Как понизить напряжение с 24 до 12 вольт в блоке питания

Обновлено: 21.11.2024

Преобразователи постоянного тока преобразуют мощность от одного источника постоянного напряжения в другое постоянное напряжение, хотя иногда на выходе получается то же напряжение. Обычно это регулируемые устройства, принимающие, возможно, изменяющееся входное напряжение и обеспечивающие стабильное регулируемое выходное напряжение вплоть до предела расчетного тока (силы тока). Импульсные блоки основаны на микропроцессорах, обеспечивающих высокий коэффициент полезного действия, а также меньшие потери и тепловыделение. Преобразователи обычно используются для изоляции электрических помех, преобразования напряжения или обеспечения стабильного уровня напряжения для чувствительного к напряжению оборудования. Преобразователи постоянного тока доступны для повышающих и понижающих приложений, а также в изолированных и неизолированных конструкциях.

Понижающие преобразователи постоянного тока

Понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный называются «понижающими» преобразователями. Типичным примером может быть преобразователь 24 вольта в 12 вольт, имеющий диапазон входного постоянного напряжения от 20 до 30 вольт постоянного тока и выходное 13,8 вольт постоянного тока (В постоянного тока) при, скажем, 12 ампер (максимум). Входное напряжение может быть просто некоторым доступным системным напряжением в этом диапазоне или 24-вольтовой аккумуляторной системой с колеблющимся напряжением из-за состояния заряда аккумулятора. В этом случае выходное напряжение регулируется микропроцессором на уровне 13,8 В постоянного тока, что является типичным плавающим напряжением для аккумуляторной системы на 12 В постоянного тока и обычно приемлемым входом для устройства на 12 В постоянного тока.

Некоторые примеры коэффициентов напряжения

Очевидно, что понижающие преобразователи постоянного тока используются в военных, жилых автофургонах или на море с напряжением системы постоянного тока 24 В, а регулируемый источник постоянного тока на 12 В требуется для радиосвязи, гидролокаторов, эхолотов, компьютеров и т. д. курс аудио- или видеоаппаратуры для развлечений.

Дисбаланс батарей и преобразователи постоянного тока

Почему бы не использовать отвод на 12 В, если система (например, на 24 В) состоит из последовательно соединенных аккумуляторов более низкого напряжения (например, двух на 12 В)? Аккумуляторы могут (вероятно) стать несбалансированными по напряжению/статусу заряда. В параллельной конфигурации (положительный подключен к плюсу, минус к минусу) батареи со временем выровняются и установится на общем напряжении. При последовательном соединении выравнивание состояния напряжения/заряда не является естественным условием. Система и любое задействованное зарядное устройство видят комбинированное выходное напряжение, и зарядное устройство попытается поднять напряжение до заданного значения, которое указывает на полный заряд, путем увеличения тока для достижения этой цели. Неиспользованная батарея, которая изначально имеет более высокое напряжение, быстрее достигнет своего «напряжения полного заряда», но ток все еще проходит, поскольку зарядное устройство стремится поднять объединенное напряжение от двух батарей до того же уровня полного заряда. В крайних случаях может наблюдаться выделение газа и перезарядка.

Преобразователь постоянного тока в равной степени потребляет исходное напряжение и обеспечивает регулируемое выходное напряжение. Батарейный блок остается сбалансированным, что обеспечивает правильный цикл зарядки и максимальный срок службы батареи.

Повышающие преобразователи постоянного тока

Повышающие преобразователи постоянного тока в постоянный называются повышающими преобразователями. Типичным примером может быть преобразователь 12 вольт в 24 вольт, имеющий диапазон входного напряжения постоянного тока от 11 до 15 вольт постоянного тока и выход 24 вольта постоянного тока (В постоянного тока) при, скажем, 5 ампер (максимум). Приложением может быть военное оборудование, предназначенное для 24-вольтовой системы, которое используется в 12-вольтовой системе.

Изолированные и неизолированные преобразователи

Неизолированные преобразователи имеют общий недостаток и обычно очень подходят для типичных электронных приложений (радио, стереосистемы, гидролокаторы и т. д.). Определенные требования безопасности или опасные приложения могут потребовать изоляции входа и выхода. Изолированные преобразователи соответственно дороже неизолированных преобразователей.

Размер конвертера

Преобразователи постоянного тока рассчитаны на мощность в ваттах, а некоторые из них также рассчитаны на перенапряжение. Большинство устройств, используемых в приложениях постоянного тока, указывают свое потребление в ваттах или амперах. Устройства с двигателями или компрессорами или с пусковыми цепями конденсаторов могут потребовать учета импульсной мощности. Большая часть электроники (радио, DVD, сонар, GPS и т. д.) не будет. Для преобразования ватт в ампер можно использовать следующие основные электрические формулы:

P = E x I Мощность = Вольт умножить на ток
или
Ватт = Вольт x Ампер
Ампер = Вт/Вольт
Вольт = Вт/А

Итак, по любым двум приведенным выше значениям можно вычислить третье. Например, у вас есть стереосистема мощностью 60 Вт, рассчитанная на 12-вольтовую систему. Разделив 60 ватт на 12 вольт, мы получим потребляемый ток 5 ампер. Если вам дано только потребление тока, и вам нужно рассчитать ватты для размера преобразователя постоянного тока, вы можете умножить ампер на системное напряжение, получив ватты. Для 5-амперного источника, 12-вольтового стерео выше, у вас есть 5 ампер x 12 вольт = 60 Вт.

Большинство бытовых приборов, особенно используемых в быту, работают от сети 12 В или 24 В. Таким образом, одновременное использование обеих систем питания является дополнительным преимуществом. Если это невозможно, ознакомьтесь с преимуществами и недостатками обеих систем, чтобы выбрать между ними.

24 Вольта: преимущества

Использование источника питания на 24 В вместо источника на 12 В значительно снижает стоимость проводки почти вдвое по сравнению с первоначальной стоимостью. Это связано с тем, что увеличение напряжения в системе вызывает уменьшение тока через нее и, в свою очередь, уменьшает размер необходимых проводов. Уменьшение размера проволоки снижает затраты, поскольку чем толще проволока, тем она дороже. Еще одним преимуществом источников питания на 24 В является то, что они более совместимы с приборами переменного тока. Однако, если вам нужно питание 12 В, можно легко понизить напряжение с 24 В до 12 В с помощью контроллера заряда.

24 В — недостатки

Несмотря на то, что использование источника питания 24 В весьма выгодно, не все электроприборы работают в этой системе. Некоторые работают от 12-вольтовых систем, особенно бытовых систем, таких как телефонное оборудование. Установка только этой системы будет означать, что вы не сможете запускать приборы, работающие от 12 В, если вы не используете регулятор напряжения или контроллер

Преимущества 12 В

Используйте 12-вольтовую систему, если вы собираетесь питать приборы напрямую от аккумуляторов. Это более безопасное напряжение для цепей постоянного тока, в отличие от любых более высоких рабочих напряжений. Большинство бытовых приборов, особенно используемых в быту, работают от 12-вольтовых систем, что делает это напряжение наиболее широко используемым, что делает 24-вольтовые системы ненужными и контрпродуктивными.

12 В — недостаток

Несмотря на то, что 12-вольтовые системы наиболее популярны, у них есть недостаток: регуляторы заряда не могут легко повысить это напряжение до более высокого напряжения, потому что большинство из них работает только в обратном направлении. Системы электропроводки также являются дорогостоящими по сравнению с системами с более высоким напряжением.

Заключение

Большинству пользователей лучше всего установить систему на 12 В, поскольку большинство бытовой техники работает от этого напряжения. Установите обе системы, если ваши приборы также работают от 24-вольтовых систем. Альтернативой этому может быть установка системы на 24 вольта, но с включенным контроллером заряда, который при необходимости снижает напряжение до 12 вольт. Таким образом, вы закрываете оба сценария.

Камеры видеонаблюдения обычно используют источники питания 12 В постоянного тока или 24 В переменного тока. Некоторые камеры безопасности имеют двойное напряжение, что означает, что они могут питаться от 12 В постоянного тока или 24 В переменного тока. Низковольтные источники питания переменного и постоянного тока имеют ограничения относительно того, как далеко можно проложить кабель, прежде чем напряжение упадет слишком низко для вашего устройства. Максимальная длина кабеля для питания низкого напряжения зависит от этих факторов.

Для вашей камеры требуется питание 12 В постоянного тока или 24 В переменного тока?
Сколько энергии требуется устройству? Камеры видеонаблюдения обычно имеют максимальную требуемую мощность, которая указана в спецификации камеры. Обычно это указывается в амперах / миллиамперах (мА). Например: 500 мА постоянного тока, 1 А постоянного тока. (1 ампер = 1000 мА)
Какой размер кабеля вы используете? Например: калибр 18, калибр 16, калибр 22 и т. д. Примечание. Размер кабеля указан в AWG, что означает "американский калибр проводов".

Камеры с напряжением 24 В переменного тока могут работать дальше, чем камеры с питанием 12 В постоянного тока

Если вам нужно проложить кабель от источника питания к камере видеонаблюдения дальше, рассмотрите возможность использования 24 В переменного тока вместо 12 В постоянного тока. Камеры с двойным напряжением питания — это решение.

График падения мощности при низком напряжении

Примечание: как для переменного, так и для постоянного тока низкого напряжения обычно максимально допустимое падение напряжения составляет 10 %. На приведенных ниже диаграммах это предполагается.

Таблица падения мощности 12 В постоянного тока/максимальной длины кабеля

Приведенная ниже таблица расстояний кабеля падения напряжения постоянного тока работает следующим образом. В левом столбце указано количество энергии, которое требуется питаемому устройству (красный текст). «мА» после числа означает миллиампер. Например, предположим, что вы используете камеру видеонаблюдения, для которой требуется не более 300 мА. Используя силовой кабель 18 калибра, вы можете проложить кабель до 80 м.

td> < td>173 фута

24 AWG	22 AWG	20 AWG	18 AWG	16 AWG	14 AWG	12 AWG
100 мА постоянного тока	216 футов	342 фута	594 фута	867 футов	1379 футов	2197 футов	3508 футов
200 мА постоянного тока	108 футов	171 фут< /td>	297 футов	433 фута	689 футов	1098 футов	1755 футов
300 мА постоянного тока	72 фута	113 футов	198 футов	289 футов	459 футов	732 фута	1169 футов
400 мА постоянного тока	54 фута	85 футов	148 футов	216 футов	344 фута	549 футов	877 футов
500 мА постоянного тока	43 фута	68 футов	119 футов	275 футов	439 футов	701 фут
DC 75 0 мА	28 футов	45 футов	79 футов	115 футов	183 футов	293 фута	467 футов
1000 мА постоянного тока	21 фут	34 фута	59 футов	86 футов	137 футов	219 футов	350 футов

Таблица падения мощности 24 В переменного тока/максимальной длины кабеля

Таблица расстояний кабеля падения напряжения переменного тока работает так же, как и таблица постоянного тока. Однако большинство источников питания на 24 В переменного тока измеряются в амперах («ВА») или ваттах. Ампер/ватт напряжения можно преобразовать в миллиампер. Вы можете использовать этот инструмент преобразования напряжения в ватты, если нужное значение отсутствует в приведенной ниже таблице. Мы предоставили вам конверсию под значением VA в столбце слева. Например, 10 ВА соответствует 417 мА.

Используя приведенную ниже диаграмму, вы можете видеть, что если вы используете камеру видеонаблюдения с питанием от сети переменного тока или с двойным напряжением питания, для которой требуется питание до 417 мА, вы прокладываете кабель питания 18 калибра до 451 фута.

< td>716 футов < td>52 фута < /tr>

24 AWG	22 AWG	20 AWG	18 AWG	16 AWG	14 AWG	12 AWG
10 ВА (417 мА)	103 фута	283 фута	286 футов	451 фут	1142 фута	1811 футов
20 ВА (833 мА)	141 фут	142 фута	225 футов	358 футов	571 фут< /td>	905 футов
30 ВА (1250 мА)	34 фута	94 фута	95 футов	150 футов	238 футов	380 футов	603 фута
40 ВА (1667 мА)	26 футов	70 футов	71 фут	112 футов	179 футов	285 футов	452 фута
50 ВА (2083 мА)	20 футов	56 футов	57 футов	90 футов	143 футов	228 футов et	362 фута

Инструменты установщика и справочные страницы

Вот некоторые дополнительные справочные страницы и онлайн-инструменты, которые установщики считают полезными

Источник питания — это ссылка на источник электроэнергии. Для большинства электронных схем требуется источник питания постоянного тока. Скорее всего, он у вас уже есть дома, и вы можете использовать его для проектов физических вычислений.

Наиболее распространенными рабочими напряжениями для микроконтроллеров и цифровых процессоров являются 5 В и 3,3 В. Вы можете найти блоки питания с разными напряжениями, но наиболее распространены 5 В и 12 В. Чтобы преобразовать 12 В в 5 В или 3,3 В, вам понадобится регулятор напряжения. Лаборатория макетов рассказывает, как это настроить.

Существует множество различных источников питания постоянного тока, но чаще всего в ITP используется блок питания, показанный на рис. 1:

– Нажмите на любое изображение, чтобы увеличить его

Рисунок 1. Блок питания постоянного тока

Рисунок 2. Табличка с характеристиками источника постоянного тока. Это обратная сторона поставки на рис. 1.

Большинство блоков питания имеют табличку с паспортными данными, которая выглядит примерно так, как показано на рис. 2. Убедитесь, что вы знаете полярность вилки, чтобы не перепутать полярность в цепи и не повредить компоненты. Диаграмма на Рисунке 3 и Рисунке 4, показывающая положительную полярность наконечника, находится слева, а отрицательная полярность — справа.Центральный положительный рисунок слева указывает на то, что центр (наконечник) выходного разъема положительный (+), а корпус выходного разъема отрицательный (-).

Рис. 3. Символ источника питания с центральным плюсом.

Рисунок 4. Символ источника питания с отрицательным центром.

Сокращения

В : Вольты
A : Амперы
Вт : Ватты
мА : миллиампер
ВА : Вольты Амперы
VAC : Вольты переменного тока
VDC : Вольты Постоянный ток
Постоянный ток: постоянный ток
Переменный ток: переменный ток

Проверка блока питания

Всегда рекомендуется проверять блок питания перед его первым использованием. В приведенном ниже примере показано, как проверить источник питания с положительной полярностью. Если у вас есть источник питания с отрицательной полярностью, вы получите отрицательное показание. Затем вы должны изменить положение щупов мультиметра.

Подключите блок питания к розетке переменного тока.
Красный щуп входит в наконечник.
Черный щуп касается ствола, как показано на рис. 5.
Включите мультиметр и настройте его на измерение напряжения постоянного тока.
Возьмите красный (положительный) щуп мультиметра и воткните его в конец вилки блока питания.
Возьмите черный (отрицательный) щуп мультиметра и осторожно прикоснитесь им к корпусу вилки, не касаясь наконечника или красного щупа. Если вы установите соединение, вы создадите короткое замыкание.
На мультиметре вы должны увидеть напряжение, поступающее от источника питания. Если вы проверяете источник питания 12 В, а ваш мультиметр показывает «12,56 В», все в порядке, как показано на рисунке 6. Если вы получаете показание «-12,56 В», ваши щупы подключены в обратном порядке. Если это произойдет, и вы уверены, что правильно подключили пробники, еще раз проверьте полярность на этикетке вашего источника питания и убедитесь, что цепь, которую вы будете запитывать от этого устройства, рассчитана на эту полярность.

Если напряжение, показываемое вашим мультиметром, более чем на полвольта или вольта ниже его номинального значения, то, скорее всего, у вас есть то, что называется нерегулируемым источником питания. Блок питания Jameco на 12 В, который мы использовали в этом примере, является регулируемым, поэтому напряжение, которое мы получили, было так близко к напряжению, на которое оно было рассчитано.

Зарядка проекта Arduino от зарядного устройства для мобильного телефона

У многих людей дома есть старые зарядные устройства для мобильных телефонов, и они задаются вопросом: "Могу ли я использовать это для питания проекта Arduino?" Как правило, вы можете. Просто возьмите USB-кабель с соответствующими разъемами для подключения зарядного устройства телефона к Arduino. Большинство зарядных устройств для телефонов выдают 5 В и несколько сотен миллиампер, что обеспечивает питание Arduino, некоторых датчиков и светодиодов.

Подбор блока питания к электронному устройству

Чтобы определить, подходит ли блок питания для вашего проекта, вам необходимо отметить напряжения, при которых работает каждый компонент, и ток, который они потребляют, и убедиться, что ваш блок питания может обеспечить нужное количество энергии.

Вот несколько примеров:

Arduino, кнопки, потенциометры, светодиоды, динамик

Представьте, что вы создаете проект, который включает Arduino, несколько светодиодов, несколько кнопок, несколько потенциометров или других переменных резисторов и, возможно, динамик. Лаборатории Digital In and Out, Analog In и Tone Output описывают проекты, соответствующие этому описанию. Все компоненты, кроме Arduino в этом проекте, питаются от выходного напряжения Arduino. Ни один из внешних компонентов не потребляет больше нескольких миллиампер каждый. Вся схема, включая Arduino, вероятно, будет потреблять менее 200 миллиампер тока. Вот разбивка, измеренная с помощью светодиода и потенциометра:

Зарядное устройство для телефона, которое подает на Arduino 5 вольт и около 500 миллиампер, отлично справится с этой задачей. Arduino Uno работает от 5 В, а Arduino Nano 33 IoT, работающий от 3,3 В, имеет встроенный регулятор напряжения, который преобразует 5 В в 3,3 В.

Если бы у вас был блок питания на 12 В, как показано выше, вы также могли бы использовать его для этих проектов. Arduino Uno имеет соответствующее напряжение в штекере и может потреблять до 15 В. Встроенный регулятор преобразует более высокое входное напряжение в 5 В. Nano 33 IoT имеет встроенный регулятор, который может принимать до 20 В на своем контакте Vin (физический контакт 15), поэтому, если вы подключили разъем питания постоянного тока и соединили землю 12-вольтового источника питания с землей Arduino и положительное соединение 12-вольтового источника питания с выводом Vin Arduino, ваш проект будет работать.

Arduino, серводвигатель

Если вы управляете серводвигателем RD с платы Arduino, как показано в лаборатории серводвигателей, вам нужно немного больше учитывать ток. Сервопривод, такой как Hitec HS-311, который популярен в проектах физических вычислений, работает при напряжении 4,8–6,0 В, поэтому он может получать достаточное напряжение с выхода напряжения Arduino. В простое потребляет около 160 мА без нагрузки. Однако при большой нагрузке он может потреблять до 3-400 мА. Целесообразно спланировать свой проект для максимального потребления тока каждым компонентом, поэтому один сервопривод и Arduino могут потреблять до 440–450 миллиампер при 5 вольтах. Это почти предел того, что ноутбук может передавать через USB, а также предел некоторых небольших зарядных устройств для телефонов. Если бы вы управляли несколькими сервоприводами, у вас не было бы достаточного тока.

Arduino Uno, без внешних компонентов: 0,04 А (40 мА)
Arduino Nano 33 IoT, без внешних компонентов: 0,01 А (10 мА)
HS-311, большая нагрузка: 400 мА

Arduino, двигатель постоянного тока или освещение

Когда вы начинаете питать большие двигатели постоянного тока, лампы постоянного тока или другие сильноточные нагрузки, вы должны рассчитать напряжение и ток, прежде чем выбирать источник питания. Обычно вы работаете с компонентом, который имеет наибольшее потребление, и работаете с ним.

Например, для управления такой светодиодной лампочкой потребуется источник питания 12 В постоянного тока для лампы. ОН потребляет 11 ватт мощности, а ватты = вольт * ампер, значит потребляет около 917 миллиампер тока при 12 вольтах. Транзистор и Arduino, которые могут управлять им, могут питаться от одного и того же 12-вольтового источника питания и потреблять такое же количество энергии, как и в приведенных выше примерах.

Двигатели и адресные светодиоды часто потребляют больше всего электроэнергии и являются наиболее сложными для питания. Типичный адресный светодиод, такой как WS2812, также известный как NeoPixel LED, потребляет от 60 до 80 мА тока при напряжении 5 вольт. Когда у вас есть цепочка из 60 из них, это 3,6 ампера тока! Они определенно не могут питаться от типичного настенного источника постоянного тока. Когда вы достигнете такого уровня сложности проекта, обратитесь к описаниям компонентов или к своим инструкторам для получения дополнительных указаний. Видеоролики об электричестве, токе и мощности также полезны в этом вопросе.

Читайте также: