не менее. Вот теперь курс расчет для резистора можно считать завершенным.
Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт с помощью микросхемы
Ничего принципиально не меняется и в этом случае. Если сравнивать этот вариант понижения через микросхему, с вариантом использующим резистор. По факту здесь все один в один, разве что добавляются полезные «интеллектуальные» особенности подстройки внутреннего сопротивления микросхемы исходя из тока потребления. То есть, как мы поняли из абзаца выше, в зависимости от тока потребления, расчетное сопротивление должно «плавать». Именно это и происходит в микросхеме, когда сопротивление подстраивается под нагрузку таким образом, что на выходе микросхемы всегда одно и тоже напряжение питания! Ну и плюсом идут такие «полезные плюшки» как защита от перегрева и короткого замыкания. Что касательно микросхем, так называемых стабилизаторов напряжения на 5 вольт, то это могут быть: LM7805, КРЕН142ЕН5А. Подключение тоже весьма простое.
Само собой для эффективной работы микросхемы ставим ее на радиатор. Ток стабилизации ограничен 1,5 -2 А.
Вот такие вот принципы понижения напряжения с 12 на 5 вольт. Теперь один раз их поняв, вы сможете легко рассчитать какое сопротивление надо поставить или как подобрать микросхему, чтобы получить любое другое более низкое напряжение.
Осталось сказать пару слов о ШИМ.
Широко импульсная модуляция весьма перспективный и самое главное высокоэффективный метод питания нагрузки, но опять же со своими подводными камнями. Вся суть ШИМ сводится к тому, чтобы выдавать импульсами такое напряжение питание, которое суммарно с моментами отсутствия напряжения будет давать мощность и среднее напряжение достаточное для работы нагрузки. И здесь могут быть проблемы, если подключить источник питания от одного устройства к другому. Ну, самые простые проблемы это отсутствие тех характеристик, которые заявлены. Возможны помехи, неустойчивая работа. В худшем случае ШИМ источник питания может и вовсе сжечь прибор, под которые не предназначен изначально!
Напряжение и сила тока — две основных величины в электричестве. Кроме них выделяют и ряд других величин: заряд, напряженность магнитного поля, напряженность электрического поля, магнитная индукция и другие. Практикующему электрику или электронщику в повседневной работе чаще всего приходится оперировать именно напряжением и током — Вольтами и Амперами. В этой статье мы расскажем именно о напряжении, о том, что это такое и как с ним работать.
Определение физической величины
Напряжение это разность потенциалов между двумя точками, характеризует выполненную работу электрического поля по переносу заряда из первой точки во вторую. Измеряется напряжение в Вольтах. Значит, напряжение может присутствовать только между двумя точками пространства. Следовательно, измерить напряжение в одной точке нельзя.
Потенциал обозначается буквой “Ф”, а напряжение буквой “U”. Если выразить через разность потенциалов, напряжение равно:
Если выразить через работу, тогда:
где A — работа, q — заряд.
Измерение напряжения
Напряжение измеряется с помощью вольтметра. Щупы вольтметра подключают на две точки напряжение, между которыми нас интересует, или на выводы детали, падение напряжения на которой мы хотим измерить. При этом любое подключение к схеме может влиять на её работу. Это значит, что при добавлении параллельно элементу какой-либо нагрузки ток в цепи изменить и напряжение на элементе измениться по закону Ома.
Вывод:
Вольтметр должен обладать максимально высоким входным сопротивлением, чтобы при его подключении итоговое сопротивление на измеряемом участке оставалось практически неизменным. Сопротивление вольтметра должно стремиться к бесконечности, и чем оно больше, тем большая достоверность показаний.
На точность измерений (класс точности) влияет целый ряд параметров. Для стрелочных приборов – это и точность градуировки измерительной шкалы, конструктивные особенности подвеса стрелки, качество и целостность электромагнитной катушки, состояние возвратных пружин, точность подбора шунта и прочее.
Для цифровых приборов — в основном точность подбора резисторов в измерительном делителе напряжения, разрядность АЦП (чем больше, тем точнее), качество измерительных щупов.
Для измерения постоянного напряжения с помощью цифрового прибора (например, мультиметра), как правило, не имеет значения правильность подключения щупов к измеряемой цепи. Если вы подключите положительный щуп к точке с более отрицательным потенциалом, чем у точки, к которой подключен отрицательный щуп — то на дисплее перед результатом измерения появится знак “–”.
А вот если вы меряете стрелочным прибором нужно быть внимательным, При неправильном подсоединении щупов стрелка начнет отклоняться в сторону нуля, упрется в ограничитель. При измерении напряжений близких к пределу измерений или больше она может заклинить или погнуться, после чего о точности и дальнейшей работе этого прибора говорить не приходится.
Для большинства измерений в быту и в электронике на любительском уровне достаточно и вольтметра встроенного в мультиметры типа DT-830 и подобных.
Чем больше измеряемые значения — тем ниже требования к точности, ведь если вы измеряете доли вольта и у вас погрешность в 0.1В — это существенно исказит картину, а если вы измеряете сотни или тысяч вольт, то погрешность и в 5 вольт не сыграет существенной роли.
Что делать если напряжение не подходит для питания нагрузки
Для питания каждого конкретного устройства или аппарата нужно подать напряжение определенной величины, но случается, так что имеющийся у вас источник питания не подходит и выдает низкое или слишком высокое напряжение. Решается эта проблема разными способами, в зависимости от требуемой мощности, напряжения и силы тока.
Как понизить напряжение сопротивлением?
Сопротивление ограничивает ток и при его протекании падает напряжение на сопротивление (токоограничивающий резистор). Такой способ позволяет понизить напряжение для питания маломощных устройств с токами потребления в десятки, максимум сотни миллиампер.
Примером такого питания можно выделить включение светодиода в сеть постоянного тока 12 (например, бортовая сеть автомобиля до 14.7 Вольт). Тогда, если светодиод рассчитан на питание от 3.3 В, током в 20 мА, нужен резистор R:
R=(14.7-3.3)/0.02)= 570 Ом
Но резисторы отличаются по максимальной рассеиваемой мощности:
Ближайший по номиналу в большую сторону — резистор на 0.25 Вт.
Именно рассеиваемая мощность и накладывает ограничение на такой способ питания, обычно мощность резисторов не превышает 5-10 Вт. Получается, что если нужно погасить большое напряжение или запитать таким образом нагрузку мощнее, придется ставить несколько резисторов т.к. мощности одного не хватит и ее можно распределить между несколькими.
Способ снижения напряжения резистором работает и в цепях постоянного тока и в цепях переменного тока.
Недостаток — выходное напряжение ничем нестабилизировано и при увеличении и снижении тока оно изменяется пропорционально номиналу резистора.
Как понизить переменное напряжение дросселем или конденсатором?
Если речь вести только о переменном токе, то можно использовать реактивное сопротивление. Реактивное сопротивление есть только в цепях переменного тока, это связно с особенностями накопления энергии в конденсаторах и катушках индуктивности и законами коммутации.
Дроссель и конденсатор в переменном токе могут быть использованы в роли балластного сопротивления.
Реактивное сопротивление дросселя (и любого индуктивного элемента) зависит от частоты переменного тока (для бытовой электросети 50 Гц) и индуктивности, оно рассчитывается по формуле:
где ω – угловая частота в рад/с, L-индуктивность, 2пи – необходимо для перевода угловой частоты в обычную, f – частота напряжения в Гц.
Реактивное сопротивление конденсатора зависит от его емкости (чем меньше С, тем больше сопротивление) и частоты тока в цепи (чем больше частота, тем меньше сопротивление). Его можно рассчитать так:
Пример использования индуктивного сопротивление — это питание люминесцентных ламп освещения, ДРЛ ламп и ДНаТ. Дроссель ограничивает ток через лампу, в ЛЛ и ДНаТ лампах он используется в паре со стартером или импульсным зажигающем устройством (пусковое реле) для формирования всплеска высокого напряжения включающего лампу. Это связано с природой и принципом работы таких светильников.
А конденсатор используют для питания маломощных устройств, его устанавливают последовательно с питаемой цепью. Такой блок питания называется “бестрансфоматорный блок питания с балластным (гасящим) конденсатором”.
Очень часто встречают в качестве ограничителя тока заряда аккумуляторов (например, свинцовых) в носимых фонарях и маломощных радиоприемниках. Недостатки такой схемы очевидны — нет контроля уровня заряда аккумулятора, их выкипание, недозаряд, нестабильность напряжения.
Как понизить и стабилизировать напряжение постоянного тока
Чтобы добиться стабильного выходного напряжения можно использовать параметрические и линейные стабилизаторы. Часто их делают на отечественных микросхемах типа КРЕН или зарубежных типа L78xx, L79xx.
Линейный преобразователь LM317 позволяет стабилизировать любое значение напряжения, он регулируемый до 37В, вы можете сделать простейший регулируемый блок питания на его основе.
Если нужно незначительно снизить напряжение и стабилизировать его описанные ИМС не подойдут. Чтобы они работали должна быть разница порядка 2В и более. Для этого созданы LDO(low dropout)-стабилизаторы. Их отличие заключается в том, что для стабилизации выходного напряжение нужно, чтобы входное его превышало на величину от 1В. Пример такого стабилизатора AMS1117, выпускается в версиях от 1.2 до 5В, чаще всего используют версии на 5 и 3.3В, например в платах Arduino и многом другом.
Конструкция всех вышеописанных линейных понижающих стабилизаторов последовательного типа имеет существенный недостаток – низкий КПД. Чем больше разница между входным и выходным напряжением – тем он ниже. Он просто «сжигает» лишнее напряжение, переводя его в тепло, а потери энергии равны:
Компания AMTECH выпускает ШИМ аналоги преобразователей типа L78xx, они работают по принципу широтно-импульсной модуляции и их КПД равен всегда более 90%.
Они просто включают и выключают напряжение с частотой до 300 кГц (пульсации минимальны). А действующее напряжение стабилизируется на нужном уровне. А схема включения аналогичная линейным аналогам.
Как повысить постоянное напряжение?
Для повышения напряжения производят импульсные преобразователи напряжения. Они могут быть включены и по схеме повышения (boost), и понижения (buck), и по повышающе-понижающей (buck-boost) схеме. Давайте рассмотрим несколько представителей:
1. Плата на базе микросхемы XL6009
2. Плата на базе LM2577, работает на повышение и понижение выходного напряжения.
3. Плата преобразователь на FP6291, подходит для сборки 5 V источника питания, например powerbank. С помощью корректировке номиналов резисторов может перестраиваться на другие напряжения, как и любые другие подобные преобразователь – нужно корректировать цепи обратной связи.
4. Плата на базе MT3608
Здесь всё подписано на плате – площадки для пайки входного – IN и выходного – OUT напряжения. Платы могут иметь регулировку выходного напряжения, а в некоторых случая и ограничения тока, что позволяет сделать простой и эффективный лабораторный блок питания. Большинство преобразователей, как линейных, так и импульсных имеют защиту от КЗ.
Как повысить переменное напряжение?
Для корректировки переменного напряжения используют два основных способа:
Автотрансформатор – это дроссель с одной обмоткой. Обмотка имеет отвод от определенного количества витков, так подключаясь между одним из концов обмотки и отводом, на концах обмотки вы получаете повышенное напряжение во столько раз, во сколько соотносится общее количество витков и количество витков до отвода.
Промышленностью выпускаются ЛАТРы – лабораторные автотрансформаторы, специальные электромеханические устройства для регулировки напряжения. Очень широко применение они нашли в разработке электронных устройств и ремонте источников питания. Регулировка достигается за счет скользящего щеточного контакта, к которому подключается питаемое устройство.
Недостатком таких устройств является отсутствие гальванической развязки. Это значит, что на выходных клеммах может запросто оказаться высокое напряжение, отсюда опасность поражения электрическим током.
Трансформатор – это классический способ изменения величины напряжения. Здесь есть гальваническая развязка от сети, что повышает безопасность таких установок. Величина напряжения на вторичной обмотке зависит от напряжений на первичной обмотки и коэффициента трансформации.
Отдельный вид – это импульсные трансформаторы. Они работают на высоких частотах в десятки и сотни кГц. Используются в подавляющем большинстве импульсных блоках питания, например:
Зарядное устройство вашего смартфона;
Блок питания ноутбука;
Блок питания компьютера.
За счет работы на большой частоте снижаются массогабаритные показатели, они в разы меньше чем у сетевых (50/60 Гц) трансформаторов, количество витков на обмотках и, как следствие, цена. Переход на импульсные блоки питания позволил уменьшить габариты и вес всей современной электроники, снизить её потребление за счет увеличения кпд (в импульсных схемах 70-98%).
В магазинах часто встречаются электронные траснформаторы, на их вход подаётся сетевое напряжение 220В, а на выходе например 12 В переменное высокочастотное, для использования в нагрузке которая питается от постоянного тока нужно дополнительно устанавливать на выход диодный мост из высокоскоростных диодов.
Внутри находится импульсный трансформатор, транзисторные ключи, драйвер, или автогенераторная схема, как изображена ниже.
Достоинства – простота схемы, гальваническая развязка и малые размеры.
Недостатки – большинство моделей, что встречаются в продаже, имеют обратную связь по току, это значит что без нагрузки с минимальной мощностью (указано в спецификациях конкретного прибора) он просто не включится. Отдельные экземпляры оборудованы уже ОС по напряжению и работают на холостом ходу без проблем.
Используются чаще всего для питания 12В галогенных ламп, например точечные светильники подвесного потолка.
Заключение
Мы рассмотрели базовые сведения о напряжении, его измерении, а также регулировки. Современная элементная база и ассортимент готовых блоков и преобразователей позволяет реализовывать любые источники питания с необходимыми выходными характеристиками. Подробнее о каждом из способов можно написать отдельную статью, в пределах этой я постарался уместить базовые сведения, необходимые для быстрого подбора удобного для вас решения.
DC-DC преобразователь 12>3 Вольт, был создан для запитки маломощных плееров с питанием от двух пальчиковых батареек. Поскольку плееры были предназначены для работы в автомобиле, а бортовая сеть автомобиля доставляет 12 Вольт, то каким-то образом нужно было понизить напряжения до номинала 3-4 Вольт.
При заведенном двигателе автомобиля, напряжение бортовой сети повышается до 14 Вольт, это тоже нужно принять во внимание.
3 Вольт” w />
Недолго думая, решил изготовить самый простой понижающий преобразователь, если представленное устройство вообще можно назвать преобразователем. Конструкция DC-DC преобразователя довольно проста и основана на явлении спада напряжения, которое проходит через кристалл полупроводникового диода. Как известно, проходя через полупроводниковый диод, номинал постоянного напряжения спадает в районе 0,7 Вольт. Поэтому, чтобы получить нужный спад напряжения, были использованы 12 дешевых полупроводниковых диода серии IN4007. Это обычные выпрямительные диоды с током 1 Ампер и с обратным напряжением порядка 1000 Вольт, желательно использовать именно эти диоды, поскольку они являются самым доступным и дешевым вариантом. Ни в коем случае не стоит использовать диоды с барьером Шоттки, на них спад напряжения слишком мал, следовательно, для наших целей они не подходят.
3 Вольт” w />
После диодов желательно поставить конденсатор (электролит 100-470мкФ) для сглаживания пульсаций и помех.
Выходное напряжение нашего «DC-DC преобразователя» составляет 3,3-3,7 Вольт, выходной ток (максимальный) до 1 Ампер. В ходе работы диоды должны чуток перегреваться, но это вполне нормально.
3 Вольт” w />
Весь монтаж можно выполнить на обычной макетной плате или же навесным образом, но не стоит забывать, что вибрации могут разрушить места припоев, поэтому в случае использования навесного варианта, диоды желательно приклеить друг к другу с помощью термоклея.
3 Вольт” w />
Аналогичным способом можно понизить напряжение бортовой сети автомобиля до 5 Вольт, для зарядки портативной цифровой электроники — планшетных компьютеров, навигаторов, GPS приемников и мобильных телефонов.
Эффективный способ регулирования напряжения
Да, резистор потребляет энергию, но это не основная причина, по которой его не использовать. Падение напряжения на резисторе будет изменяться в зависимости от тока, поэтому, если ваша нагрузка непостоянна (а никогда не бывает), напряжение будет меняться. Это не то, что вы хотите от регулятора. Никогда не используйте последовательный резистор в качестве регулятора напряжения!
Существует две большие категории регуляторов напряжения: линейные и переключающие.
Линейный стабилизатор обычно состоит из трех ножек: входной контакт, земля и выходной контакт.Типичный пример: LM7805. Они имеют хорошую регулировку и просты в использовании. Главный недостаток: они неэффективны. Ток нагрузки проходит через регулятор и вызывает там падение напряжения, как это сделал бы последовательный резистор. Если ваша цепь 5 В потребляет 1 А, вы потребляете этот 1 А из 9 В, поэтому для 5 Вт нагрузки потребуется 9 Вт от вашего источника питания, это эффективность 55%. Это становится еще хуже, если ваше входное напряжение выше, например, 24 В. При таком высоком входном напряжении регулятору требуется значительного охлаждения.Вам не нужен линейный регулятор для такого рода приложений.
Коммутатор (или SMPS, для импульсного источника питания) является решением. При этом используется катушка для создания магнитного поля, которое, в свою очередь, преобразуется обратно в выходное напряжение. Коммутаторы немного сложнее в эксплуатации, чем линейные регуляторы, но они намного эффективнее; Часто возможен КПД 95%. Поскольку они работают на более высоких частотах (от 100 кГц до нескольких МГц), компоновка платы имеет первостепенное значение для уменьшения излучения.Правильный выбор компонентов и тщательная компоновка печатной платы также важны для достижения высокой эффективности.
Хорошая новость заключается в том, что переключатели сейчас очень распространены, а их конструкция намного проще, чем 20 лет назад; многим коммутаторам требуется всего четыре внешних компонента. У TI есть коммутатор Simple Switcher серии (в девичестве National Semiconductor) с онлайн-инструментами проектирования.
AndrejaKo сделал интересное замечание. Существуют модули переключателей, которые можно использовать в качестве замены линейного регулятора TO-220:
Как он говорит, это не дешево, но может быть правильным решением, если вам нужен эффективный регулятор, но у вас нет опыта самостоятельной разработки переключателя.
Снижение напряжения с помощью резисторов – Обмен электротехнического стека
Есть несколько способов получить 5 В от источника 12 В. У каждого есть свои преимущества и недостатки, поэтому я составил 5 основных схем, чтобы показать их плюсы и минусы.
Цепь 1 – это простой последовательный резистор, точно такой же, как тот, о котором вам говорили “некоторые”.
Работает, НО работает только при одном значении тока нагрузки и расходует большую часть подаваемой энергии.Если значение нагрузки изменится, напряжение изменится, так как регулирования нет. Однако он выдержит короткое замыкание на выходе и защитит источник 12 В от короткого замыкания.
Цепь 2 представляет собой последовательный стабилитрон (или вы можете использовать ряд обычных диодов, последовательно включенных для компенсации падения напряжения, например, 12 кремниевых диодов)
Работает, НО большую часть мощности рассеивает стабилитрон. Не очень эффективно! С другой стороны, это дает определенную степень регулирования при изменении нагрузки.Однако, если вы закоротите выход, волшебный синий дым вырвется из стабилитрона … Такое короткое замыкание также может повредить источник 12 В после разрушения стабилитрона.
Схема 3 – это последовательный транзистор (или эмиттерный повторитель) – показан переходной транзистор, но аналогичная версия может быть построена с использованием полевого МОП-транзистора в качестве истокового повторителя.
Работает, НО большая часть мощности должна рассеиваться транзистором, и он не защищен от короткого замыкания.Как и в схеме 2, вы можете повредить источник 12 В. С другой стороны, регулирование будет улучшено (из-за эффекта усиления тока транзистора). не диод Зенера больше не должен принимать полный ток нагрузки, поэтому намного дешевле / меньше / меньше энергии Зенера или другое опорное напряжение устройства может быть использована. Эта схема на самом деле менее эффективна, чем схемы 1 и 2, потому что для стабилитрона и связанного с ним резистора требуется дополнительный ток.
Контур 4 – трехконтактный регулятор (IN-COM-OUT).Это может быть выделенная ИС (например, 7805) или дискретная схема, построенная из операционных усилителей / транзисторов и т. Д.
Работает, НО устройство (или цепь) должно рассеивать больше мощности, чем подается на нагрузку. Это даже более неэффективно, чем схемы 1 и 2, потому что дополнительная электроника потребляет дополнительный ток. С другой стороны, он выдержит короткое замыкание и, следовательно, является улучшением схем 2 и 3. Он также ограничивает максимальный ток, который может потребоваться в условиях короткого замыкания, защищая источник 12 В.
Цепь 5 представляет собой понижающий стабилизатор (импульсный регулятор постоянного / постоянного тока).
Работает, НО на вывод может быть немного резким из-за высокочастотной коммутации устройства. Однако он очень эффективен, потому что использует накопленную энергию (в катушке индуктивности и конденсаторе) для преобразования напряжения. Имеет разумную регулировку напряжения и ограничение выходного тока. Он выдержит короткое замыкание и защитит аккумулятор.
Все эти 5 цепей работают (т.е.е. все они производят 5 В при нагрузке), и у всех есть свои плюсы и минусы. Некоторые работают лучше других с точки зрения защиты, регулирования и эффективности. Как и большинство инженерных проблем, это компромисс между простотой, стоимостью, эффективностью, надежностью и т. Д.
Что касается «постоянного тока» – у вас не может быть постоянного (постоянного) напряжения и постоянного тока с переменной нагрузкой . Вы должны выбрать – постоянное напряжение ИЛИ постоянный ток.Если вы выберете постоянное напряжение, вы можете добавить какую-либо схему к , чтобы ограничить максимального тока до безопасного максимального значения – например, в схемах 4 и 5.
Лучший способ получить низкое напряжение постоянного тока от высокого постоянного напряжения для источника питания?
Эта проблема известна как начальная загрузка. Это еще большая проблема при разработке низковольтных повышающих преобразователей. Если у вас есть источник 0,1 В 10 А, конечно, у вас есть мощность 1 Вт и, вероятно, вы могли бы генерировать от него около 200 мА при 5 В, но вам нужно напряжение, подходящее для некоторой электроники.Источник питания 5 В удобно и неограниченно доступен на выходе ваших устройств вскоре после того, как вы решите эту проблему.
Я не буду здесь вдаваться в конструкцию начальной загрузки повышающего преобразователя (потому что не знаю, как это сделать …), но я бы предложил, как вы могли бы разработать понижающий преобразователь.
Предположим, у вас есть схема, которая может генерировать 12 В от 120 В при питании от 12 В. Это не так уж сложно, есть несколько дизайнов, которые могут это сделать. В Википедии есть простой вариант, вы можете изучить другие в различных заметках по применению.Если ваш коммутатор колеблется на частоте в несколько сотен килогерц, вы должны сгенерировать полезный сигнал 12 В за несколько миллисекунд.
Поэтому вам нужен способ генерировать напряжение для питания вашего устройства всего на несколько миллисекунд, а затем выключить его. Простая система резистор / стабилитрон> 12 В с транзистором сразу после резистора подойдет. PMOS с затвором на выходе вашей схемы должен выключить этот источник вскоре после того, как ваш регулятор заработает. Вы должны убедиться, что ваша нагрузка отключена при запуске, потому что это может привести к тому, что ваш шунтирующий регулятор выйдет из строя.
Разделите вашу проблему на два этапа:
Генерировать 12 В от 200 В при питании от внешнего источника 12 В.
Генерировать 12 В от 200 В в течение нескольких миллисекунд без внешнего источника.
Затем объедините два. Первая задача, пожалуй, более интересна, многие учебники пропускают вторую задачу. Мой профессор упомянул это как примечание во время лекции.
В других ответах указано, что вы, вероятно, можете просто нажать на импульсный регулятор переменного тока после схемы выпрямления, но я подозреваю, что вы также хотите знать, как он работает.
Эффективное снижение высокого напряжения питания для точного измерения низкого напряжения
DAQ-система обеспечивает соответствие ASIL-D для систем управления батареями электромобилей

14-канальная высоковольтная система сбора данных ASIL-D MAX17852 от Maxim Integrated Продукция предлагает высочайший уровень безопасности по напряжению, току, температуре и связи, а также меньшую занимаемую площадь и стоимость решения. Разработанный для интеграции в электромобили, гибридные электромобили и другие транспортные системы, он может использоваться для интеллектуальных распределительных коробок и автомобильных аккумуляторных систем с напряжением от 48 до 400 В и выше.
MAX17852 построен с точностью и функциями, которые необходимы OEM-производителям и производителям электромобилей для проектирования своих систем в соответствии с высочайшими стандартами ASIL-D. Однокристальное решение требует на 16% меньше места на плате и на 20% меньше стоимости спецификации, чем дискретное решение.
Благодаря своей высокой точности измерения с точной временной синхронизацией, ИС может измерять напряжение ячейки в пределах ± 0,45 мВ при комнатной температуре и с максимальной погрешностью ± 2 мВ в диапазоне температур от 5 до 40 ° C.Кроме того, с диапазоном измерения тока усилителя ± 300 мВ, максимальным коэффициентом усиления 256 и максимальной погрешностью усиления измерения тока 0,3%, MAX17852 предоставляет быстрые и точные данные для расчета управления питанием, состояния работоспособности и состояния. заряда.
14-канальная аккумуляторная система сбора данных включает в себя усилитель считывания тока, чтобы гарантировать синхронный сбор информации о токе с напряжением и температурой элемента. MAX17852 позволяет использовать как датчик Холла, так и шунтирующие резисторы в качестве чувствительных компонентов.
Наличие и цены
Чтобы заказать MAX17852 или получить дополнительную информацию, нажмите здесь.
Восстанавливаемый предохранитель eFuse с регулируемой защитой от перенапряжения и возможностью маркировки

Компания Toshiba Electronics Europe добавила TCKE712BNL в свое семейство усовершенствованных микросхем eFuse. Обладая сопротивлением в открытом состоянии 53 мОм и временем срабатывания всего 320 нс, TCKE712BNL охватывает диапазон входного напряжения от 4,4 до 13,2 В. Это новое устройство предназначено для широкого спектра различных товаров бытовой электроники, включая камеры, беспроводные чистящие средства и электроинструменты, роботы-уборщики, серверы, интеллектуальные колонки, термостаты и беспроводные зарядные устройства.
Электронные предохранители отличаются от обычных предохранителей со стеклянной трубкой и микросхемой, которые обеспечивают однократную защиту от превышения предельных значений. Они предназначены для защиты цепей во время повторяющихся событий превышения лимита, после которых они автоматически сбрасываются внутренним логическим сигналом. Электронные предохранители также обладают гораздо более быстрым откликом и могут предлагать дополнительные встроенные функции защиты.
Например, можно запрограммировать порог перенапряжения TCKE712BNL в соответствии с требованиями конкретного приложения.Он также предлагает программируемые механизмы защиты от перегрузки по току (также регулируемой), перегрева и короткого замыкания. И, в отличие от пассивных устройств, он включает функцию флага, которая передает внешний сигнал, который можно использовать для предупреждения инженеров о возможных неисправностях в конструкции схемы. Функция флага также имеет функцию блокировки обратного тока, которая позволяет использовать устройство в мультиплексных системах.
TCKE712BNL eFuse поставляется в компактном корпусе WSON10 размером 3,00 × 3.00 мм. Для получения дополнительной информации посетите страницу продукта TCKE712BNL.
«Гибридные» IGBT-транзисторы на 650 В оснащены совместно упакованным барьерным диодом Шоттки для повышения эффективности

Новое семейство «гибридных IGBT», разработанных Infineon Technologies, объединяет ключевые преимущества 650-V TRENCHSTOP 5 IGBT. технология и униполярная структура совместно упакованного SiC-диода с барьером Шоттки. Члены нового семейства продуктов CoolSiC предлагают превосходные частоты переключения и сниженные потери переключения, что делает их подходящими для преобразователей мощности постоянного тока и приложений коррекции коэффициента мощности (PFC).Это включает в себя инфраструктуру для зарядки аккумуляторов, решения для хранения энергии, фотоэлектрические инверторы и источники бесперебойного питания (ИБП), а также импульсные источники питания для серверов и телекоммуникаций (SMPS).

Гибридные IGBT могут использоваться в качестве замены для транзисторов TRENCHSTOP 5 IGBT, что позволяет повысить эффективность на 0,1% для каждой частоты переключения 10 кГц без усилий по изменению конструкции. Совместно упакованные, свободно вращающиеся SiC диоды Шоттки могут быстро переключаться без сильных колебаний и риска паразитного включения, что позволяет им обеспечивать улучшенную электромагнитную совместимость и надежность системы.

Например, гибридные IGBT CoolSiC демонстрируют значительное снижение коммутационных потерь при практически неизменных значениях dV / dt и di / dt. Они предлагают снижение E _на до 60% и снижение E _на до 30% по сравнению со стандартным кремниевым диодом. В качестве альтернативы, частота коммутации может быть увеличена, по крайней мере, на 40% при неизменных требованиях к выходной мощности, что позволяет использовать более дешевые пассивные компоненты меньшего размера.

Гибридный диод Infineon CoolSiC с дополнительным корпусом Кельвина.

Семейство дискретных IGBT-транзисторов CoolSiC Hybrid включает в себя 5 сверхбыстрых IGBT-транзисторов TRENCHSTOP на 40, 50 и 75 А, 650 В, в комплекте с диодами CoolSiC Gen 6 с половинным номиналом или среднескоростными IGBT-транзисторами S5. – комплектуется диодами CoolSiC Gen 6 с полным номиналом. Разработчики могут выбирать между корпусом эмиттера Кельвина TO-247-3 или TO-247-4. Четвертый вывод корпуса эмиттера Кельвина позволяет использовать контур управления затвор-эмиттер со сверхнизкой индуктивностью и снижает общие коммутационные потери.

Дополнительную информацию можно найти на сайте www.infineon.com/coolsic-hybrid-discretes.

Недорогие датчики повышают точность оценочной платы для счетчиков энергии, гальваническую развязку

STMicroelectronics представила новую оценочную плату, предназначенную для ускорения разработки экономичных трехфазных ваттметров переменного тока, соответствующих самым строгим международным стандартам качество и точность. Эталонная конструкция включает недорогие, устойчивые к электромагнитным помехам шунтирующие датчики и передовую технологию гальванической развязки, обеспечивающую превосходную надежность и надежность.Его также можно использовать в качестве основы для приложений, выходящих за рамки учета коммунальных услуг, таких как зарядка электромобилей, серверы и солнечные инверторы.

Оценочная плата EVALSTPM-3PHISO сочетает в себе интерфейсную ИС высокоточного измерения STPMS2 и усовершенствованный цифровой изолятор STISO621 с настраиваемой прошивкой под ключ, работающей на микроконтроллере STM32, для вычисления метрологических данных и данных о качестве электроэнергии. Схема датчиков и компоновка печатной платы оптимизированы для обеспечения устойчивости к электромагнитным помехам и высокого отношения сигнал / шум для высокоточных измерений и вычислений постобработки.

STPMS2 – это двухканальный 24-битный сигма-дельта-модулятор второго порядка, который измеряет напряжение и ток для каждой фазы с помощью встроенного делителя напряжения и шунтирующего датчика тока. Затем он передискретизирует сигнал с использованием синхронизированных тактовых импульсов 4 МГц, распределяемых микроконтроллером, и мультиплексирует потоки сигма-дельта-битов напряжения и тока на одном выходном выводе. Три STPMS2 используются в трехфазной системе для сбора данных о напряжении и токе для каждой фазы.

Мультиплексированный выходной сигнал STPMS2 преобразуется в 24-битные значения напряжения и тока микроконтроллером STM32, который использует свои встроенные цифровые фильтры в качестве сигма-дельта модуляторов (DFSDM).Затем процессор использует полученные 24-битные значения напряжения и тока для вычисления всех необходимых метрологических данных в режиме реального времени каждые 200 мкс. Прошивка платформы также реализует виртуальный COM-порт, который обеспечивает доступ к внутренним параметрам для чтения метрологических данных, изменения внутренней конфигурации и калибровки платы.

Двухканальный цифровой изолятор STISO621 – первый в новой серии ИС, в которых используется технология гальванической развязки толщиной 6 кВ на основе толстого оксида ST от ST для передачи данных между изолированными доменами в различных промышленных приложениях.STISO621 имеет два независимых канала с входами триггера Шмитта, что обеспечивает высокую помехозащищенность и сохраняет искажения импульсов ниже 3 нс. STISO621 обеспечивает более быструю передачу данных, более длительный срок службы и более высокая надежность, чем у обычных оптических изоляторов.

Плата для оценки результатов измерений ST соответствует стандартам EN 50470-x, IEC 62053-2x и ANSI12.2 стандарта для ваттметров переменного тока. Приложение предоставляет данные об активной широкополосной, активной основной гармонике, реактивной / полной мощности и энергии как по фазе, так и кумулятивно. Таким образом, он достигает класса точности 0,5 согласно IEC 62053-22 при измерении активной / полной мощности трехфазного тока и класса точности 1 согласно IEC 62053-21 при измерении трехфазной реактивной мощности. Он выполняет вычисления RMS и дополнительных искажений (THD) для каждого сигнала напряжения и тока, а также измерения постоянного тока, а также периода линии, фазового сдвига и задержки фазового напряжения для каждой фазы.

EVALSTPM-3PHISO также может использоваться в качестве эталона для многофазных промышленных измерительных приложений, помимо учета коммунальных услуг, подобных упомянутым выше. Оценочную плату EVALSTPM-3PHISO по цене 118 долларов можно приобрести на сайте st.com и у дистрибьюторов.

Для получения дополнительной информации посетите сайт www.st.com/isolated-interfaces.

МОП-транзисторы с P-каналом

обеспечивают превосходное сопротивление в открытом состоянии и выдерживают напряжение для 24-вольтных приложений

Новое семейство 24-х моделей ROHM Semiconductor 24 Вход V, выдерживаемое напряжение −40 / −60 В P-канальные МОП-транзисторы доступны как в одиночной, так и в двойной конфигурации.Устройства хорошо подходят для промышленных и бытовых приложений, таких как автоматизация производства, робототехника и системы кондиционирования воздуха.

В новых полевых МОП-транзисторах используется усовершенствованный полупроводниковый процесс поколения 5 ^-го для достижения самого низкого сопротивления на единицу площади в своем классе, по заявлению компании. Для продуктов на -40 В это означает, что сопротивление в открытом состоянии на 62% ниже, чем у традиционных продуктов, и на 52% ниже сопротивление в открытом состоянии для продуктов -60 В. Они также используют оптимизированную структуру устройства и новую конструкцию, которая снижает концентрацию электрического поля, что приводит к высокой надежности и низкому сопротивлению в открытом состоянии (которые обычно находятся в компромиссном соотношении).Эти решения способствуют стабильной долгосрочной эксплуатации промышленного оборудования, требующего исключительного качества.

Эти устройства отражают тенденцию к увеличению входного напряжения, обусловленную растущей потребностью в повышении эффективности в промышленных и бытовых приложениях. Хотя N-канальные полевые МОП-транзисторы обычно обладают более высокой эффективностью при использовании на стороне высокого напряжения, требуется напряжение затвора выше, чем входное напряжение, что усложняет конфигурацию схемы.

С другой стороны, полевые МОП-транзисторы с P-каналом могут работать с напряжением затвора ниже входного напряжения, что значительно упрощает конфигурацию схемы и снижает расчетную нагрузку.Приложения включают переключатели управления питанием и двигатели вентиляторов для промышленного оборудования.

Все устройства этого семейства в настоящее время доступны в серийных объемах. Щелкните здесь для получения дополнительной информации.

ИС питания GaN, предназначенные для потребительских приложений, с простым дизайном и на 66% большей мощностью

NV6128, высокомощная ИС GaNFast с номиналом 650/800 В, была разработана Navitas Semiconductor as лучшая альтернатива кремниевым устройствам, которые в настоящее время обслуживают рынок мощной мобильной и бытовой силовой электроники.Размещенный в корпусе PQFN размером 6 × 8 мм с фирменной интегрированной охлаждающей подставкой, более низкий 70 мВт R _{DS (on)} NV6128 дает ему 66% -ное увеличение допустимой нагрузки. Это подходит для высокоэффективных приложений с высокой плотностью мощности от 200 до 500 Вт, таких как моноблоки, телевизоры, игровые консоли, зарядные устройства eMobility (электронные скутеры, электронные велосипеды), игровые ноутбуки и т. Д.

Как и другие члены семейства микросхем питания GaNFast, NV6128 объединяет в себе схему управления, защиту и управление, чтобы предоставить самое простое и компактное решение для питания.Он рассчитан на 650 В для номинального режима работы плюс пиковое значение 800 В для надежной работы во время переходных процессов. Затвор GaN-транзистора полностью защищен, и все устройство защищено от электростатических разрядов (ESD) до 2 кВ.

«Это явная альтернатива кремниевым решениям по преобразованию энергии», – сказал Дэн Кинзер, технический директор / главный операционный директор Navitas и соучредитель. «В то время как некоторые OEM-адаптеры для ноутбуков уровня 1 все еще используют традиционные кремниевые диодные выпрямители и топологии повышения PFC, которые работают на частоте от 50 до 70 кГц, GaNFast NV6128 обеспечивает современную высокоскоростную архитектуру тотемного полюса, работающую на частоте 200 кГц, что позволяет 300 -W решения при плотности мощности более 1.1 Вт / куб. А когда вы в полной мере воспользуетесь способностью GaN поддерживать скорости переключения в диапазоне МГц +, вы получите еще один значительный скачок в плотности мощности ».

Поддержка проектирования включает подробные таблицы данных, электрические модели (SPICE) и механические модели (.stp). NV6128 находится в массовом производстве и сразу же доступен у партнеров-дистрибьюторов Navitas по цене 7,85 долларов за 1 тыс. Штук.

>> Электронные ресурсы для проектирования
.. >> Библиотека: Серия статей
.. .. >> Серия статей: PowerBites

Основная теория цепей постоянного тока | Глава 1 – Напряжение, ток, энергия и мощность

Соотношение напряжения и тока

Земля – динамичное место. Объекты движутся, происходят химические реакции, температура повышается и понижается. Это изобилие вечной активности связано с концепцией энергии . Различные формы энергии – термическая, механическая, химическая и т. Д. – являются проявлениями фундаментальной сущности, которая приводит к физическим изменениям при передаче от одного объекта к другому.

Электричество – это форма энергии, возникающая в результате существования и движения заряженных частиц, называемых электронами. Когда накопление электронов создает разницу в электрической потенциальной энергии между двумя точками, мы имеем напряжение (в уравнениях напряжение обозначается как V). Если эти две точки соединены проводящим материалом, электроны естественным образом переходят от более низкого напряжения к более высокому; этот механизм называется , электрический ток , обозначается I.

Электричество – это особенно удобный и универсальный вид энергии, и это сделало его мощным инструментом в руках бесчисленных умных людей, которые проектировали все, от большого электрического оборудования до крошечных электронных устройств. Удивительно представить себе разнообразную и сложную функциональность, которая начинается с электрической энергии, которая может передаваться через два небольших медных провода.

Сравнение напряжения и тока

	Текущий	Напряжение
Символ	я	В
Отношения	Ток не может течь без напряжения	Напряжение может существовать без тока
Измерено с	Амперметр	Вольтметр
Установка	А или амперы или сила тока	В или вольт или напряжение
Блок СИ	1 ампер = 1 кулон в секунду	1 вольт = 1 джоуль / кулон (V = W / C)
Поле	Магнитный	электростатический
Последовательное соединение	Ток одинаков для всех	Напряжение распределяется по компонентам
Параллельное соединение	Ток распределяется по компонентам	Напряжения одинаковы для всех компонентов

Мощность в электронике и способы ее расчета

В научном контексте мощность обозначает скорость передачи энергии.Таким образом, электрическая мощность – это скорость передачи электрической энергии. Единица измерения Вт (Вт), где один ватт равен передаче одного джоуля (Дж) энергии за одну секунду (с).

`1 \ W = 1 \ \ frac {J} {s}`

Электрическая мощность в ваттах равна напряжению в вольтах, умноженному на ток в амперах.

`\ text {power} = \ text {напряжение} \ \ times \ text {current}`

Единица измерения вольт (В) определяется как джоули на кулон, то есть передает энергию (в джоулях) на кулон заряда. ампер (А) – это кулоны в секунду, то есть сколько кулонов заряда проходит заданную точку за одну секунду. Мы можем использовать эту информацию, чтобы подтвердить, что единица измерения электроэнергии соответствует приведенной выше формуле:

`\ frac {\ text {джоули}} {\ text {second}} = \ frac {\ text {джоули}} {\ text {coulomb}} \ times \ frac {\ text {coulombs}} {\ text { второй}} `

В правой части уравнения два «кулоновских» члена сокращаются, и мы остаемся с джоулями в секунду.

Когда мы анализируем схемы, мы обычно обсуждаем мощность, используя термин «рассеиваемая» или «потребляемая» вместо «переданная».Это подчеркивает тот факт, что мощность уходит из электрической системы или используется электрическим компонентом. Мы не говорим «передано», потому что, как правило, конечное состояние или местоположение энергии не имеет значения.

Например, если напряжение на резисторе составляет 5 В, а ток через резистор составляет 0,5 А, резистор передает 2,5 Вт мощности (в виде тепла) в окружающую среду. Однако в большинстве случаев мы не собираемся передавать энергию. Мы просто хотим разработать функциональную схему и, следовательно, думаем о том, сколько мощности теряется (т.е., рассеивается) или используется (т. е. потребляется).

Два распространенных типа напряжения: постоянный и переменный ток

Есть два распространенных способа передачи электрической энергии: постоянный ток и переменный ток.

Постоянный ток (DC) может увеличиваться или уменьшаться всевозможными способами, но величина изменений обычно невелика по сравнению со средним значением. Однако наиболее фундаментальной характеристикой постоянного тока является следующее: он не меняет направление регулярно.В этом отличие от переменного тока (AC) , который регулярно меняет направление и используется во всем мире для распределения электроэнергии.

Термины «постоянный ток» и «переменный ток» стали прилагательными, которые часто используются для описания напряжения. Поначалу это может немного сбить с толку: что такое напряжение постоянного или переменного тока? Это не лучшая терминология, но вполне стандартная. Напряжение постоянного тока – это напряжение, которое производит или будет производить постоянный ток, а переменное напряжение создает или будет производить переменный ток, и это создает другую терминологическую проблему.«Постоянный ток» и «переменный ток» иногда присоединяются к слову «ток», хотя эти фразы означают «постоянный ток» и «переменный ток». Суть в том, что «постоянный ток» и «переменный ток» больше не являются точными эквивалентами «постоянного тока» и «переменного тока»; Постоянный ток в общем относится к величинам, которые не меняют полярность регулярно или имеют очень низкую частоту, а переменный ток в общем случае относится к величинам, которые регулярно меняют полярность на частоте, которая не является «очень низкой» в контексте данная система.

На данный момент мы сосредоточимся на цепях постоянного тока. Цепи переменного тока немного сложнее и будут обсуждаться позже в этой главе.

Символы напряжения

Что такое напряжение постоянного тока?

Пожалуй, самый известный источник постоянного напряжения – это аккумулятор. Аккумулятор – это устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую; он выдает напряжение, которое не меняется быстро или не меняет полярности, но оно постепенно уменьшается по мере разряда батареи.

Напряжение постоянного тока можно измерить с помощью вольтметра или (чаще) многофункционального устройства, известного как мультиметр (сокращенно DMM, где D означает «цифровой»). Мультиметры могут измерять, помимо прочего, напряжение, ток и сопротивление.

Рис. 1. Измерение напряжения, отображаемое на цифровом дисплее мультиметра.

Вольтметр обеспечивает самый простой способ определения точного значения постоянного напряжения, хотя в некоторых случаях он не может передать важную информацию, поскольку не может четко отображать быстрые изменения.В настоящее время это важное соображение, поскольку многие напряжения постоянного тока генерируются импульсными регуляторами, что приводит к высокочастотным колебаниям, называемым пульсацией .

Что такое постоянный ток?

Когда между двумя клеммами присутствует постоянное напряжение и к клеммам подключен провод или резистивный элемент, протекает постоянный ток. Самый распространенный резистивный элемент – резистор; мы узнаем больше об этом компоненте на следующей странице. Лампа накаливания также является резистивным элементом.

Ток можно измерить с помощью устройства, называемого амперметром (или функции амперметра мультиметра), но измерение тока менее удобно, чем измерение напряжения. Щупы вольтметра просто помещаются в контакт с двумя проводящими поверхностями (т.е. без изменения схемы), тогда как щупы амперметра необходимо вставлять в токопроводящую дорожку:

Рис. 2. В этой схеме используется переключатель для установления пути тока во время нормальной работы и прерывания пути тока, когда необходимо вставить амперметр или цифровой мультиметр.

Обычный расход тока по сравнению с Электронный поток

Очень важно понимать разницу между обычным потоком тока и электронным потоком . Электроны имеют отрицательный заряд и, следовательно, переходят от более низкого напряжения к более высокому. Однако на рисунке 2 стрелка указывает, что ток течет от положительного полюса аккумулятора к отрицательному полюсу аккумулятора, другими словами, от более высокого напряжения к более низкому напряжению.

Обычный ток изначально был основан на предположении, что электричество связано с движением положительно заряженных частиц. Теперь мы знаем, что это неверно, но в контексте анализа цепей модель обычного тока не является неверной. Это совершенно верно, потому что при последовательном применении всегда дает точные результаты. Кроме того, он имеет преимущество создания интуитивно понятной ситуации, в которой ток течет от более высокого напряжения к более низкому напряжению, точно так же, как жидкость течет от более высокого давления к более низкому давлению, а вода падает с большей высоты на более низкую.

В мире электротехники схемы обсуждаются и анализируются с использованием обычного тока, а не электронного.

Как измерить постоянный ток

Рассмотрим простой случай, когда аккумулятор питает две лампочки разного сопротивления.

Рис. 3. Базовая схема, состоящая из батареи 3 В и двух резистивных элементов.

Когда через лампочку течет ток, сопротивление нити вызывает потерю напряжения, которая пропорциональна сопротивлению и величине тока.Мы называем это напряжением на лампе или падением напряжения на лампе .

Рис. 4. Вольтметры используются для измерения напряжения на лампочках.

Мы видим, что напряжение на лампочке A составляет 2 В, а напряжение на лампе B равно 1 В.

Затем мы измерим силу тока.

Рисунок 5.Амперметр вставляется таким образом, чтобы ток, протекающий через лампочки, проходил через один датчик через схему измерения тока устройства и выводился из другого датчика.

Предположим, мы измеряем 1А. Теперь мы выполнили необходимые измерения для определения рассеиваемой мощности лампочек.

Расчет мощности постоянного тока

Для расчета мощности, рассеиваемой каждой лампочкой, мы подставляем измеренные значения в приведенную выше формулу.

Если мы хотим узнать мощность, рассеиваемую всей схемой, мы складываем мощность, рассеиваемую отдельными компонентами:

Или мы можем умножить ток, подаваемый от батареи, на напряжение батареи:

Следите за обновлениями, потому что на следующей странице мы познакомим вас с законом Ома, который выражает фундаментальную взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением.

Как успешно применять понижающие (понижающие) стабилизаторы постоянного тока

Смартфоны, планшеты, цифровые камеры, навигационные системы, медицинское оборудование и другие маломощные портативные устройства часто содержат несколько интегральных схем, изготовленных с использованием различных полупроводниковых процессов.Эти устройства обычно требуют нескольких независимых напряжений питания, каждое из которых обычно отличается от напряжения, подаваемого батареей или внешним источником питания переменного тока в постоянный.

На рис. 1 показана типичная система с низким энергопотреблением, работающая от литий-ионной батареи. Полезный выход батареи варьируется от 3 В до 4,2 В, в то время как для микросхем требуется 0,8 В, 1,8 В, 2,5 В и 2,8 В. Простой способ снизить напряжение батареи до более низкого постоянного напряжения – использовать с малым падением напряжения. регулятор (LDO). К сожалению, мощность, не переданная нагрузке, теряется в виде тепла, что делает LDO неэффективными, когда V _IN намного больше, чем V _OUT.Популярная альтернатива, импульсный преобразователь , попеременно накапливает энергию в магнитном поле индуктора и передает энергию нагрузке с другим напряжением. Сниженные потери делают его лучшим выбором для обеспечения высокой эффективности. Понижающие преобразователи Buck или , представленные здесь, обеспечивают более низкое напряжение. Преобразователи Boost или повышающие – которые будут рассмотрены в следующей статье – обеспечивают более высокое выходное напряжение. Переключающие преобразователи, которые включают в себя внутренние полевые транзисторы в качестве переключателей, называются импульсными регуляторами , а устройства, требующие внешних полевых транзисторов, называются коммутационными контроллерами .В большинстве систем с низким энергопотреблением используются как LDO, так и импульсные преобразователи для достижения целей по стоимости и производительности.

Рисунок 1. Типичная портативная система малой мощности. Понижающие регуляторы

состоят из двух переключателей, двух конденсаторов и катушки индуктивности, как показано на рис. 2. Неперекрывающиеся приводы переключателей обеспечивают включение только одного переключателя, чтобы избежать нежелательного «проскока» тока. На этапе 1 переключатель B разомкнут, а переключатель A замкнут. Индуктор подключен к V _IN, поэтому ток течет от V _IN к нагрузке.Ток увеличивается из-за положительного напряжения на катушке индуктивности. На Фазе 2 переключатель A разомкнут, а переключатель B замкнут. Катушка индуктивности соединена с землей, поэтому ток течет от земли к нагрузке. Ток уменьшается из-за отрицательного напряжения на катушке индуктивности, и энергия, накопленная в катушке индуктивности, разряжается в нагрузку.

Рис. 2. Топология понижающего преобразователя и рабочие формы сигналов.

Обратите внимание, что работа регулятора переключения может быть непрерывной или прерывистой. При работе в режиме непрерывной проводимости (CCM) ток индуктора никогда не падает до нуля; при работе в режиме с прерывистой проводимостью (DCM) ток индуктора может упасть до нуля.Понижающие преобразователи малой мощности редко работают в DCM. Пульсации тока , обозначенные как ΔI _L на рис. 2, обычно рассчитаны на от 20% до 50% номинального тока нагрузки.

На рисунке 3 переключатели A и B были реализованы с переключателями PFET и NFET соответственно, чтобы создать синхронный понижающий стабилизатор. Термин синхронный указывает, что полевой транзистор используется в качестве нижнего переключателя. Понижающие регуляторы, в которых вместо нижнего переключателя используется диод Шоттки, определяются как асинхронные (или несинхронные).Для работы с малой мощностью синхронные понижающие стабилизаторы более эффективны, поскольку полевой транзистор имеет меньшее падение напряжения, чем диод Шоттки. Однако эффективность синхронного преобразователя при небольшой нагрузке будет снижена, если нижний полевой транзистор не будет освобожден, когда ток индуктора достигнет нуля, а дополнительная схема управления увеличивает сложность и стоимость ИС.

Рис. 3. Понижающий регулятор объединяет в себе генератор, контур управления ШИМ и переключающие полевые транзисторы.

Сегодняшние маломощные синхронные понижающие стабилизаторы используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) в качестве основного режима работы.ШИМ поддерживает постоянную частоту и изменяет ширину импульса ( t _ON ) для регулировки выходного напряжения. Средняя передаваемая мощность пропорциональна рабочему циклу, D , что делает это эффективным способом подачи питания на нагрузку.

Переключатели на полевых транзисторах управляются широтно-импульсным контроллером, который использует обратную связь по напряжению или току в контуре управления для регулирования выходного напряжения в ответ на изменения нагрузки. Понижающие преобразователи с низким энергопотреблением обычно работают в диапазоне от 1 МГц до 6 МГц.Более высокие частоты переключения позволяют использовать катушки индуктивности меньшего размера, но эффективность снижается примерно на 2% при каждом удвоении частоты переключения.

ШИМ-режим не всегда улучшает эффективность системы при малых нагрузках. Рассмотрим, например, схему питания видеокарты. По мере изменения видеоконтента изменяется и ток нагрузки понижающего преобразователя, управляющего графическим процессором. Непрерывная работа с ШИМ может работать с широким диапазоном токов нагрузки, но эффективность быстро падает при малых нагрузках, поскольку мощность, требуемая регулятором, потребляет больший процент от общей мощности, подаваемой на нагрузку.Для портативных приложений понижающие стабилизаторы включают дополнительные методы энергосбережения, такие как частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), пропуск импульсов или их комбинация.

Analog Devices определяет эффективную работу при малой нагрузке как энергосберегающий режим (PSM). При входе в режим энергосбережения смещение, индуцированное на уровне регулирования ШИМ, вызывает повышение выходного напряжения, пока оно не достигнет примерно 1,5% от уровня регулирования ШИМ, после чего работа ШИМ отключается: оба переключателя питания выключены, и холостой ход входит в режим.C _OUT может разряжаться, пока V _OUT не упадет до напряжения регулирования ШИМ. Затем устройство приводит в действие катушку индуктивности, заставляя V _OUT снова повышаться до верхнего порога. Этот процесс повторяется до тех пор, пока ток нагрузки ниже порогового значения тока энергосбережения.

ADP2138 – это компактный понижающий преобразователь постоянного тока на 800 мА, 3 МГц. На рисунке 4 показана типовая схема приложения. На рисунке 5 показано повышение эффективности между принудительной ШИМ и автоматической работой ШИМ / PSM.Из-за переменной частоты помехи PSM может быть трудно отфильтровать, поэтому многие понижающие стабилизаторы включают в себя вывод MODE (показан на рисунке 4), который позволяет пользователю принудительно использовать непрерывную работу PWM или разрешать автоматическую работу PWM / PSM. Вывод MODE может быть подключен как для рабочего режима, так и для динамического переключения при необходимости для экономии энергии.

Рисунок 4. Типовая схема приложений ADP2138 / ADP2139. Рисунок 5. Эффективность ADP2138 в (а) непрерывном режиме ШИМ и (б) режиме PSM.

Понижающие регуляторы повышают эффективность

Повышенная эффективность позволяет увеличить время работы аккумулятора перед заменой или подзарядкой, что очень желательно в новых конструкциях портативных устройств.Например, литий-ионная аккумуляторная батарея может управлять нагрузкой 500 мА при 0,8 В с использованием LDO ADP125, как показано на рисунке 6. КПД LDO, V _OUT / V _IN × 100%, или 0,8 / 4.2, составляет всего 19%. LDO не могут хранить неиспользованную энергию, поэтому 81% (1,7 Вт) мощности, не передаваемой нагрузке, рассеивается в виде тепла внутри LDO, что может привести к быстрому нагреву портативного устройства. Использование импульсного стабилизатора ADP2138, который обеспечивает 82% -ный КПД при входном напряжении 4,2 В и выходном напряжении 0,8 В, обеспечивает более чем четырехкратный КПД и снижает превышение температуры портативного устройства.Столь существенное повышение эффективности системы привело к тому, что большое количество импульсных регуляторов было разработано в портативных устройствах.

Рис. 6. Стабилизатор с малым падением напряжения ADP125 может управлять нагрузкой 500 мА.

Ключевые характеристики и определения понижающего преобразователя

Диапазон входного напряжения: Диапазон входного напряжения понижающего преобразователя определяет минимальное используемое входное напряжение питания. В технических характеристиках может быть указан широкий диапазон входного напряжения, но для эффективной работы V _IN должно быть больше, чем V _OUT.Например, для регулируемого выходного напряжения 3,3 В требуется входное напряжение выше 3,8 В.

Ток заземления или покоя: I _Q – это постоянный ток смещения, не подаваемый на нагрузку. Устройства с более низким I _Q обеспечивают более высокий КПД. Тем не менее, I _Q может быть определен для многих условий, включая отключение , нулевую нагрузку, работу с ЧИМ или работу с ШИМ, поэтому лучше всего посмотреть на фактические данные эффективности работы при определенных рабочих напряжениях и токах нагрузки, чтобы определить лучший понижающий регулятор для приложения.

Ток выключения: Входной ток, потребляемый, когда разрешающий вывод установлен на выключен . Этот ток, обычно значительно ниже 1 мкА для маломощных понижающих стабилизаторов, важен в течение длительного времени ожидания от батареи, когда портативное устройство находится в спящем режиме.

Точность выходного напряжения: Понижающие преобразователи Analog Devices разработаны для обеспечения высокой точности выходного напряжения. Устройства с фиксированным выходом имеют заводскую настройку лучше, чем ± 2% при 25 ° C. Точность выходного напряжения указана для диапазонов рабочей температуры, входного напряжения и тока нагрузки, а погрешности наихудшего случая указаны как ± x %.

Регулировка линии: Регулировка линии – это изменение выходного напряжения, вызванное изменением входного напряжения при номинальной нагрузке.

Регулировка нагрузки: Регулировка нагрузки – это изменение выходного напряжения для изменения выходного тока. Большинство понижающих стабилизаторов могут поддерживать выходное напряжение практически постоянным для медленно меняющегося тока нагрузки.

Переходные процессы нагрузки: Переходные ошибки могут возникать, когда ток нагрузки быстро изменяется с низкого на высокий, вызывая переключение режима между ЧИМ и ШИМ или с ШИМ на работу с ЧИМ.Переходные процессы нагрузки не всегда указаны, но в большинстве таблиц данных есть графики переходных характеристик нагрузки при различных условиях эксплуатации.

Ограничение по току: Понижающие регуляторы, такие как ADP2138, включают схему защиты для ограничения количества положительного тока, протекающего через переключатель PFET и синхронный выпрямитель. Положительный контроль тока ограничивает количество тока, который может течь от входа к выходу. Ограничение отрицательного тока предотвращает изменение направления тока индуктора и его утечку из нагрузки.

Плавный пуск: Для понижающих стабилизаторов важно иметь внутреннюю функцию плавного пуска, которая регулирует выходное напряжение при запуске, чтобы ограничить пусковой ток. Это предотвращает падение входного напряжения от батареи или источника питания с высоким сопротивлением, когда он подключен к входу преобразователя. После того, как устройство включено , внутренняя схема начинает цикл включения питания.

Время запуска: Время запуска – это время между нарастающим фронтом разрешающего сигнала и достижением V _OUT 90% своего номинального значения.Этот тест обычно выполняется с примененным V _IN и разрешающим контактом, переключенным с на на на . В случаях, когда включение подключено к V _IN, когда V _IN переключается с на на на , время запуска может существенно увеличиться, поскольку для стабилизации контура управления требуется время. Время запуска понижающего регулятора важно для приложений, где регулятор часто включается и выключается для экономии энергии в портативных системах.

Тепловое отключение (TSD): Если температура перехода превышает указанный предел, цепь теплового отключения отключает регулятор. Экстремальные температуры перехода могут быть результатом работы при сильном токе, плохого охлаждения печатной платы или высокой температуры окружающей среды. В схему защиты включен гистерезис, чтобы предотвратить возврат к нормальному режиму работы до тех пор, пока температура на кристалле не упадет ниже заданного предела.

Работа с рабочим циклом 100%: При падении V _IN или увеличении I _LOAD понижающий стабилизатор достигает предела, при котором переключатель PFET находится в состоянии 100% времени, а V _OUT падает ниже желаемое выходное напряжение.При этом пределе ADP2138 плавно переходит в режим, в котором переключатель PFET остается включенным 100% времени. При изменении входных условий устройство немедленно перезапускает ШИМ-регулирование без превышения V _OUT.

Разрядный выключатель : В некоторых системах, если нагрузка очень мала, выход понижающего регулятора может оставаться на высоком уровне в течение некоторого времени после того, как система перейдет в режим сна . Затем, если система запускает последовательность включения питания до того, как выходное напряжение разряжается, система может заблокироваться или устройства могут быть повреждены.В понижающем стабилизаторе ADP2139 используется встроенный переключаемый резистор (обычно 100 Ом) для разряда выходного сигнала, когда на разрешающем выводе устанавливается низкий уровень или когда устройство входит в режим блокировки при пониженном напряжении или теплового отключения.

Блокировка при пониженном напряжении: Блокировка при пониженном напряжении (UVLO) обеспечивает подачу напряжения на нагрузку только тогда, когда входное напряжение системы выше указанного порога. UVLO важен, потому что он позволяет устройству включаться только тогда, когда входное напряжение равно или превышает значение, необходимое для стабильной работы.

Заключение

Понижающие стабилизаторы с низким энергопотреблением упрощают конструкцию импульсных преобразователей постоянного тока. Analog Devices предлагает семейство высокоинтегрированных понижающих стабилизаторов, которые прочны, просты в использовании и экономичны – и требуют минимального количества внешних компонентов для достижения высокой эффективности работы. Разработчики систем могут использовать проектные расчеты, представленные в разделе «Приложения» спецификации, или использовать инструмент проектирования ADIsimPower ^™. Руководства по выбору, спецификации и указания по применению понижающих стабилизаторов Analog Devices можно найти на сайте www.analog.com/en/power-management/products/index.html. За дополнительной информацией обращайтесь к разработчику приложений Analog Devices.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Синхронные понижающие преобразователи постоянного тока с частотой 3 МГц управляют нагрузкой 800 мА

Понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный ток ADP2138 и ADP2139 оптимизированы для использования в беспроводных трубках, персональных медиаплеерах, цифровых камерах и других портативных устройствах. Они могут работать в режиме принудительной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для минимальной пульсации или могут автоматически переключаться между режимом ШИМ и режимом энергосбережения для максимального повышения эффективности при малых нагрузках.Диапазон входного напряжения от 2,3 В до 5,5 В позволяет использовать стандартные источники питания, включая литиевые, щелочные и никель-металлгидридные элементы и батареи. Доступны несколько вариантов фиксированного выходного напряжения от 0,8 В до 3,3 В с нагрузочной способностью 800 мА и точностью 2%. Внутренний выключатель питания и синхронный выпрямитель повышают эффективность и сводят к минимуму количество внешних компонентов. ADP2139, показанный на рисунке A, добавляет внутренний переключатель разряда. Доступные в компактных корпусах WLCSP размером 1 мм × 1,5 мм с 6 шариками, ADP2138 и ADP2139 имеют диапазон температур от –40 ° C до + 125 ° C и цену 0 долларов США.90 в 1000-х гг.

Рисунок A. Функциональная блок-схема ADP2139.

Снижает ли резистор напряжение или ток?

Резистор играет важную роль в мире электричества и электроники, и его можно найти в любой цепи.

Это пассивный компонент, основная задача которого – обеспечение «сопротивления» в цепи, отсюда и название резистора.

Но снижает ли резистор напряжение или ток? Резистор имеет способность уменьшать напряжение и ток при использовании в цепи. Основная функция резистора – ограничивать ток. Закон Ома гласит, что с увеличением номинала резистора уменьшается ток.

Для уменьшения напряжения резисторы устанавливаются в конфигурации, известной как «делитель напряжения».Кроме того, с каждым компонентом в цепи резистор понижает напряжение на его выводах.

Ниже я объясню закон Ома и то, как резистор снижает ток и напряжение.

Как резистор снижает ток

Основная функция резистора заключается в ограничении или противодействии протеканию тока в цепи путем обеспечения «сопротивления».

Лучшая аналогия для этого – садовый шланг, по которому течет вода. Вода представляет собой течение.

Если вы случайно сжали садовый шланг, вы окажете «сопротивление» и ограничите поток воды.Чем больше вы его сжимаете, тем меньше воды может течь.

Вы сжимаете садовый шланг – это резистор, который делает то же самое в цепи.

Как устроен резистор, уменьшающий ток

Резистор снижает ток в основном за счет его физической конструкции и материалов, используемых внутри.

Существует множество различных типов резисторов, каждый из которых сконструирован определенным образом. Ниже приведены некоторые распространенные типы резисторов:

Углерод – этот тип резистора известен как резистор из углеродного состава (CCR).Внутри этого резистора находится твердый цилиндрический резистивный элемент, который представляет собой смесь мелко измельченного углерода и изоляционного материала. Увеличение количества углерода снижает сопротивление, поскольку углерод является хорошим проводником.

Карбоновая куча – В резисторах этого типа используются наборы дисков, которые сделаны из углерода для уменьшения / противодействия току. Эти диски уплотнены внутри корпуса резистора между двумя металлическими пластинами.

Углеродная пленка – Углеродная пленка помещается на изолирующий материал с вырезанной в ней спиралью для создания длинного узкого пути, уменьшающего ток.Изменение формы и размера обеспечит диапазон значений сопротивления.

Металлическая пленка – Многие сквозные резисторы изготавливаются из металлопленки. Они покрыты хромоникелем (NiCr).

Оксид металла – Эти типы резисторов изготовлены из оксидов металлов, что позволяет резистору выдерживать гораздо более высокие температуры.

Проволочная обмотка – Этот резистор снижает ток за счет использования металлической проволоки, намотанной в катушку. Используемый металл обычно представляет собой нихром, намотанный на сердечник из керамики, пластика или стекловолокна.

Закон Ома, определяющий, как резистор снижает ток

Чтобы правильно понять взаимосвязь между током, сопротивлением и напряжением, нам нужно узнать о законе Ома.

Этот закон был разработан Георгом Симоном Омом в 1827 году.

Не вдаваясь в подробности, он обнаружил, что количество электрического заряда через металлический проводник в цепи прямо пропорционально напряжению на нем, что можно резюмировать уравнением, показанным ниже.

Если мы изменим формулу, мы получим сопротивление, равное делению напряжения на ток.

Теперь вы можете видеть, что соотношение между сопротивлением и током обратно пропорционально.

Увеличение номинала резисторов приведет к уменьшению тока, тем самым уменьшив его, в то время как уменьшение сопротивления вызовет увеличение тока.

Как резистор может снизить напряжение?

Теперь, когда мы знаем, как резистор снижает ток, мы можем посмотреть, как он снижает напряжение.

Существует несколько распространенных способов уменьшения напряжения резистором, в том числе падение напряжения на его выводах и делитель напряжения.

Первый способ, которым резистор снижает напряжение:

Падение напряжения на его выводах

В области электроники падение напряжения происходит в каждом компоненте, имеющем сопротивление. Падение напряжения на компоненте регулируется законом Ома.

Например, представьте, что у нас есть простая схема, состоящая из напряжения питания и лампы.

Здесь Лампа имеет сопротивление 10 Ом (из-за того, что все в цепи имеет какое-то сопротивление).

Поскольку нам известны значения напряжения и сопротивления, мы можем рассчитать ток по закону Ома (I = V / R), который дает нам ток 1,2 ампера.

Итак, ток 1,2 А будет течь через лампу и питать ее. Если мы возьмем ток (1,2 А) и умножим его на сопротивление лампы (10 Ом), снова используя закон Ома (V = IR), мы получим напряжение 12 вольт.

Следовательно, на лампе падение напряжения составляет 12 вольт.

Теперь мы знаем, как рассчитать падение напряжения, мы можем взглянуть, как эта теория применяется к резистору для уменьшения напряжения.

Если мы заменим указанную выше лампу резистором с эквивалентным сопротивлением (10 Ом), мы все равно получим такое же значение падения напряжения на нем.

Теперь мы добавим второй резистор (R2 с сопротивлением 5 Ом) последовательно с резистором 10 Ом (R1).

Как и в случае с лампой, нам нужно найти значение тока, протекающего по цепи.

На этот раз полное сопротивление является суммой двух резисторов; R1 (10 Ом) + R2 (5 Ом), что дает нам общее сопротивление RT = 15 Ом.

Теперь, используя закон Ома (I = V / RT), мы получаем ток 0,8 ампер.

Это тот же ток, который проходит через оба резистора. Таким образом, мы можем рассчитать падение напряжения на каждом резисторе, который дает нам;

R1 Падение напряжения = 0.8 x 10 = 8 вольт

R2 Падение напряжения = 0,8 X 5 = 4 вольт.

Используя закон Ома, мы можем определить, на сколько напряжение снизится резистор, снизив напряжение на нем, если нам известны напряжение питания и полное сопротивление.

Падение напряжения на определенном сопротивлении зависит от тока и величины сопротивления резистора.

Второй резистор снижает напряжение:

Делитель напряжения

Второй способ использования резистора для понижения напряжения – это использование делителя напряжения.В делителе напряжения используются два резистора в конфигурации, показанной ниже.

Выходное напряжение на Vout _{определяется Vin, а также значениями двух резисторов (R1 и R2). Приведенная ниже формула используется для расчета выходного напряжения.}

Так, например, если Vin составляет 5 вольт, R1 составляет 10 Ом, а R2 также составляет 10 Ом, если мы используем уравнение, мы получаем выходное напряжение 2,5 вольт.

Самое замечательное в этой конфигурации то, что мы можем выбрать, какое напряжение мы хотим на Vout, переставив формулу выше, чтобы вычислить значение резистора R2, чтобы получить желаемое выходное напряжение.

Допустим, вам нужно напряжение 3 вольта на Vout.

Используя преобразованную формулу, мы можем вычислить номинал резистора R2, чтобы получить 3 вольта. Используя те же значения для Vin и R1 и 3 вольта для Vout, мы получаем значение 15 Ом для R2.

Итак, видите, это отличный способ использовать резисторы для снижения напряжения до желаемого значения.

Зачем нужен резистор для уменьшения тока?

Мир электрики и электроники наполнен множеством различных компонентов и устройств различной формы, размеров, функций и т. Д.

Еще одна вещь, которая меняется от одного компонента к другому, – это его рейтинги. Каждый компонент имеет максимальное номинальное напряжение и ток.

Никогда не превышайте эти значения, так как их превышение может привести к их повреждению.

Итак, резистор используется последовательно со многими компонентами, чтобы уменьшить ток и избежать их повреждения.

Примером является стандартный светоизлучающий диод (LED) с ограничением тока 20 мА. Если источник напряжения подключен непосредственно к светодиоду без использования токоограничивающего резистора, вы рискуете взорвать светодиод.

Токоограничивающий резистор необходимо подключить последовательно со светодиодом, чтобы снизить ток до уровня ниже 20 мА.

Зачем использовать резистор для снижения напряжения?

Возможность снижения напряжения с помощью такой конфигурации, как делитель напряжения, имеет множество применений и применений.

Некоторые распространенные области применения понижения напряжения включают регулировку уровня смещения активных устройств в усилителях и измерение напряжений.

В мультиметре также используются делители напряжения.

В делителях напряжения

используются резисторы фиксированного номинала для регулировки выходного напряжения. Однако, если на R2 используется переменный резистор, выходное напряжение можно изменять, регулируя переменный резистор. Отличное приложение для этого – регулировка громкости в музыкальной системе.

Какие типы резисторов используются для уменьшения тока и напряжения?

Как вы видели ранее, существует много разных способов изготовления резистора.

Резисторы

бывают разных значений сопротивления, размеров, форм и номинальной мощности.

Два распространенных типа резистора: сквозное отверстие и для поверхностного монтажа.

Решение, какой из них использовать, зависит от типа цепи, в которой вы их будете использовать.

Поскольку в электронике используются приложения с низким и высоким энергопотреблением, существуют резисторы, рассчитанные на разные номинальные мощности, чтобы выдерживать эти мощности.

Как понизить напряжение постоянного тока: Как понизить напряжение переменного и постоянного тока?

Как понизить напряжение переменного и постоянного тока?

Понижение напряжения постоянного тока

Понижение напряжения переменного тока

С помощью трансформатора

С помощью резистора

Видео по теме

Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт (резистор, микросхема) 📹

Закон Ома при понижении напряжения

Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт с помощью резистора

Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт с помощью микросхемы

Как понизить напряжение – Мои статьи – Каталог статей

Схема для понижения напряжения постоянного тока. Высокое или повышенное напряжение. Как понизить напряжение в сети

Высокое и повышенное напряжение. Причины возникновения

Чем опасно высокое и повышенное напряжение

Как понизить напряжение с 12 до 5 вольт. Как понизить постоянное и переменное напряжение — обзор способов

Получаем 12 Вольт из 220

Понижение напряжения без трансформатора

Гасящий конденсатор

Блок питания на сетевом трансформаторе

12 Вольт из 24 Вольт или другого повышенного постоянного напряжения

12 Вольт из 5 Вольт или другого пониженного напряжения

Как получить 12В из подручных средств

Характеристики преобразователя на LM2577

Снижение напряжения с помощью трансформаторов

Делитель напряжения на индуктивностях

Делитель на конденсаторах

Делитель на резисторах

Практическая схема блока питания: трансформатор

Схема блока питания: выпрямитель и фильтр

Стабилизация напряжения

Заключение

Высокое или повышенное напряжение. Как понизить напряжение в сети

Высокое и повышенное напряжение. Причины возникновения

Чем опасно высокое и повышенное напряжение

Как защититься от высокого напряжения и как понизить напряжение в сети

Понизить напряжение с 12 до 3 вольт

Закон Ома при понижении напряжения

Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт с помощью резистора

Как понизить напряжение с 12 на 5 вольт с помощью микросхемы

Эффективный способ регулирования напряжения

Снижение напряжения с помощью резисторов – Обмен электротехнического стека

Лучший способ получить низкое напряжение постоянного тока от высокого постоянного напряжения для источника питания?

Эффективное снижение высокого напряжения питания для точного измерения низкого напряжения

DAQ-система обеспечивает соответствие ASIL-D для систем управления батареями электромобилей

Восстанавливаемый предохранитель eFuse с регулируемой защитой от перенапряжения и возможностью маркировки

«Гибридные» IGBT-транзисторы на 650 В оснащены совместно упакованным барьерным диодом Шоттки для повышения эффективности

Недорогие датчики повышают точность оценочной платы для счетчиков энергии, гальваническую развязку

обеспечивают превосходное сопротивление в открытом состоянии и выдерживают напряжение для 24-вольтных приложений

Основная теория цепей постоянного тока | Глава 1 – Напряжение, ток, энергия и мощность

Соотношение напряжения и тока

Сравнение напряжения и тока

Мощность в электронике и способы ее расчета

Два распространенных типа напряжения: постоянный и переменный ток

Символы напряжения

Что такое напряжение постоянного тока?

Что такое постоянный ток?

Обычный расход тока по сравнению с Электронный поток

Как измерить постоянный ток

Расчет мощности постоянного тока

Как успешно применять понижающие (понижающие) стабилизаторы постоянного тока

Понижающие регуляторы повышают эффективность

Ключевые характеристики и определения понижающего преобразователя

Заключение

ПРИЛОЖЕНИЕ

Синхронные понижающие преобразователи постоянного тока с частотой 3 МГц управляют нагрузкой 800 мА

Рекомендации

Снижает ли резистор напряжение или ток?

Как резистор снижает ток

Как устроен резистор, уменьшающий ток

Закон Ома, определяющий, как резистор снижает ток

Как резистор может снизить напряжение?

Первый способ, которым резистор снижает напряжение:

Второй резистор снижает напряжение:

Зачем нужен резистор для уменьшения тока?

Зачем использовать резистор для снижения напряжения?

Какие типы резисторов используются для уменьшения тока и напряжения?

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ