Параметры выходного напряжения в импульсных источниках питания MEAN WELL
В большинстве случаев для выбора источника питания достаточно двух основных параметров – выходное напряжение и выходной ток, которые определяют мощность источника питания. Такое упрощение возможно для ряда нагрузок, где допускается варьирование выходных параметров источника питания в достаточно широких пределах. Однако для оценки применимости блока питания в конкретных условиях эксплуатации компания MEAN WELL приводит ряд дополнительных параметров выходного напряжения, которые можно или следует учитывать при выборе:
Отклонение напряжения
Отклонение напряжения (Voltage Tolerance) – относительная величина (выражается в процентах), характеризует возможное и допустимое отклонение от номинального уровня. Как правило, это величина учитывает дополнительные отклонения стабильности по входу (сети) и выходу и позволяет оценить максимальное отклонение напряжения от номинального значения.
Пульсации и шум
Пульсации и шум (Ripple and Noise) – абсолютная величина (выражается, как правило, в мВ) размаха напряжения, характеризующая частотные компоненты в выходном напряжении постоянного тока в импульсных источниках питания. Пульсации возникают как следствие выпрямления входного напряжения сети в выпрямителе блока питания; частота пульсаций равна удвоенной частоте сети. Шум – это вторая частотная компонента, возникает за счет работы ключевых элементов БП в импульсном режиме.
Стабильность по входу/сети
Стабильность по входу/сети (Line Regulation) – относительная величина, характеризует изменение выходного напряжения при изменении входного напряжения в допустимом диапазоне. То есть параметр стабильность по входу позволяет оценить качество работы импульсного источника питания в условиях нестабильной сети. Определяется по формуле:
Стабильность по выходу
Стабильность по выходу (Load Regulation) – относительная величина, характеризует изменение выходного напряжения при изменении нагрузки на трех уровнях – минимальная нагрузка, максимальная, и половина. То есть параметр стабильность по выходу позволяет оценить качество работы импульсного источника питания в условиях нестабильной или вариативной нагрузки, подключенной к блоку питания. Определяется по формуле:
Значения параметров выходного напряжения в импульсных источниках питания зависят от применяемой топологии, мощности, ширины ряда выходных напряжений в серии и назначения блоков питания. Так, например, для светодиодных источников питания малой мощности APV-12 характерны невысокие параметры:
А для блоков питания на DIN-рейку серии EDR-120 значения параметров уже значительно лучше и соответствуют значениям для серий блоков питания промышленного применения:
Электрическое напряжение. Определение, объяснение простыми словами, единица измерения, формула
Одним из самых фундаментальных терминов в электротехнике является термин “электрическое напряжение”. В этой статье мы объясним, что это такое и как его рассчитать.
Объяснение простыми словами
Электрическое напряжение U является той самой причиной, которая “заставляет” протекать электрический ток I. Электрическое напряжение всегда возникает, когда заряды разделены друг от друга, то есть все отрицательные заряды на одной стороне, а все положительные – на другой. Если соединить эти две стороны электропроводящим материалом, потечет электрический ток.
Общепринятое определение термина “электрическое напряжение”.
Электрическое напряжение (или просто напряжение) – это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле. Это движущая сила для электрического заряда.
Потенциал в электрическом поле – это энергия заряженного тела, не зависящая от его электрического заряда. Для пояснения вы можете посмотреть на сравнение с водяным контуром чуть ниже в статье.
Есть другое определение (из учебника по физике 8 класса):
Напряжение – это физическая велuчuна, характеризующая электрическое поле. Электрическое напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе, совершенной при переносе между ними заряда 1 Кл силами электрического поля.
Сравнение с использованием модели протекания воды.
Хорошей аналогией, которая поможет вам представить себе электрическое напряжение и потенциал, является водяной контур. В этой схеме у вас есть два бассейна на разной высоте, которые соединены трубой. В этой трубе вода может перетекать из верхнего бассейна в нижний. Затем вода перекачивается обратно в верхний бассейн с помощью насоса, как показано на рисунке ниже.
Электрическое напряжение – сравнение с использованием модели протекания воды
В своих размышлениях вы теперь легко можете сравнить насос с источником электрического напряжения. Кроме того, поток воды можно сравнить с электрическим током. Насос транспортирует воду из нижнего бассейна в верхний. Оттуда она самостоятельно течет обратно в нижний бассейн. В данном примере насос является приводом для потока. Чем больше разница в высоте, тем сильнее поток. Решающим фактором является потенциальная энергия верхнего бассейна. Вы можете сравнить разность энергий двух бассейнов с разностью электрических потенциалов. Проще говоря, большая разница в высоте соответствует большему электрическому напряжению.
Формула
Формула для электрического напряжения U, согласно закона Ома для участка цепи, имеет вид
Как видно из этой формулы, если электрическое напряжение остается неизменным, то чем больше электрическое сопротивление (R), тем меньше сила тока (I).
Другая формула для расчета электрического напряжения такова:
То есть электрическое напряжение U равно мощности деленной на силу тока I.
Единица измерения электрического напряжения
Единицей измерения электрического напряжения в СИ является Вольт, сокращенно В (в честь итальянского учёного А. Вольта).
1 вольт (1 В) – это напряжение между двумя точками электрического поля, при переносе между которыми заряда 1 Кл совершается работа 1 Дж.
[U] = 1 В
Теперь вы можете объяснить смысл надписи 4,5 В или 9 В на круглой или плоской батарейке. Смысл в том, что при переносе с одного полюса источника на другой (через спираль лампочки или другой проводник) заряда 1 Кл силами электрического поля может быть совершена работа соответственно 4,5 Дж или 9 Дж.
В электротехнике напряжение может варьироваться от микровольт (1 мкВ = 1 * 10 -6 В) и миливольт (1 мВ = 10 -3 В), до киловольт (1 кВ = 1 * 10 3 В) и мегавольт (1 МВ = 10 6 В)
Вы можете преобразовать отдельные единицы измерения следующим образом:
1 В = 1000 мВ, 1 мВ = 1000 мкВ, 1 МВ = 1000 кВ, 1 кВ = 1000 В.
Электрическое напряжение в цепи
Для источников напряжения в схемах обычно используется один из следующих символов.
Источники напряжения и электрическая цепь
Источник напряжения всегда имеет два соединения/полюса. Полюс “плюс” и полюс “минус”. Само напряжение обозначено стрелкой напряжения (UQ). Для источников оно всегда отображается от плюса к минусу.
Электрическое напряжение, падающее на резисторе, также можно обозначить стрелкой напряжения (на схеме обозначена как красная стрелка UR ). Это указывает на техническое направление электрического тока.
Также часто можно услышать термин “напряжение холостого хода” или “напряжение источника”. Это выходное напряжение ненагруженного источника, т.е. источника, к которому ничего не подключено. Если цепь замкнута с нагрузкой, то можно измерить только напряжение на полюсах источника.
Электрические напряжения при последовательном и параллельном соединении
У нас уже есть статья о последовательном и параллельном соединении проводников, в котором мы обсуждаем эту тему более подробно. Поэтому здесь мы рассмотрим лишь некоторые основы.
При последовательном соединении компоненты подключаются в ряд.
Электрическое напряжение при последовательном соединении
Здесь электрическое напряжение источника делится на резисторы. Этот момент также описывается вторым правилом Кирхгофа. Здесь применимо следующее:
то есть напряжение источника равно сумме электрических напряжений на отдельных резисторах. Напряжение источника по-разному распределяется по разным резисторам.
В электрической цепи с параллельным соединением компоненты расположены, соответственно, параллельно друг относительно друга. Это можно увидеть на следующей схеме.
Электрическое напряжение в параллельной цепи
Здесь гораздо проще определить электрические напряжения на резисторах, так как при параллельном соединении:
Поэтому электрическое напряжение на резисторах такое же высокое, как и электрическое напряжение источника.
Измерение электрического напряжения
Приборы для измерения напряжения, также называемые вольтметрами, всегда подключаются параллельно потребителю, на котором необходимо измерить электрическое напряжение.
Одним из наиболее часто используемых вольтметров является цифровой мультиметр (DMM), поэтому мы покажем вам процедуру измерения напряжения с помощью DMM. Сначала необходимо установить тип электрического напряжения (DC – постоянный ток или AC – переменный ток).
Для постоянного тока необходимо обратить внимание на правильную полярность, т.е. подключить плюс к положительному полюсу. На следующем этапе необходимо выбрать правильный диапазон измерения. Если вы не можете оценить, насколько велика измеряемая величина, установите наибольший возможный диапазон и двигайтесь от него вниз, пока не найдете нужный. Наконец, вам нужно только “считать” электрическое напряжение прибором.
Примеры типовых значений электрического напряжения
Для некоторых применений соответствующее электрическое напряжение можно найти в таблице ниже.
| Светодиод | 1,2 – 1,5 В |
| Зарядное устройство USB | 5 В |
| Напряжение автомобильного аккумулятора | 12, 4 – 12,8 В |
| Напряжение в розетке (среднеквадратичное или действующее значение) | 230 В |
| Высоковольтные линии электропередач (ЛЭП) | 60 кВ – 1 МВ |
Вы можете видеть, что на высоковольтных линиях присутствует напряжение до мегавольт. Такие большие электрические напряжения используются для того, чтобы уменьшить потери в длинных линиях.
Решающим фактором для потребителя является мощность P, которую можно рассчитать для постоянного напряжения с помощью формулы:
P = U * I
Это означает, что электрический ток I так же важен для потребителя, как и электрическое напряжение. Согласно закону Ома, зависимость между током и напряжением имеет вид:
U = R * I .
Если напряжение остается неизменным, сопротивление определяет величину тока. Чтобы проиллюстрировать это, представьте следующее. У вас есть три разных бассейна, которые заполнены одинаковым количеством воды. Каждый бассейн имеет слив, который различается по сечению, т.е. в одном бассейне сливная труба очень маленькая, а в другом – очень большая.
Постоянное электрическое напряжение можно определить по тому, что все емкости заполнены на одинаковую высоту. Если слив узкий в нижней части, он представляет собой большое сопротивление. Ток здесь может течь только медленно. Если сечение сливной трубы больше, то сопротивление меньше и, соответственно, может протекать больший ток.
Диапазоны входных и выходных рабочих напряжений ОУ. Устраняем путаницу
Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.
Мы будем публиковать перевод руководства Трампа на нашем сайте регулярно, дважды в месяц.
У разработчиков зачастую возникают вопросы по поводу допустимых значений питающих напряжений, диапазонов входных и выходных напряжений операционных усилителей (ОУ). Я попытаюсь прояснить ситуацию, чтобы устранить часто возникающую путаницу.
Во-первых, у обычного ОУ нет вывода земли. Стандартный операционный усилитель «не знает», какой потенциал считать нулевым. Таким образом, ОУ не различает, работает он с биполярным питанием (dual supply, ±) или с однополярным (single power supply). Схема будет прекрасно функционировать, пока значения питающих, а также входных и выходных напряжений будут находиться в рамках допустимых диапазонов.
Есть три наиболее важных диапазона рабочих напряжений:
- Диапазон питающих напряжений (supply-voltage range) определяется как полное напряжение между выводами питания. Например, при заявленном диапазоне ±15 В полный размах напряжения составит 30 В. Диапазон рабочих напряжений питания для ОУ может быть обозначен как 6…36 В. Тогда минимальный размах напряжений составляет ±3 или +6 В. Максимальный размах будет ±18 или +36 В. Диапазон напряжений питания может составлять и вовсе 6/+30 В. И – да, несимметричное питание также может использоваться, если учесть замечания следующих пунктов.
- Входное синфазное напряжение (common-mode voltage range, СМ) обычно указывается относительно значений рабочих напряжений питания, как показано на рисунке 1. В этом случае в документации используется формульная запись, например, для гипотетического ОУ с синфазным напряжением на 2 В больше отрицательного напряжения питания и на 2,5 В меньше положительного напряжения будет использована примерно такая запись: от (V-)+2 В до (V+)-2,5 В.
- Диапазон выходного напряжения (output-voltage range) или размах выходного напряжения (output-swing capability) так же, как и в предыдущем случае, указывается относительно значений питающих напряжений. В приведенном примере – от (V-)+1 В до (V+)-1,5 В.
На рисунках 1, 2 ,3 представлена буферная схема повторителя напряжения с коэффициентом усиления G = 1. Ключевая особенность схемы заключается в том, что выходное напряжение усилителя на рисунке 1 будет на 2 В больше, чем значение отрицательного напряжения питания, и на 2,5 В меньше, чем значение положительного напряжения питания. Так получается из-за ограниченного значения входного синфазного напряжения CM. Вам потребуется изменить коэффициент усиления, чтобы расширить диапазон выходных напряжений до максимума.
Схема на рисунке 1 является типовой для ОУ с биполярным питанием. Однако использовать однополярное питание также возможно, если не выходить за границы разрешенных диапазонов напряжений.
Рис. 1. Диапазоны входных и выходных напряжений типового ОУ с биполярным питанием (dual supply)
На рисунке 2 представлен так называемый ОУ с однополярным питанием (single-supply op amp). Для него допустимое синфазное напряжение может быть равно размаху напряжения питания, а зачастую даже выходит за его границы. Это позволяет использовать такой ОУ в широком перечне схем, которые работают с близкими к нулю потенциалами. ОУ, который не заявлен как усилитель с однополярным питанием, на самом деле также способен работать в однополярной конфигурации в некоторых схемах, однако реальный однополярный усилитель оказывается более универсальным.
Рис. 2. Диапазоны входных и выходных напряжений типового ОУ с однополярным питанием (single-supply op amp)
В буферной схеме с коэффициентом усиления G = 1 такой ОУ обеспечивает потенциал выхода на 0,5 В выше уровня отрицательного напряжения питания за счет ограничения выходного диапазона и на 2,2 В ниже значения положительного напряжения питания за счет ограничения входного синфазного напряжения.
На рисунке 3 показан rail-to-rail ОУ. Вход rail-to-rail способен работать со входными напряжениями, равными или даже превосходящими уровни питающих напряжений. Выход типа rail-to-rail подразумевает, что выходные напряжения ОУ максимально близки к значениям напряжений питания, и обычно отличаются от них всего на 10…100 мВ. Некоторые ОУ обозначают только как усилители с выходом типа «rail-to-rail» и не упоминают о входных характеристиках, показанных на рисунке 3. Технологию «Rail-to-rail» чаще всего применяют для ОУ с однополярным питанием 5 В и ниже, чтобы максимально эффективно использовать ограниченный диапазон питающих напряжений.
Рис. 3. Диапазоны входных и выходных напряжений типового rail-to-rail ОУ
Усилители rail-to-rail весьма привлекательны благодаря менее жестким ограничениям диапазонов используемых напряжений, однако они не всегда являются оптимальным выбором. Как правило, приходится искать компромиссы с учетом значений других параметров. Именно для этого и нужны разработчики аналоговых схем.
Блок питания
Блок питания — это какой-либо узел радиоэлектронного устройства, который обеспечивает необходимым питанием какое-либо устройство. Все вы знаете, что для работы радиоэлектронных устройств нужно питание, которые они получают извне. То есть все радиоэлектронные устройства так или иначе потребляют электрический ток. Каждому радиоэлектронному устройству требуется конкретное напряжение и мощность, поэтому, блоки питания «заточены» именно под конкретное устройство. Именно поэтому встречается огромное множество различных блоков питания и для каждого устройства оно свое.
Характеристики блока питания
Итак, каждый отдельный блок питания обладает своими характеристиками и параметрами. Ниже перечислим их основные параметры.
Тип выходного напряжения
В основном радиоэлектронные устройства питаются переменным и постоянным током. Поэтому, блоки питания могут выдавать переменное или постоянное напряжение. В большинстве случаев используется именно постоянное напряжение.
К блокам питания с постоянным выходным напряжением можно отнести компьютерные блоки питания
а также различные зарядные устройства для ваших гаджетов.
К блокам питания с переменным напряжением можно отнести трансформаторы
А также инверторы. Инверторы — это устройства, которые из постоянного напряжения делают переменное напряжение.
Выходное напряжение
Блок питания выдает какое-либо определенное напряжение, которое требуется для какого-либо конкретного устройства. Поэтому, самый главный параметр — это напряжение в Вольтах, которое выдает блок питания.
Например, для зарядки наших смартфонов требуется блок питания с постоянным напряжение в 5 Вольт, а для того, чтобы горела автомобильная лампочка, нам потребуется блок питания с напряжением в 12 Вольт.
Выходная мощность
Каждый блок питания наряду с выходным напряжением также должен уметь выдавать в нагрузку и требуемую силу тока. Хочу напомнить, что мощность постоянного тока рассчитывается по формуле P=IU, где P — это мощность, I — сила тока, U — напряжение. Следовательно, мощный блок питания должен уметь выдавать и большую силу тока, если от этого потребует нагрузка. Рассчитать максимальную силу тока, которую способен выдавать такой блок в нагрузку, вы можете по формуле I=P/U. Но чаще всего силу тока пишут также на самой этикетке блока питания.
Те, кто занимается компьютерами, знают, что на самом компьютерном блоке питания на этикетке написана мощность, которую может выдать блок питания. Поэтому, геймеры берут очень мощный блок питания, так как железо мощного компьютера потребляет очень много электрической энергии.
Трансформаторный блок питания
Трансформаторный блок питания уже почти не используется в современной электронике, так как состоит из громоздкого трансформатора, что делает такой блок питания тяжелым и крупногабаритным. Схема трансформаторного блока питания до боли простая.
На такой схеме в давние времена собирались почти все блоки питания во всем мире. Такая схема отличалась своей надежностью и неприхотливостью. Здесь мы видим трансформатор, диодный мост и конденсатор. Как работает эта схема, я писал еще в этой статье.
На базе этой схемы можно собрать себе самый простой блок питания с регулировкой от 1,2 Вольта и до 37 Вольт и с выходной силой тока до 1,5 Ампер. Его я описывал еще в этой статье.
У меня он до сих пор лежит на рабочем столе и служит верой и правдой
Также этот же самый принцип я применил при сборке самого простого зарядного устройства для автомобиля. Подробнее можете ознакомиться по этой ссылке.
Импульсный блок питания
Импульсный блок питания строится намного сложнее, но зато обладает также своими плюсами. Это меньшие массо-габаритные свойства, по сравнению с трансформаторным блоком питания. Но здесь также есть и свои минусы. Это большее количество радиоэлементов, по сравнению с трансформаторным блоком питания, а также могут быть шумы на выходе. Поэтому, качественные акустические системы и усилители питаются на трансформаторном блоке питания. Да, там есть некоторые пульсации, но их намного проще отфильтровать, чем высокочастотные шумы импульсного блока питания.
Хотя в импульсном блоке питания и имеются трансформаторы, но они здесь рассчитаны на высокую частоту, что делает их небольшими и недорогими.
Лабораторный блок питания
Лабораторный блок питания — это такое устройство, которые может выдавать значение напряжение в каком-либо диапазоне, который установит пользователь.
Мой лабораторник выглядит вот так.
Итак подробнее, обратите внимание на обозначение в правом верхнем углу. Там написано PS-1502DD. Как же расшифровать данную запись?
Описание лабораторного блока питания
PS — Power supply — что с английского означает «блок питания».
1502 — характеристики данного блока. Первые две цифры показывают максимальное напряжение которое может выдать этот блок, в нашем случае 15 вольт, а последние две цифры, это максимальная сила тока, которую может выдать в нагрузку этот блок, то есть 2 ампера. Под нагрузкой понимается либо лампочка, либо резистор, либо любое другое устройство, потребляющее электрическую энергию.
DD — цифровая индикация как для тока, так и для напряжения (ну те, два окошечка на блоке, на котором он показывает значения напряжения и тока).
Включение блока производится кнопкой «POWER». Справа окошко индикации напряжения. Там я выставил 8,5 вольт, а слева окошко индикации силы тока.
Крутилки слева направо:
- токовая крутилка, задает пиковый ток. Если нагрузка будет «жрать» ток больше чем задано с помощью крутилки, то блок питания уйдет «в защиту», то есть он просто-напросто перестанет выдавать вам напряжение и ток, пока вы его не перезагрузите.
- выбор напряжения, либо она задает напряжение сразу, либо напряжение можно менять от 0-15 Вольт.
- «нежное» изменение напряжения (работает только тогда, когда мы выбрали диапазон предыдущей крутилки от 0-15 Вольт)
- «грубое» изменения напряжения (работает только тогда, когда мы выбрали диапазон предыдущей крутилки от 0-15 Вольт)
Как применять в работе
Продемонстрируем работу блока питания на вентиляторе от компьютера. Вентилятор — это разновидность нагрузки, наряду с лампочками и резисторами. Как мы видим, на нем написано DC 12V 0,18А. Это значит, что для питания вентилятора нам требуется 12 Вольт. Пишут, что ток потребления этого вентилятора 0,18А или говоря русским языком, 180 миллиампер. Так ли это? А давайте проверим!
Выставляем 12 Вольт и цепляемся к вентилятору. Красный — плюс, черный — минус.
И он у нас начинает вращаться. Смотрим на показания. Ну да! Все сходится! Вентилятор у нас потребляет ровнехонько 180 миллиампер!
Хотелось бы отметить, что некоторые электронщики сами делают блоки питания для собственных нужд. Например, вот схемка простого блока питания, собранного лично мной.
Где купить лабораторный блок питания
Также вы всегда можете приобрести сразу готовый на Алиэкпрессе 30 Вольт 5 Ампер, что вполне хватит начинающему и среднему электронщику. Очень приятные отзывы вот у такого.
Также я находил очень неплохой по этой ссылке:
Выдает также 30 Вольт 5 Ампер.
В наших магазинах я встречал такие блоки с ценником только более 5000 руб.