Есть ли постоянный источник питания?

18

Источник напряжения - это устройство, которое вырабатывает постоянное напряжение, но позволяет изменять силу тока и мощность в соответствии с законами электричества. Источник тока - это устройство, которое вырабатывает постоянный ток, позволяя изменять напряжение и мощность.

Есть ли постоянный источник питания - то есть устройство, выходная мощность которого никогда не меняется? Независимо от того, к чему он подключен, его напряжение и сила тока будут регулироваться для обеспечения постоянной мощности. (Его поведение будет неопределенным как для открытых, так и для разомкнутых цепей.)

power-supply power constant-power PyRulez
источник

Характер нагрузки? Линейный или Нелинейный? Как нагрузка может варьироваться? Как вы планируете использовать?

Гопи

Почему такие добрые вопросы для таких фундаментальных вещей, как источники и т. Д., Ставятся так часто, и они так популярны?

GR Tech

1

Вы спрашиваете, есть ли «идеальный» источник питания, в анализе цепи. Вы задаете вопрос: «Поскольку у нас есть идеальные источники напряжения и идеальные источники тока, можем ли мы иметь идеальные источники питания?»

JFA

В полном ответе будут указаны как теоретические, так и практические примеры, если они существуют.

PyRulez

17

Да, очень легко построить источник постоянного тока.

Взять, к примеру, обычный импульсный повышающий преобразователь.

схематический

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Предположим, что он работает в прерывистом режиме и не имеет синхронного выпрямления (т. Е. Просто диод). Если переключатель работает с фиксированным рабочим циклом (т. Е. Без обратной связи), он помещает фиксированное количество энергии в индуктор каждый раз, когда он замкнут. Количество энергии зависит только от входного напряжения, индуктивности и времени включения. Эта энергия сбрасывается в нагрузку при размыкании переключателя.

Постоянная энергия за цикл × постоянное количество циклов в секунду = постоянная энергия в секунду = постоянная мощность.

Независимо от сопротивления нагрузки уровни напряжения и тока будут регулироваться в соответствии с этим значением мощности.

С точки зрения практических ограничений, если выход этого источника закорочен, то ток будет ограничен сопротивлением внутренних компонентов (индуктивности и диода). Если выход остается открытым, напряжение будет ограничено распределенной емкостью компонентов - катушка индуктивности будет «звенеть» с некоторым высоким напряжением на собственной резонансной частоте.

Дэйв Твид
источник

1

Обратное из этого обычно используется в качестве «трекера точки максимальной мощности» для солнечных элементов: для данного выходного напряжения, изменяйте точку входного напряжения / тока для максимальной передачи мощности от элементов.

pjc50

2

@ pjc50: Да, преобразователь режима переключения может использоваться в качестве регулируемой нагрузки для солнечной панели, и наряду с подходящими датчиками напряжения и тока может быть создан контур обратной связи, который выполняет MPPT. Но я не понимаю, как это в каком-то смысле является «обратным» тому, о чем я говорю в своем ответе. Весь смысл MPPT состоит в том, что фактическое значение максимальной мощности варьируется.

Дэйв Твид

1

@tuskiomi: Нет. Если вы хотите регулировать мощность, вы не можете выбрать ни напряжение, ни ток. Сопротивление нагрузки устанавливает оба этих значения:

и

V = \sqrt{P \cdot R}

$V = \sqrt{P \cdot R}$

I = \sqrt{\frac{P}{R}}

$I = \sqrt{\frac{P}{R}}$

Дэйв Твид

1

@tuskiomi: Ах, в этом случае, да, есть формула. Входная энергия за цикл переключения

. Пиковый ток является функцией времени включения, индуктивности и входного напряжения:

E = \frac{1}{2} I_{p e a k}^{2} \cdot L

$E = \frac{1}{2}I_{peak}^2\cdot L$

. Мощности просто энергия зациклумноженной на частоту переключения:

. Вы можете объединить эти уравнения, чтобы получить общее уравнение для мощности.

I_{p e a k} = \frac{V_{i n} t_{o n}}{L}

$I_{peak} = \frac{V_{in} t_{on}}{L}$

P = E \cdot f_{S W}

$P = E \cdot f_{SW}$

Дэйв Твид

3

Это не на 100% правильно из-за распространенной ошибки. Выходная мощность этой цепи зависит от выходного напряжения. Пиковый ток индуктивности составляет Vt / L, но доставляемая энергия не просто 1 / 2.LI ^ 2 - дополнительная энергия доставляется VIN во время разрядки индуктора. Время разряда Toff = L.Ipeak / (VOUT -VIN), и энергия, поступающая на выход, равна Vout.Ipeak.Toff / 2

jp314

5

Да, но более практично, эти устройства называются электронными нагрузками. Они могут быть настроены на получение постоянного тока или постоянной мощности от источника питания. Они полезны для тестирования источника питания, аккумулятора и солнечной батареи.

Постоянные источники питания встречаются реже, но одним из практических применений является сохранение ЖК-дисплея, который используется снаружи, в достаточно холодном тепле, чтобы не размывать движущиеся изображения. Нагревательный элемент ЖК-дисплея представляет собой тонкий лист полупрозрачного материала, называемого оксидом олова индия. Или может быть тонкий провод на ЖК-экране. В любом случае сопротивление нагревателя значительно меняется в зависимости от температуры. Если вы подаете на нагреватель постоянный ток или постоянное напряжение, мощность будет сильно зависеть от температуры окружающей среды.

Тем не менее, мы хотим иметь относительно постоянную мощность, поэтому используется постоянный источник питания.

user39588
источник

5

Истинный источник питания «постоянной мощности» будет выводить бесконечный ток в короткое замыкание и создавать бесконечное напряжение на обрыве цепи; на практике любой источник питания будет иметь ограничение по напряжению и току, которые он будет производить, независимо от выходной мощности.

Между этими пределами многие переключающие источники питания в диапазоне 60 Вт фактически будут вести себя очень похоже на источники постоянного тока, когда ток достаточно велик, чтобы при полном напряжении им приходилось выдавать больше мощности, чем они способны, но достаточно низко не запускать цепь ограничения тока. Из того, что я могу сказать, для семейства источников разных напряжений характерен одинаковый максимальный ток, и они отличаются только максимальным напряжением, которое они будут производить. Если кто-то строит логарифмический график кривых выходное напряжение-ток, то источники в семействе будут иметь одну и ту же диагональную линию для выходной мощности и будут иметь ту же вертикальную линию для максимального тока; единственной разницей будет высота горизонтальной линии, которая ограничивает максимальное напряжение.

Обратите внимание, что необходимо проверить листы данных любого запаса, который вы можете использовать таким образом, чтобы удостовериться в том, что у вас есть четкое представление о том, какие аспекты работы являются или не указаны.