Использование 4-проводной схемы питания и измерения для стабилизации напряжения на нагрузке, статьи по электронике
Приходилось ли вам устанавливать выходное напряжение источника питания на некоторое значение, а затем обнаруживать, что напряжение на нагрузке меньше установленного? Если для вашего измерения это было приемлемо, то вы, вероятно, оставляли все как есть. Но если вы хотели, чтобы на нагрузке было напряжение, определенное требованиями спецификации, то вам приходилось завышать напряжение на источнике или же использовать дополнительные измерительные входы источника.
Измерительные входы есть у многих источников питания, они позволяют источнику стабилизировать напряжение прямо на нагрузке. Это достигается за счет применения комплекта измерительных проводов в дополнение к проводам, через которые подается питание на нагрузку. Источник питания использует напряжение на измерительном входе для стабилизации напряжения непосредственно на нагрузке.
Давайте рассмотрим схему на рис.
1, показывающую источник питания с установленным выходным напряжением 5 В (напряжением, которое мы хотим получить на нагрузке). Если нагрузка подключена проводами длиной 1,8 м, а сечение этих проводов составляет 2 мм
Рис. 1 Влияние соединительных проводов длиной 1,8 м и сечением 2 мм2в случае, когда измерительные входы подключены к выходным клеммам.
Суммарное падение напряжения составляет 0,3 В (по 0,15 В на каждый провод).
На рис. 2 показана та же схема, но с измерением на нагрузке. Измерительные провода подключаются к нагрузке именно в тех точках, на которых вы хотите получить напряжение 5 В.
В этом случае источник питания стабилизирует напряжение на нагрузке, выставляя выходное напряжение на 5,3 В и компенсируя падение напряжения на проводах. Для этого он снимает напряжение непосредственно с нагрузки и подает его в цепь обратной связи для регулировки напряжения на выходных клеммах источника. Цель источника питания — поддержание установленного напряжения в точках, к которым подключены измерительные входы. Источник питания регулирует напряжение на выходных клеммах в соответствии с напряжением, подаваемым на измерительные входы. Входное сопротивление измерительного входа достаточно велико, что предотвращает протекание большого тока по измерительным проводам — это делает падение напряжения на проводах датчика пренебрежимо малым.
Рис. 2 Использование измерительного входа для компенсации падения напряжения на проводах.
Что такое четырехквадрантный источник питания?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, я начну с общего определения полярности.
Рис. 1
Если ток втекает в положительный полюс источника, то источник питания потребляет ток и ведет себя как электронная нагрузка — поглощая и рассеивая энергию, вместо того чтобы выдавать ее. Большинство источников питания этого не делают, хотя многие источники питания Keysight могут при необходимости потреблять некоторый ток для быстрого снижения выходного напряжения — это называется способностью к снижению напряжения (down-programming).
Для полного описания выходного напряжения и тока источника питания используется диаграмма с декартовыми координатами. Декартовы координаты отображают два параметра на двух перпендикулярных осях. На рис. 2 показаны четыре квадранта декартовых координат. Квадранты принято обозначать римскими цифрами. Для источников питания по вертикальной оси обычно откладывается напряжение, а по горизонтальной — ток. Эта система координат используется для определения рабочей точки данного источника питания. Кривая, которая очерчивает границу, окружающую область допустимых рабочих точек в системе координат, называется выходной характеристикой источника питания.
Рис. 2
Как уже говорилось, некоторые источники питания являются униполярными (выдают напряжение одной полярности), но могут при этом выдавать или потреблять ток. Такие источники питания способны работать в квадрантах I и II и поэтому называются двухквадрантными. В квадранте I источник питания будет отдавать мощность, и при этом ток будет вытекать из полюса с положительным потенциалом.
Некоторые источники питания могут выдавать положительное или отрицательное напряжение без переключения внешних проводов. Как правило, такие источники питания могут работать во всех четырех квадрантах и поэтому именуются четырехквадрантными источниками питания. Иногда еще их называют биполярными, поскольку они подают на выход как положительное, так и отрицательное напряжение. В квадрантах I и III источник питания является источником энергии: ток вытекает из полюса с положительным потенциалом. В квадрантах II и IV источник питания является потребителем энергии: ток втекает в полюс с положительным потенциалом (см. рис. 3).
Примером биполярного источника питания является Keysight N6784A. Он может подавать или потреблять ток, и его выходное напряжение может быть положительным или отрицательным. Он представляет собой источник питания/измеритель (SMU) мощностью 20 Вт с несколькими выходными диапазонами.
Выходная характеристика N6784A показана на рис. 4.
Рис. 4
Итак, четырехквадрантным источником питания называется источник, способный выдавать положительное и отрицательное выходное напряжение и подавать или потреблять ток. Такой источник может работать во всех четырех квадрантах диаграммы напряжение-ток.
Ссылка на блог по источникам питания Keysight Technologies:
Материалы предоставлены Группой компаний «Диполь»: https://www.dipaul.ru
Понравилась статья? Поставьте лайк
Электроника Контроль, испытания, исследования Электрический контроль Измерительное оборудование Измерительное оборудование Keysight Technologies Keysight Technologies
Источник напряжения | это.
.. Что такое Источник напряжения?ТолкованиеПеревод
- Источник напряжения
Рисунок 1 — Обозначение источника ЭДС схемах
Источник ЭДС (точнее, идеальный источник ЭДС) — источник питания, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока). Напряжение может быть задано как константа, как функция времени, либо как внешнее управляющее воздействие.
В простейшем случае напряжение определено как константа, то есть напряжение источника ЭДС постоянно.
Реальные источники ЭДС
Рисунок 2
Рисунок 3 — Нагрузочная характеристика
Идеальный источник ЭДС является физической абстракцией, то есть подобное устройство не может существовать. Если допустить существование такого устройства, то ток I, протекающий через него, стремился бы к бесконечности при подключении нагрузки, сопротивление RH которой стремится к нулю.
Но при этом получается, что мощность источника ЭДС также стремится к бесконечности, так как P = EI. Но это не возможно, по той причине, что мощность любого источника энергии конечна.В реальности, любой источник ЭДС обладает внутренним сопротивлением r, которое имеет обратную зависимость от мощности источника. То есть, чем больше мощность, тем меньше сопротивление. И наоборот. Наличие внутренненого сопротивления отличает реальный источник ЭДС от идеального. Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника энергии. Эквивалентная схема реального источника ЭДС представляет собой последовательное подключение идеального источника ЭДС Е и внутреннего сопротивления r.
На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального (синяя линия) и реального (красная линия) источников ЭДС.
где
- — падение напряжения на внутреннем сопротивлении;
- U = IRH — падение напряжения на нагрузке.
При коротком замыкании (RH = 0) , т.е. вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток IКЗ будет максимальным для данного источника ЭДС. Зная ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление:
См. также
- Источник тока
- Внутреннее сопротивление
- Закон Ома
Литература
- Электротехника: Учеб. для вузов/А. С. Касаткин, М. В. Немцов.— 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2003.— 542 с.: ил. ISBN 5-06-003595-6
- Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3
Но при этом получается, что мощность источника ЭДС также стремится к бесконечности, так как P = EI. Но это не возможно, по той причине, что мощность любого источника энергии конечна.
Wikimedia Foundation. 2010.
Игры ⚽ Поможем решить контрольную работу
- Источник Харьковская-1
- Источник минеральной воды Харьковская-1
Полезное
Есть ли постоянное питание?
Есть ли постоянный источник питания
Да, это возможно.
Я на самом деле сделал это однажды много лет назад в качестве демонстрации. Напряжение и ток можно напрямую измерять и напрямую контролировать с помощью аналоговой электроники, поэтому отклик может быть хорошим. Нет хорошего способа напрямую контролировать мощность или измерять мощность.
Мощность — это произведение напряжения и силы тока, поэтому один из способов — измерить эти две величины, а затем выполнить умножение, чтобы получить сигнал, пропорциональный мощности. В аналоговой электронике это сложно. Когда я делал это давным-давно, я использовал цифровой процессор для вычисления мощности по измеренному напряжению и току, а затем соответствующим образом увеличивал и уменьшал выходной сигнал. Это было давно, и я использовал настольный компьютер с интерфейсом IEEE-488 для управления электроникой. Он делал около 10 итераций цикла в секунду, чего было достаточно для демонстрации того, что я хотел продемонстрировать.
Сегодня импульсные источники питания обычно управляются небольшими встроенными процессорами, которые измеряют напряжение, а иногда и ток при каждом импульсе переключения.
Цифровые умножения могут быть такими же короткими, как одиночные циклы, поэтому управление мощностью с обратной связью сегодня гораздо более осуществимо. Однако пользы от этого очень мало. Я разработал несколько импульсных источников питания постоянного напряжения и несколько импульсных источников питания постоянного тока, но ни одного источника постоянного питания. Это не потому, что это невозможно сделать сегодня, а потому, что я не нашел для него применения.
то есть устройство у которого выход никогда не меняется?
Это бессмысленный вопрос. Что выводит ? Напряжение? Текущий? Мощность? Что-то другое? Мы занимаемся здесь проектированием, а не махаем руками.
Также существует некоторая путаница в отношении того, что блок питания может и не может контролировать. Подумайте даже о простом случае, когда нагрузкой (то, что подключено к источнику питания вне контроля источника) может быть любой резистор. Напряжение, ток и сопротивление связаны законом Ома:
Ток = Напряжение / Сопротивление
или в общепринятых единицах:
A = В / Ом
Обратите внимание, что в этом соотношении есть только две степени свободы.
Если вы определите любые два, у третьего не останется выбора. Поскольку нагрузка всегда имеет одну степень свободы, источник питания также имеет только одну степень свободы.
Вы можете изменить это различными способами. Для источника постоянного напряжения источник выбирает напряжение, нагрузка выбирает сопротивление, а ток получается таким, какой он есть. Или нагрузка выбирает ток, и кажущееся сопротивление источника питания оказывается таким, какое оно есть.
Мощность равна напряжению, умноженному на ток. С этим и законом Ома вы можете получить:
Мощность = Напряжение 2 / Сопротивление
Опять же, только две степени свободы. Если блок питания регулирует мощность, а нагрузка подбирает сопротивление, то и напряжение выходит на то, на что выходит.
Вы не можете обмануть основы физики.
Более высокий ток или более высокое напряжение от источника питания
\$\начало группы\$
При выборе источника питания обычно рекомендуется, чтобы напряжение было таким же, как номинал устройства, но ток должен быть <= блока питания (БП).
Причина последнего, как правило, — «хотя есть больше доступного тока, устройство потребляет ровно столько, сколько ему нужно».
Вопросы:
Что мне непонятно, так это то, почему это не относится и к напряжению, поскольку, например, большее напряжение указывает на большее давление/силу и, следовательно, больший ток, но почему устройство не может по-прежнему ограничивать, потребляя только необходимый ток?
Если входное напряжение совпадает с номиналом устройства, как устройство может потреблять только необходимый ток? Предполагая, что сопротивление в устройстве такое же, не должен ли больший ток от источника питания беспрепятственно проходить через устройство?
- источник питания
- напряжение
- ток
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
Существует два типа рейтинга: Первый — это то, что делает устройство .
Другим является то, что устройство максимальные возможности или ограничивающие условия, в которых устройство может должным образом выполнять свою работу.
Большинство источников питания имеют напряжение источников, поэтому номинальное напряжение такое же, как у устройства . Текущий рейтинг — это максимальная мощность источника питания . Источник напряжения будет подавать номинальное напряжение в пределах спецификации до тех пор, пока результирующий ток не превышает номинального тока.
Для гораздо более редкого источника тока номинальное значение тока равно тому, что устройство делает , а номинальное напряжение соответствует тому, на что оно способно. Источник тока будет обеспечивать номинальный ток в пределах спецификации до тех пор, пока требуемое для этого напряжение не превышает возможности источника питания.
В подавляющем большинстве случаев вы будете сталкиваться с источником тока — это источник напряжения с функцией ограничения тока.
Когда ток, потребляемый от источника, превышает установленный предел, и источник питания больше не пытается поддерживать постоянное напряжение, а вместо этого начинает регулировать (уменьшать) напряжение, чтобы уменьшить ток и поддерживать его в установленном пределе. Если потребляемый ток падает ниже этого предела, источник питания снова начинает поддерживать фиксированное напряжение.
Таким образом, необходимо понимать, что номинальные значения напряжения и тока для источников питания не имеют одинакового использования, и их значение зависит от того, предназначен ли источник питания для источника напряжения (источник напряжения) или для источника тока (ток). источник).
Таким образом, ваш вопрос похож на следующие вопросы:
- Почему компьютер, который работает от сети 120 В переменного тока и может работать до максимальной температуры окружающей среды до 40С, не всегда заставить комнату быть 40C?
- Если человек может бежать со скоростью 6 км/ч, если он несет менее 10 кг груза, как он может бежать со скоростью 6 км/ч, неся меньший вес?
- Если человек может поддерживать скорость бега 8 км/ч в течение максимум часа, как он сможет пробежать меньше часа?
Вы видите, что вопрос не имеет никакого смысла, когда вы понимаете, что на самом деле говорят рейтинги.
\$\конечная группа\$
7
\$\начало группы\$
Если бы устройство было резистором, это не имело бы значения (при условии, что источник питания поддерживает оба предела)
Допустим, у вас есть резистор 12 В 12 Вт (возможно, это нагреватель эфирного масла), вы могли бы использовать блок питания 1 А. рассчитанный на более чем 12 В, и резистор получит 1 А, а источник питания будет производить 12 В. В качестве альтернативы вы можете использовать источник питания 12 В, способный выдавать более 1 А, а резистор получит 12 В, а ток будет 1 А. эти результаты обусловлены законом Ома.
Однако большая часть бытовой электроники устроена сложнее. большинству устройств требуется фиксированное напряжение, и они потребляют ток, соответствующий их маркировке. Ток, который они хотят, не является фиксированным значением, а вместо этого варьируется в зависимости от того, какие части внутри устройства работают или нет.
Однако есть некоторые потребительские устройства, которые вместо этого требуют фиксированного тока (большинство из них представляют собой своего рода светодиодную подсветку)
Повторители, используемые в подводных оптоволоконных кабелях, также питаются током, они подключаются последовательно и последовательно. подайте фиксированный ток на один конец кабеля, чтобы все повторители видели один и тот же ток, обычно для пропускания этого тока по кабелю требуются тысячи вольт.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Первоначально я разместил это как комментарий, но я думаю, что это скорее ответ.
Ответ очевиден для резистивного устройства, где существует линейная зависимость между приложенным напряжением, сопротивлением и током. Это немного сложнее для чего-то вроде регулятора напряжения в постоянном сопротивлении, и в этом случае ток будет оставаться примерно одинаковым в диапазоне приложенного напряжения.
