แรงดันคืออะไรวิธีการลดและเพิ่มแรงดันไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าเป็นสองปริมาณหลักในกระแสไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีปริมาณอื่น ๆ ที่แตกต่างกันเช่นประจุ, ความแรงของสนามแม่เหล็ก, ความแรงของสนามไฟฟ้า, การเหนี่ยวนำแม่เหล็กและอื่น ๆ วิศวกรไฟฟ้าหรืออิเล็คทรอนิคส์ฝึกหัดในงานประจำวันส่วนใหญ่มักจะต้องทำงานด้วยแรงดันและกระแส - โวลต์และแอมป์ ในบทความนี้เราจะพูดถึงเฉพาะเกี่ยวกับความตึงเครียดเกี่ยวกับมันคืออะไรและวิธีการทำงานกับมัน

การกำหนดปริมาณทางกายภาพ

แรงดันไฟฟ้าเป็นความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างสองจุดแสดงถึงลักษณะงานที่ดำเนินการโดยสนามไฟฟ้าเพื่อถ่ายโอนประจุจากจุดแรกไปยังจุดที่สอง วัดแรงดันไฟฟ้าเป็นโวลต์ ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างจุดสองจุดในอวกาศเท่านั้น ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดแรงดันไฟฟ้า ณ จุดหนึ่ง

ความเป็นไปได้ถูกระบุด้วยตัวอักษร "F" และแรงดันไฟฟ้าด้วยตัวอักษร "U" หากแสดงในแง่ของความต่างศักย์ศักย์ไฟฟ้าคือ:

U = F1-F2

หากแสดงผ่านการทำงานแล้ว:

U = A / q

โดยที่ A กำลังทำงาน q คิดค่าธรรมเนียม

การวัดแรงดันไฟฟ้า

วัดแรงดันด้วยโวลต์มิเตอร์ หัววัดโวลต์มิเตอร์เชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้ากับจุดสองจุดระหว่างที่เราสนใจหรือขั้วของส่วนแรงดันตกที่เราต้องการวัด นอกจากนี้การเชื่อมต่อใด ๆ กับวงจรสามารถส่งผลกระทบต่อการทำงานของมัน ซึ่งหมายความว่าเมื่อมีการเพิ่มโหลดขนานกับองค์ประกอบกระแสในวงจรจะเปลี่ยนแปลงและแรงดันไฟฟ้าในองค์ประกอบจะเปลี่ยนแปลงตามกฎของโอห์ม

สรุป:

โวลต์มิเตอร์ควรมีความต้านทานอินพุตสูงสุดดังนั้นเมื่อเชื่อมต่อแล้วความต้านทานรวมในส่วนที่วัดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ความต้านทานของโวลต์มิเตอร์ควรมีแนวโน้มที่จะไม่มีที่สิ้นสุดและยิ่งมีความน่าเชื่อถือของการอ่าน

ความแม่นยำในการวัด (ระดับความแม่นยำ) ได้รับอิทธิพลจากพารามิเตอร์จำนวนหนึ่ง สำหรับมาตรวัดการหมุนซึ่งรวมถึงความแม่นยำในการจบการวัดขนาดคุณลักษณะการออกแบบของระบบกันสะเทือนของลูกศรคุณภาพและความสมบูรณ์ของขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าสภาพของสปริงที่กลับมาความแม่นยำของการเลือกแบ่ง ฯลฯ

สำหรับอุปกรณ์ดิจิตอล - ส่วนใหญ่ความถูกต้องของการเลือกตัวต้านทานในตัวแบ่งแรงดันวัดความละเอียดของ ADC (ยิ่งแม่นยำยิ่งขึ้น) คุณภาพของหัววัด

หากต้องการวัดแรงดัน DC ด้วยเครื่องมือดิจิตอล (เช่น มัลติมิเตอร์) ตามกฎแล้วการเชื่อมต่อโพรบที่ถูกต้องกับวงจรที่วัดได้ไม่สำคัญ หากคุณเชื่อมต่อโพรบบวกกับจุดที่มีความเป็นไปได้ในเชิงลบมากกว่าจุดเชื่อมต่อโพรบเชิงลบสัญญาณนั้น“ -” จะปรากฏที่ด้านหน้าของผลการวัด

แต่ถ้าคุณวัดด้วยอุปกรณ์ตัวชี้คุณจะต้องระมัดระวังหากโพรบไม่ได้เชื่อมต่ออย่างถูกต้องลูกศรจะเริ่มเบี่ยงเบนไปที่ศูนย์มันจะพักกับตัว จำกัด เมื่อวัดแรงดันไฟฟ้าใกล้กับขีด จำกัด ของการวัดหรือมากกว่านั้นก็สามารถติดขัดหรือโค้งงอหลังจากนั้นไม่จำเป็นต้องพูดถึงความแม่นยำและการใช้งานของอุปกรณ์นี้

สำหรับการวัดส่วนใหญ่ในชีวิตประจำวันและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในระดับมือสมัครเล่นโวลต์มิเตอร์ที่สร้างขึ้นในมัลติมิเตอร์เช่น DT-830 และสิ่งที่คล้ายกันก็เพียงพอแล้ว

ยิ่งค่าที่วัดได้มากขึ้นความต้องการความแม่นยำที่ต่ำลงเพราะถ้าคุณวัดโวลต์และคุณมีข้อผิดพลาด 0.1V สิ่งนี้จะบิดเบือนภาพอย่างมีนัยสำคัญและหากคุณวัดโวลต์หลายร้อยหรือหลายพันโวลต์

จะทำอย่างไรถ้าแรงดันไฟฟ้าไม่เหมาะสำหรับการจ่ายโหลด

ในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์หรืออุปกรณ์เฉพาะแต่ละอย่างคุณต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่มีค่าบางค่า แต่เกิดขึ้นว่าแหล่งพลังงานที่คุณไม่เหมาะสมและก่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าต่ำหรือสูงเกินไปปัญหานี้ได้รับการแก้ไขด้วยวิธีต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับกำลังไฟแรงดันและกระแสที่ต้องการ

วิธีลดความต้านทานแรงดันไฟฟ้า

ความต้านทาน จำกัด กระแสและเมื่อมันไหลแรงดันจะลดลงที่ความต้านทาน (ตัวต้านทาน จำกัด กระแส) วิธีนี้ช่วยให้คุณสามารถลดแรงดันไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์พลังงานต่ำด้วยกระแสไฟฟ้านับสิบ, มิลลิวินาทีสูงสุด

ตัวอย่างของแหล่งจ่ายไฟดังกล่าวคือการรวม LED ในเครือข่าย DC 12 (ตัวอย่างเช่นเครือข่ายยานพาหนะในตัวสูงถึง 14.7 โวลต์) จากนั้นหาก LED ถูกออกแบบให้ใช้พลังงานจาก 3.3 V โดยมีกระแส 20 mA คุณจะต้องมีตัวต้านทาน R:

R = (14.7-3.3) /0.02) = 570 โอห์ม

แต่ตัวต้านทานแตกต่างกันในการกระจายพลังงานสูงสุด:

P = (14.7-3.3) * 0.02 = 0.228 W

สิ่งที่ใกล้เคียงที่สุดคือค่าตัวต้านทาน 0.25 W

มันคือการกระจายอำนาจที่กำหนดข้อ จำกัด ของแหล่งจ่ายไฟประเภทนี้มักจะ ตัวต้านทานพลังงาน ไม่เกิน 5-10 วัตต์ ปรากฎว่าหากคุณต้องการจ่ายแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่หรือพลังงานโหลดด้วยวิธีนี้คุณจะต้องใส่ตัวต้านทานหลายตัวเป็น พลังของหนึ่งไม่เพียงพอและสามารถกระจายระหว่างหลาย ๆ

วิธีการลดแรงดันไฟฟ้าด้วยตัวต้านทานจะทำงานทั้งในวงจร DC และ AC

ข้อเสียคือแรงดันไฟฟ้าขาออกไม่ได้เสถียรในทางใดทางหนึ่งและด้วยการเพิ่มและลดกระแสไฟฟ้ามันก็จะเปลี่ยนไปตามสัดส่วนของค่าของตัวต้านทาน

วิธีลดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับด้วยโช้คหรือตัวเก็บประจุ

หากเราพูดถึงกระแสไฟฟ้าสลับเท่านั้นเราสามารถใช้ค่ารีแอคแตนซ์ ความต้านทานต่อปฏิกิริยามีเฉพาะในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับนี่เป็นเพราะคุณสมบัติของการจัดเก็บพลังงานในตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำและกฎหมายเปลี่ยน

ตัวเหนี่ยวนำทำให้หายใจไม่ออกและตัวเก็บประจุสามารถใช้เป็นบัลลาสต์

ค่ารีแอคแตนซ์ของตัวเหนี่ยวนำ (และองค์ประกอบเหนี่ยวนำใด ๆ ) ขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสสลับ (สำหรับเครือข่ายไฟฟ้าในครัวเรือน 50 เฮิร์ตซ์) และตัวเหนี่ยวนำจะคำนวณโดยสูตร:

เมื่อωคือความถี่เชิงมุมใน rad / s, L-inductance, 2pi จำเป็นต้องแปลงความถี่เชิงมุมให้เป็นปกติ f คือความถี่แรงดันใน Hz

ปฏิกิริยาของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับความจุ (C ที่ต่ำกว่าความต้านทานที่มากขึ้น) และความถี่ของกระแสในวงจร (ยิ่งความถี่ที่สูงขึ้นความต้านทานที่ลดลง) สามารถคำนวณได้ดังนี้

ตัวอย่างของการใช้ความต้านทานแบบอุปนัยคือการจัดหาของหลอดไฟนีออนหลอดไฟ DRL และ DNaT ตัวเหนี่ยวนำ จำกัด กระแสผ่านหลอดไฟในหลอด LL และ DNT มันถูกใช้ร่วมกับสตาร์ทเตอร์หรืออุปกรณ์จุดระเบิดพัลซิ่ง (สตาร์ทรีเลย์) เพื่อก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าแรงสูงที่จะเปิดหลอด นี่เป็นเพราะธรรมชาติและหลักการทำงานของหลอดไฟดังกล่าว

ตัวเก็บประจุใช้สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำและติดตั้งแบบอนุกรมกับวงจรกำลัง แหล่งจ่ายไฟดังกล่าวเรียกว่า "แหล่งจ่ายไฟแบบไม่ใช้หม้อแปลงพร้อมตัวเก็บประจุแบบบัลลาสต์ (blanking)"

บ่อยครั้งที่พวกเขาพบว่าเป็นตัว จำกัด กระแสไฟสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่ (ตัวอย่างเช่นตะกั่ว) ในไฟฉายพกพาและวิทยุพลังงานต่ำ ข้อเสียของรูปแบบดังกล่าวมีความชัดเจน - ไม่มีการควบคุมระดับประจุแบตเตอรี่, การต้ม, การประจุต่ำ, ความไม่เสถียรของแรงดันไฟฟ้า

วิธีการลดและรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

เพื่อให้ได้แรงดันเอาต์พุตที่เสถียรสามารถใช้พารามิเตอร์เชิงเส้นและเชิงเส้นได้ บ่อยครั้งที่พวกเขาทำในประเภท microcircuit ในประเทศ KREN หรือประเภทต่างประเทศ L78xx, L79xx

ตัวแปลงเชิงเส้น LM317 ช่วยให้คุณสามารถปรับค่าแรงดันไฟฟ้าได้อย่างมีเสถียรภาพสามารถปรับได้ถึง 37V คุณสามารถสร้างแหล่งจ่ายไฟที่ควบคุมได้ง่ายที่สุด

หากคุณต้องการลดแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยและทำให้เสถียรวงจรรวมที่อธิบายไว้จะไม่ทำงาน เพื่อให้พวกเขาทำงานต้องมีคำสั่งต่างกัน 2V ขึ้นไป สำหรับสิ่งนี้ LDO (การออกกลางคันต่ำ) จะถูกสร้างขึ้นความแตกต่างของพวกเขาอยู่ในความจริงที่ว่าเพื่อรักษาเสถียรภาพแรงดันเอาท์พุทมันเป็นสิ่งจำเป็นที่แรงดันไฟฟ้าอินพุตเกินกว่าค่าของ 1V ตัวอย่างของโคลงดังกล่าวคือ AMS1117 มีให้ในรุ่น 1.2 ถึง 5V ส่วนใหญ่มักจะใช้รุ่น 5 และ 3.3V เป็นต้น ในบอร์ด Arduino และอีกมากมาย

การออกแบบของตัวปรับความตึงสเต็ปดาวน์เชิงเส้นที่อธิบายไว้ด้านบนทั้งหมดของซีเควนเชียลนั้นมีข้อเสียเปรียบอย่างมาก - ประสิทธิภาพต่ำ ยิ่งความแตกต่างระหว่างแรงดันอินพุทและเอาท์พุทยิ่งต่ำ เขาเพียง“ เผาผลาญ” แรงดันส่วนเกินแปลมันเป็นความร้อนและการสูญเสียพลังงานเท่ากับ:

การสูญเสีย = (Uin-Uout) * I

บริษัท AMTECH ผลิต PWM analogs ของตัวแปลง L78xx พวกเขาทำงานบนหลักการของการปรับความกว้างพัลส์และประสิทธิภาพของพวกเขานั้นมากกว่า 90% เสมอ

พวกเขาเพียงแค่เปิดและปิดแรงดันไฟฟ้าที่มีความถี่สูงถึง 300 kHz (ระลอกคลื่นน้อยที่สุด) และแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันมีความเสถียรในระดับที่เหมาะสม และวงจรสวิตชิ่งคล้ายกับแอนะล็อกเชิงเส้น

วิธีเพิ่มแรงดันไฟฟ้าคงที่

เพื่อเพิ่มแรงดันผลิตตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าพัลส์ พวกเขาสามารถรวมอยู่ในการเพิ่ม (เพิ่ม) และเจ้าชู้ (เจ้าชู้) และรูปแบบเจ้าชู้ (เจ้าชู้ - เพิ่ม) ลองดูตัวแทนบางส่วน:

1. คณะกรรมการใช้ชิป XL6009

2. บอร์ดยึด LM2577 ทำงานเพื่อเพิ่มและลดแรงดันเอาต์พุต

3. บอร์ดแปลงบน FP6291 เหมาะสำหรับการประกอบแหล่งจ่ายไฟ 5 V เช่น powerbank ด้วยการปรับค่าของตัวต้านทานคุณสามารถปรับแรงดันไฟฟ้าให้เป็นแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ ได้เช่นเดียวกับตัวแปลงอื่น ๆ ที่คล้ายกันคุณต้องปรับวงจรป้อนกลับ

4. คณะกรรมการตาม MT3608

ทุกอย่างลงนามบนกระดานที่นี่ - แพลตฟอร์มสำหรับบัดกรีอินพุต - เข้าและออก - แรงดันไฟฟ้าออก บอร์ดสามารถปรับแรงดันไฟฟ้าขาออกได้และในบางกรณีอาจมีข้อ จำกัด ในปัจจุบันซึ่งทำให้สามารถสร้างแหล่งจ่ายไฟในห้องปฏิบัติการที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพ คอนเวอร์เตอร์ส่วนใหญ่ทั้งแบบเชิงเส้นและแบบพัลส์เป็นวงจรป้องกันการลัดวงจร

วิธีเพิ่มแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

ในการปรับแรงดันไฟฟ้า AC มีการใช้วิธีการหลักสองวิธี:

1. หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ;

2. หม้อแปลง

หม้อแปลงไฟฟ้าอัตโนมัติ - ตัวเหนี่ยวนำนี้เป็นขดลวดเดี่ยว ขดลวดมีการแตะจากจำนวนรอบที่แน่นอนดังนั้นโดยการเชื่อมต่อระหว่างปลายด้านหนึ่งของขดลวดและก๊อกที่ปลายขดลวดคุณจะได้รับแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นหลายเท่าของจำนวนรอบและจำนวนรอบก่อนที่จะแตะ

อุตสาหกรรมผลิต LATRs - ตัวแปลงสัญญาณอัตโนมัติในห้องปฏิบัติการอุปกรณ์ไฟฟ้าพิเศษสำหรับการควบคุมแรงดันไฟฟ้า พวกเขาพบการใช้งานที่กว้างขวางมากในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการซ่อมแซมแหล่งจ่ายไฟ การปรับทำได้โดยใช้หน้าสัมผัสแปรงแบบเลื่อนที่เชื่อมต่ออุปกรณ์ขับเคลื่อน

ข้อเสียของอุปกรณ์ดังกล่าวคือการขาดการแยกไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าสูงสามารถเปิดออกที่ขั้วเอาต์พุตได้อย่างง่ายดายดังนั้นอันตรายจากไฟฟ้าช็อต

หม้อแปลงไฟฟ้า - นี่เป็นวิธีคลาสสิคในการเปลี่ยนค่าแรงดันไฟฟ้า มีการแยกออกของไฟฟ้าจากเครือข่ายซึ่งเพิ่มความปลอดภัยของการติดตั้งดังกล่าว ขนาดของแรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าในขดลวดปฐมภูมิและอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

มุมมองแยกต่างหากคือ หม้อแปลงชีพจร. พวกมันทำงานที่ความถี่สูงหลายสิบและหลายร้อย kHz พวกมันถูกใช้ในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งส่วนใหญ่เช่น:

• อุปกรณ์ชาร์จสมาร์ทโฟนของคุณ

• แหล่งจ่ายไฟแล็ปท็อป

• คอมพิวเตอร์จ่ายไฟ

เนื่องจากการทำงานที่ความถี่สูงขนาดโดยรวมจะลดลงจึงมีน้อยกว่าหม้อแปลงเครือข่าย (50/60 Hz) หลายเท่าจำนวนรอบของขดลวดและเป็นผลให้ราคาการเปลี่ยนไปใช้แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์ทำให้สามารถลดขนาดและน้ำหนักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยทั้งหมดและลดการใช้พลังงานโดยการเพิ่มประสิทธิภาพ (ในวงจรพัลส์, 70-98%)

หม้อแปลงอิเล็กทรอนิกส์มักจะพบในร้านค้าแรงดันเครือข่าย 220 V ถูกนำไปใช้กับอินพุตของพวกเขาและเอาท์พุท 12 V เช่นความถี่สูง; สะพานไดโอด จากไดโอดความเร็วสูง

ข้างในเป็นพัลส์พัลส์, สวิตช์ทรานซิสเตอร์, ไดรเวอร์, หรือวงจรออสซิลเลตตามที่แสดงด้านล่าง

ข้อดี - ความเรียบง่ายของวงจรการแยกแบบไฟฟ้าและขนาดเล็ก

ข้อเสีย - รุ่นส่วนใหญ่ที่วางจำหน่ายมีข้อเสนอแนะในปัจจุบันซึ่งหมายความว่าไม่มีการโหลดด้วยพลังงานขั้นต่ำ (ระบุไว้ในข้อกำหนดของอุปกรณ์เฉพาะ) มันก็จะไม่เปิด อินสแตนซ์ส่วนบุคคลได้รับการติดตั้งระบบปฏิบัติการแรงดันไฟฟ้าและไม่ได้ใช้งานโดยไม่มีปัญหาใด ๆ

ส่วนใหญ่มักจะใช้กับหลอดไฟฮาโลเจน 12V เช่นสปอตไลท์ของเพดานแบบแขวน

ข้อสรุป

เราดูข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับแรงดันการวัดและการปรับแต่ง ฐานองค์ประกอบที่ทันสมัยและการจัดประเภทของหน่วยและตัวแปลงสำเร็จรูปช่วยให้คุณสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟใด ๆ ที่มีคุณสมบัติเอาต์พุตที่จำเป็น คุณสามารถเขียนบทความแยกต่างหากในรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการต่าง ๆ ในกรอบนี้ฉันพยายามให้พอดีกับข้อมูลพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการเลือกวิธีแก้ไขปัญหาที่สะดวกสำหรับคุณ