Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловой источник тока схема

Источники постоянного тока: виды, характеристики, сферы применения

От Masterweb

Постоянный ток существует только в замкнутой цепи и сохраняет свое направление и основные параметры неизменными во времени. Для его поддержания необходимо наличие постоянного напряжения. Это требование является неизменным для различных источников постоянного тока.

Источники постоянного электрического тока

Существует несколько основных видов источников энергии постоянного тока. Каждый из них основан на использовании разных физических принципов и используется в определенных условиях. К ним можно отнести следующие виды:

  • механические, превращающие механическую энергию вращения ротора в электрическую энергию;
  • тепловые, в которых в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия;
  • химические, в которых в электрическую энергию преобразуется энергия, выделяющаяся в результате химического процесса;
  • световые, превращающие энергию солнечного света в электрическую энергию.

В основном электроэнергия вырабатывается электростанциями, от которых потребители получают не постоянный, а переменный ток, который затем преобразуется в постоянный. Но во многих сферах можно применять только тепловые, световые или химические источники постоянного электрического тока.

Тепловые источники

В этих источниках используется термоэлектрический эффект. Электрический ток в замкнутой цепи возникает благодаря разнице температур, контактирующих между собой, металлов или полупроводниковых структур. В месте контакта при нагреве возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС). Электрический ток заряженных частиц направлен от нагретого участка в сторону холодного. Его величина пропорциональна разнице температур. В месте спая образуется термопара.

Приборы, которые для создания постоянного тока используют тепло, выделяющееся при распаде радиоактивных изотопных материалов, являются радиоизотопными термоэлектрическими генераторами.

Световые источники

Свойство полупроводников создавать ЭДС при попадании на них потока света используется при создании световых источников постоянного тока.

Объединение большого количества кремниевых структур позволяет создавать солнечные батареи. Небольшие электростанции, созданные на базе таких солнечных панелей, имеют на сегодняшний день КПД не более 15%.

Химические источники

Получение положительных и отрицательно заряженных частиц в химических источниках постоянного тока осуществляется за счет химических реакций. По классификации химических источников они делятся на 3 группы:

  • гальванические элементы, являющиеся первичными источниками ;
  • электрические аккумуляторные батареи (АКБ), или вторичные ХИТ;

*ХИТ — химические источники тока.

Гальванические элементы используют принцип действия, основанный на взаимодействии двух металлов через среду электролита. Вид и характеристики ХИТ зависят от выбранной пары металлов и состава электролита. Два металлических электрода источника тока по аналогии с прибором односторонней проводимости получили название анода («+») и катода («-«).

Материалом для изготовления анода могут служить свинец, цинк, кадмий и другие. Катод изготавливают из оксида свинца, графита, оксида марганца, гидрооксида никеля. По составу электролита гальванические элементы разделяются на 3 вида:

  • солевые или «сухие»;
  • щелочные;
  • литиевые.

В элементах первых двух видов графито-марганцевый стержень (катод) помещен по оси цинкового цилиндрического стаканчика (анода). Свободное пространство между ними заполнено пастой на основе хлорида аммония (солевые) или гидрооксида калия (щелочные).

В литиевых элементах цинковый анод заменен щелочным литием, что привело к значительному увеличению продолжительности работы. Материал катода в них определяет выходное напряжение батарейки (1,5-3,7) В. Первичные ХИТ являются источниками одноразового действия. Его реагенты, расходующиеся в процессе работы, не подлежат восстановлению.

Аккумуляторы представляют собой устройства, в которых производится преобразование электрической энергии внешнего источника тока в химическую энергию при заряде и ее накопление. В процессе работы (разряд) происходит обратное преобразование — химическая энергия служит источником постоянного электрического тока.

К основным видам аккумуляторов относятся:

  • свинцово-кислотные;
  • никель-кадмиевые щелочные;
  • литий-ионные.

Для создания химических процессов набор пластин помещен в раствор электролита. В АКБ, созданных по современным технологиям, раствор представляет собой не жидкость, а гелиевый состав (GEL) или сотовые сепараторы, пропитанные электролитом и помещенные между свинцовыми пластинами (AGM).

Свинцово-кислотные и никель-кадмиевые щелочные аккумуляторы для работы в качестве источников постоянного тока для запуска двигателей автомобилей собирают из набора отдельных аккумуляторных элементов («банок»). Каждая «банка» обеспечивает на своих клеммах напряжение 2,1 В. Соединенные последовательно 6 элементов и помещенные в ударопрочный корпус, имеют на выходных клеммах аккумулятора необходимые для запуска двигателя 12 В.

Читайте так же:
Длина провода термодатчика для теплого пола

В литий-ионных аккумуляторах носителями электрического тока служат ионы лития. Они образуются на катоде, изготовленному из соли лития. Анод может быть изготовлен из графита или оксидов кобальта. Напряжение постоянного тока на выходе аккумулятора может варьироваться в пределах (3,0-4,2) В в зависимости от используемых материалов. Эти аккумуляторы имеют низкое значение тока саморазряда и допускают большое количество циклов заряд/разряд. Благодаря этому все современные гаджеты используют аккумуляторы этого вида.

Механические источники постоянного тока

Устройствами, преобразующими механическую энергию в электрическую, являются турбо и гидро генераторы. Они вырабатывают переменный электрический ток. Для основной части бытовых приборов источником постоянного тока выступают их блоки питания. В них производится преобразование переменного напряжения генератора в постоянное напряжение, необходимое для работы устройств. Эту задачу выполняют выпрямители, которые должны обеспечивать необходимую мощность источника постоянного тока для их нагрузки и постоянное значение выходного напряжения, не зависящее от потребляемого тока.

Блоки питания могут быть линейными и импульсными. Линейные блоки выполняются по разным схемам, основу которых составляют:

  • однополупериодые выпрямители;
  • двухполупериодные выпрямители.

В выпрямителях используется свойство полупроводниковых диодов пропускать ток только в одном направлении. Выпрямленное таким образом напряжение еще не является постоянным. Емкости последующих за выпрямителем конденсаторов сглаживающего фильтра при своем быстром заряде и медленном разряде поддерживают величину положительного однополярного напряжения на определенном значении. Его величина определяется трансформатором, получающим напряжение от генератора переменного тока. Для однофазного напряжения домашней сети 220 В 50 Гц его стальной сердечник имеет значительные размеры и вес.

Схемы однополупериодных содержат всего один полупроводниковый диод, пропускающий только одну полуволну синусоидального переменного входного напряжения.

Двухполупериодные выпрямители выполняются по мостовой схеме или по схеме с общей точкой. В последнем случае вторичная обмотка сетевого трансформатора имеет вывод от своей середины. Эти выпрямители представляют собой параллельное включение двух однополупериодных выпрямителей. Они действуют на обе полуволны синусоиды переменного входного напряжения.

Мостовая схема выпрямителя является наиболее распространенной. Соединение 4-х диодов в ней напоминает «квадрат». К одной из диагоналей подключается переменное напряжение вторичной обмотки сетевого трансформатора. Нагрузка включается в другую диагональ «квадрата». Им будет входной элемент сглаживающего фильтра.

Регулирование источника

Для обеспечения постоянного значения уровня выходного напряжения, не зависящего от потребляемого нагрузкой тока и колебаний входного переменного напряжения, все современные источники питания постоянного тока имеют ступень стабилизации и регулирования.

В ней выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) значением.

При появлении различия между ними вырабатывается управляющий сигнал, который по цепи управления изменяет величину выходного напряжения. Величину значения опорного напряжения можно изменять в широких пределах, имея на выходе регулированного источника питания постоянного тока необходимое для работы напряжение.

Импульсные источники

Схемы с использованием входных трансформаторов напряжения сети получили название линейных. В импульсных источниках питания производится двойное преобразование — сначала переменное напряжение выпрямителем преобразуется в постоянное, затем вырабатывается переменное импульсное напряжение более высокой частоты, которое в выходном каскаде снова преобразуется в постоянное напряжение необходимого значения.

Генераторы импульсов вырабатывают непрерывную импульсную последовательность с частотой (15-60) кГц. Регулирование выходного напряжения осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой уровень сигнала на выходе блока питания определяется шириной импульсов, вырабатываемых генератором и значением их скважности. Регулированные источники питания постоянного тока импульсного типа все чаще используются при создании аппаратуры различного назначения.

Сравнение источников

Отсутствие мощного входного трансформатора в импульсных источниках питания позволяет создавать конструкции значительно более легкие и с меньшими линейными размерами. Их эффективность значительно выше источников, выполненных по линейным схемам. Коэффициент полезного действия доходит до значения 98%. В них широкое распространение получили микросхемы, выполняющие функции контроллеров.

Читайте так же:
Выражение для теплового тока

Каждый из типов стабилизированных источников постоянного тока находит применение в своей сфере. А она весьма многообразна. Основой являются характеристики источников постоянного тока. Линейные источники обеспечивают низкий уровень пульсаций выходного напряжения и малое значение уровня собственного шума. Это достигается отсутствием переключений при их работе, которые создают большой уровень помех в широком частотном диапазоне. В импульсных источниках приходится применять сложные схемные решения для борьбы с ними, что приводит к удорожанию изделий, в которых они применяются.

Заключение

В статье был дан общий обзор существующих источников постоянного тока. Изложенный материал лишь знакомит читателей с основными принципами их работы. Из него можно сделать вывод, что каждый из видов источников постоянного тока используется в своей области.

Источник тока на ОУ и транзисторе

Предлагаем очень несложную конструкцию аналогового генератора постоянного тока общего назначения, с использованием легко доступных компонентов. Это действительно простая схема, которую легко собрать, и она очень полезна, особенно если вы хотите провести эксперименты с мощными светодиодами и так далее. Вот полная схема аналогового генератора постоянного тока. Схемотехника и теория работы просты и понятны.

Схема аналогового источника постоянного тока

Поскольку это источник постоянного тока, то есть своеобразная электронная нагрузка, он адаптирован для работы со слаботочным независимым блоком питания 12 В. Силовая часть схемы — это доступный мощный полевой МОП-транзистор IRF3205, рассматриваемый как переменный резистор. Обратите внимание, что силовой полевой транзистор можно также использовать в линейном (а не переключающем) режиме, и тогда он обычно рассматривается как переменный резистор.

Следующим ключевым элементом в этой схеме является трехконтактный программируемый диод шунтирующего стабилизатора TL431A. Также есть микросхема маломощного двойного операционного усилителя — LM358.

Принцип работы источника тока на ОУ

Принцип работы аналогового источника тока: когда нагрузка постоянного тока находится под напряжением, на силовом резисторе 1 Ом (R4) создается небольшое напряжение, которое подается на инвертирующий вход (контакт 2) IC1. Это положительное напряжение инвертируется IC1, уменьшая напряжение на выходе (вывод 1), что дополнительно снижает напряжение на R4 через T1. Это стабилизирует выходное напряжение до значения, которое окажется на его неинвертирующем входе (вывод 3). Любое изменение тока через R4 вызывает изменение напряжения на выводе 2, которое точно компенсируется отрицательной обратной связью. В результате через силовой резистор и подключенную нагрузку протекает постоянный ток.

Опорное напряжение составляет около 2,5 В, использовалась TL431A (VR1) в качестве источника опорного напряжения, потому что микросхема была под рукой. Также можно попробовать другие, более дешевые идеи создания постоянного опорного напряжения. Потенциометр 10K (TM1) предназначен для точной настройки тока, и, следовательно, 10-оборотный точный многооборотный подстроечный резистор был бы лучше, чем обычный, который использовался в данном случае.

Обратите внимание, что когда через R4 протекает ток 1 А, на нём будет 1 В. И максимальное опорное напряжение, которое может видеть IC1, будет около 1,2 В. Опорное напряжение 2,5 В дополнительно уменьшено цепью резисторов R2 — TM1 примерно до 1,2 В.

Далее была сделана быстрая тестовая версия на макетной плате. Стоит обратить внимание на то, что эту схему довольно легко заставить возбуждаться, а это нежелательно и может затруднить точную регулировку тока нагрузки. Более того, силовой резистор 1 Ом должен рассеивать довольно много энергии, да и силовой полевой транзистор должен использоваться с подходящим радиатором.

Испытания собранного устройства

Сначала тестировался прототип с белым светодиодом 12 В / 10 Вт, и подключенный осциллограф показывает, что нет никаких лишних колебаний. А затем тестировался до 12 А, используя старый резистор 0,1 Ом / 20 Вт вместо резистора по схеме 1 Ом / 5 Вт. Конечно также поменян радиатор на более мощный. По паспортным данным транзистор IRF3205 может выдерживать ток 100 А, но при достаточном охлаждении.

Читайте так же:
Выключатель трехполюсный с электромагнитным тепловым или комбинированным расцепителем

Теперь о нескольких вещах, которые необходимо учесть при сборке. Во-первых, для схемы генератора постоянного тока следует использовать отдельный источник питания 12 В. Затем, если решите использовать другой операционный усилитель, то выберите ОУ с питанием от шины к сети, поскольку он будет лучше, чем операционный усилитель LM358, который использовался тут. Кроме того, важно уделять внимание номинальным характеристикам компонентов в цепи силовой электроники. Неправильный выбор может привести к серьезным бедствиям, таким как перегрев.

Если что, можете заменить опорное напряжение аналоговым (или широтно-импульсным сигналом с цифровым управлением). Это более условно и легче для понимания, поэтому я не буду сейчас вдаваться в подробности. В таких случаях неиспользуемый второй операционный усилитель будет выступать в качестве буфера с единичным усилением — повторитель напряжения. Входное сопротивление буфера операционного усилителя очень высокое, а выходное очень низкое. Такое включение помогает решить проблемы согласования сопротивлений. Такое включение помогает решить проблемы согласования сопротивлений.

Практические схемы токовых нагрузок

На базе операционного усилителя и полевого транзистора и делают большинство схем источников тока или токовых нагрузок. Практические примеры конструкций смотрите далее.

Самодельный активный предварительный усилитель с НЧ-ВЧ регулировками на ОУ TL072, для УМЗЧ.

Мощный транзистор BLF147 — вот основа схемы самодельного усилителя УКВ диапазона.

Обсудим действующие стандарты радиосвязи, узнаем чем они отличаются, и когда использовать какие из них.

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Простой источник постоянного тока своими руками

Многие из нас, кто работал с аналоговыми цепями, часто сталкивались с терминами источник напряжения и источник тока в конструкции схемы. В то время как все, что обеспечивает постоянное напряжение, например, простой выход USB 5 В или адаптер 12 В, может рассматриваться как источник напряжения, термин «источник тока» всегда остается загадкой. И многие схемы, особенно те, в которых используются операционные усилители или коммутационные цепи, потребуют от вас использования источника постоянного тока. Так что подразумевается под источником тока? Как это будет работать и зачем это нужно?

В этом уроке мы найдем ответы на эти вопросы, а также соберем и протестируем простую схему источника постоянного тока с использованием транзистора. Схема, используемая в этом руководстве, сможет выдавать постоянный ток 100 мА на вашу нагрузку, но вы можете изменить его с помощью потенциометра в соответствии с вашими проектными требованиями.

Обычно, когда блок питания управляет нагрузкой, возможны два режима работы: один – в режиме постоянного напряжения (CV), а другой – в режиме постоянного тока (CC).

В режиме CV источник питания обеспечивает постоянство выходного напряжения и изменяет выходной ток в соответствии с сопротивлением нагрузки. Лучшим примером будет ваш USB-порт на 5В, где выходное напряжение зафиксировано на уровне 5В, но в зависимости от нагрузки ток будет меняться. Если вы подключите маленький светодиод, он будет потреблять меньше тока, а если вы подключите больший, он будет потреблять больше тока, но напряжение на светодиоде всегда будет 5 В.

В режиме постоянного тока идеальный источник тока обеспечивает постоянный выходной ток и изменяет выходное напряжение в зависимости от сопротивления нагрузки. Примером этого будет зарядное устройство на 12 В в режиме CC, в котором зарядный ток будет зависеть от напряжения. В случае, если ваша батарея составляет 10,5 В, если вы подключите ее к зарядному устройству на 1 А 12 В, ваш выходной ток от зарядного устройства всегда будет 1 А, но выходное напряжение будет изменяться для поддержания этого тока зарядки 1 А. Так что именно здесь требуются цепи постоянного тока, другим примером может быть схема драйвера светодиода постоянного тока, где ток светодиода должен быть постоянным.

Читайте так же:
Установка теплового реле по току

В этом проекте мы создадим простой транзисторный генератор постоянного тока, используя только 4 компонента. Это очень недорогая схема, которая может обеспечить источник постоянного тока 100 мА с использованием источника питания 5 В. Он также будет иметь потенциометр для управления токовым выходом в диапазоне от 1 до 100 мА. Это обеспечит постоянный ток, даже если есть изменения в сопротивлении нагрузки. Устройство будет полезно для использования, когда цепь нуждается в стабильном питании без колебаний.

Схема состоит только из двух активных компонентов, TL431 и BC547. TL431 является шунтовым регулятором, который использует опорное напряжение 2,5 В. Он поддерживает ток катода 1-100 мА для операций, связанных с шунтом. Другие компоненты являются пассивными компонентами. Резисторы должны иметь допуск 1% для точного вывода. Принципиальная схема источника постоянного тока с использованием транзистора.

Вышеприведенная схема полностью подключена к линии 5В. Выходная нагрузка должна быть подключена между выходом и заземлением. На приведенной выше схеме BC547 работает в качестве проходного транзистора. Выходной ток цепи зависит от приведенной ниже формулы, которую можно использовать для расчета выходного тока цепи источника постоянного тока:

Iout = Vref/R4 + Ika

Iout = 100 мА или .100 A
Vref = 2,5 В
Ika = 1 мА или .001 A (Примечание: минимальный ток смещения)

Iout = Vref/R4 + Ika
.100 = 2.5/R4 + .001
.100 — .001 = 2.5/R4
R4 = 2.5/.099
R4 = 25 Ом (приблизительно)

Доступное самое низкое значение R4 составляет 22 Ом. Теперь значение потенциометра можно найти по той же формуле. До этого максимальный доступный ток 100 мА был достигнут резистором 22 Ом. На этот раз потенциометр снизит выходной ток до самого низкого уровня. Поскольку минимальный ток катода, требуемый для TL431, составляет 1 мА, следует предположить, что самый низкий ток будет 2 мА. Следовательно, используя ту же формулу:

Iout = Vref/VR1 + Ika
.002 = 2,5/VR1 + .001
.002 — .001 = 2.5/VR1
.001 = 2,5/VR1
VR1 = 2,5 кОм

Таким образом, доступный потенциометр с минимальным значением 2,2 кОм можно использовать для управления током. Последний расчет заключается в определении значения резистора смещения R1 по следующей формуле:

R1 = Vin/(Iout/hFE + Ika)

Iout = 100 мА (.100A)
Vin = 5 В
hFE = 100 (Максимум)
Ika = 1 мА или .001 A
R1 = Vin/(Iout/hFE + Ika)
R1 = 5/(.100/100 + .001)
R1 = 2,5 кОм

Таким образом, доступное наименьшее значение R1 может составлять 2,2 кОм.

Транзистор BC547 действует как проходной транзистор, который управляется резистором смещения R1 и шунтирующим регулятором TL431. База транзистора фактически подключена через делитель тока. Эта схема делителя тока выполнена с использованием резистора смещения и шунтирующего регулятора. TL431 регулирует постоянный ток посредством измерения опорного напряжения. Схема собранная на макете может выглядеть следующим образом.

Для проверки схемы использовались разные нагрузки (разные значения резистора). Был использован мультиметр для измерения выходного тока цепи, и выходной ток всегда был около 100 мА, как показано на следующем изображении.

Источники постоянного тока используются во многих устройствах. В системе светодиодного освещения для операций, связанных с управлением светодиодом, требуется источник постоянного тока. Как и в портативных устройствах, в цепях зарядки аккумуляторов также применяются источники постоянного тока.

Источник тока из источник напряжения.

Нужно запитать светодиоды, а под рукой только дешевые DC-DC?

Меняем схему источника напряжения на источник тока.
-снимаем потенциометр он стоит на месте R1
-снимаем R2
-припаиваем токовый резистор достаточной мощности номиналом из условия, что на нем при заданном токе должно падать 0.8 вольта. У меня стоит 1.6 Ома, заданный ток 0.5А.

Читайте так же:
Тепловое действие тока закон джоуля ленца тест 8 класс

При включении на токовом резисторе видим неприятную картину.

Источник попал в зону неустойчивости. Корректируем фазосдвигающую цепь до достижения усточивой работы.
В данном случаи получилось, что R3 должен быть менее 20КОм.
Запаял 10К.

Отлично. Путем замены 2 компонентов из источника напряжения за 20р я получил источник тока.

Теперь на этой элементной базе будем делать динамический поворотник.

С D+ кинул провод на EN. Линия задержки 100К и 1uF.

PS выяснилось что источник стабильно работает только в режиме непрерывного тока. Как только источник переходит в режим прерывистой работы обратная связь сходит в ума. Поэтому не выбирайте режимов очень малых токов. Не менее 300 мА для этого источника.

Комментарии 40

немного понекропостю 🙂
нашёл интересную микруху MT3410 — 1.5MHz, 1.5A Синхронный Step-Down конвертер
Можно ли из неё сделать стаб. тока?
Хочу применить её в питании 5вт светодиода в фонарике с питаловом от лития

Попробовать стоит. Но будет ли она устойчива неизвестно. Регулировки устойчивости нет. Доступ к осцилографу есть? У меня при нагрузке на резистор было все хорошо, а когда включил светодиод начались пляски. Нелинейная нагрузка .

осцилограф есть но уметь пользоваться — пока нет)

Да там просто если во время работы линия, то все ок, если скачет, то выбрасывай микруху. Или используй ее по другому.

а как номинал резистора выбирается под необходимый ток?

При заданном токе на нем должно упасть 0.8 вольта.

А нормалёк… чо… да!

Светодиоды двухкристалки — желто/красные? А по поводу девайса: для тока выхода в 2А — резюк надо в 2Вт аж… А все из-за того, что данный тип микросхемы в общем-то не заточен под стабилизацию тока в первоизданном виде . Понятное дело, что и так оно будет работать — ток стабилизировать. Главное, чтобы этот «драйвер» не гадил в бортсеть и в FM-диапазон при его-то частоте в 1,5МГц.В большинстве токовых драйверов, в том числе и достаточно мощных, на токовом резисторе (по линии FB) падение напряжения не превышает 0,2В… От этого и мощность резистора — мизерная… Хотя, что это я тут вам пишу — вы и так сами все знаете…

желто/красные : )
Для тока в 2А резистор 0.4Ом и мощность 0.8W. Откуда 2W ?
Всё от рукожопия людей. Раз гадит в диапазон 1 резистор и он гадит в другой диапазон.
Конечно знаю, но задача не тривиальная. Надоело купил-поставил, свой мозг надо в тонусе держать.

ну как же: может я не то считаю… 0.8В — падение на резисторе при токе в 2А… Соответственно, мощность на резисторе — 1.6Вт, отсюда и резюк надо 2Вт брать… так-то да — тренировка головы еще никому не вредила =)))

Да логично. 1.6W. Но брать сферического коня в вакууму некрасиво.
0.8 падает на резисторе, но в нагрузку то у нас идет вольта 3, при паре уже 6 .
Вот и получается что не так уж и плохо. Если стабилизировать нагрузочным резистором потеряем больше.
Вывод: метод вполне себе жизнеспособен.

Разве что, если нет ничего кроме этого под рукой, а надо сейчас. Тогда не вопрос.
Но до 0.5А, ИМХО гораздо проще найти MR16 на PT4115 и отпаять/перепаять ненужное. По-моему они везде есть.

Это тоже из серии, когда надо сейчас, а под рукой не совсем то, что надо. 🙂 ledway.ru/resources/image/24654

Это мне надо 0,5А. Тут до 2 можно. Резюк конечно будет греться, но какие проблемы то в машине.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector