Как понизить выходное напряжение блока питания

Обновлено: 03.07.2024

В технических описаниях источников питания постоянного тока могут быть указаны характеристики, касающиеся возможности подстройки выходного напряжения. При этом часто возникают вопросы, связанные с тем, почему необходимо регулировать выходное напряжение, как внешняя цепь регулирует напряжение и почему ограничен диапазон регулировки напряжения? В этом блоге мы обсудим некоторые основы проектирования блоков питания и свяжем их с операциями подстройки выходного напряжения и техническими характеристиками.

Что такое обрезка и как она используется?

Корректировка выходного напряжения источника питания означает просто регулировку напряжения на небольшую величину. По соглашению термин подстройка используется для приложений, в которых источник питания имеет заданное номинальное выходное напряжение, и пользователь может изменить выходное напряжение примерно на десять процентов или менее. Чаще всего пользователи могут регулировать выходное напряжение источника питания, добавляя внешние компоненты, регулируя потенциометр, установленный на печатной плате, или применяя аналоговый или цифровой сигнал.

Источники питания с возможностью регулировки выходного напряжения обычно используются по двум причинам:

Производительность. Приложения, в которых незначительное изменение выходного напряжения может повысить производительность продукта.
Нестандартные напряжения. Требуется нестандартное выходное напряжение, и изменение выходного напряжения стандартного источника питания является наиболее эффективным способом получения требуемого выходного напряжения.

Одним из примеров повышения производительности за счет обрезки является падение напряжения на проводниках питания в приложении. В этом случае выходное напряжение на клеммах источника питания можно увеличить, чтобы компенсировать падение напряжения на проводниках. Применение подстройки выходного напряжения в этом приложении позволит напряжению на нагрузке оставаться на желаемом уровне даже при падении напряжения в проводниках подачи питания.

Рисунок 1. Выходное напряжение источника питания уравновешено таким образом, что
напряжение источника питания = требуемое напряжение нагрузки + общее падение напряжения на импедансе проводника

Некоторые источники питания доступны с выходным напряжением, указанным в диапазоне, а не в номинальном значении, и выходное напряжение может регулироваться в соотношении до 1:100. Эти типы источников питания часто обозначаются как переменные, регулируемые или лабораторные источники питания. Способ управления выходным напряжением в этих источниках питания обычно представляет собой аналоговый или цифровой сигнал, а также ручку или клавиатуру, установленную на панели. Этот класс блоков питания часто используется, когда пользователь хочет иметь один блок питания, который можно использовать во многих различных приложениях, и они не рассматриваются в этой статье в блоге.

Методы обрезки

В регулируемом источнике питания масштабированное значение выходного напряжения приводится в соответствие с эталонным напряжением с помощью контура обратной связи. Выходное напряжение источника питания можно изменить, изменив коэффициент масштабирования напряжения обратной связи, подав подстроечный сигнал в узел обратной связи или изменив опорное напряжение. Наиболее распространенными методами подстройки выходного напряжения источников питания являются подача тока (источник напряжения с высоким выходным сопротивлением) в узел обратной связи или изменение значения элемента сопротивления в цепи обратной связи. Ниже приведены методы реализации подстройки выходного напряжения в источниках питания.

Прикладное внешнее сопротивление

Команда разработчиков блока питания предоставляет контакт для внутреннего узла обратной связи. Источник напряжения с высоким выходным импедансом может быть создан пользователем путем размещения сети резисторов с высоким импедансом между выходным напряжением источника питания и землей. Узел этой внешней сети резисторов затем подключается к контакту внутреннего узла обратной связи и, таким образом, подает правильный ток для регулировки выходного напряжения источника питания.

Потенциометр

Команда разработчиков блока питания размещает потенциометр на печатной плате в цепи обратной связи. «Потенциометр» предоставляется пользователю для регулировки выходного напряжения источника питания.

Приложенное внешнее напряжение

Группа разработчиков источника питания предоставляет контакт, подключенный к внутренней схеме формирования сигнала, которая управляет внутренним узлом обратной связи. Пользователь подает подстроечное напряжение на внешний контакт, а схема формирования сигнала подает требуемый ток в узел обратной связи для подстройки выходного напряжения.

Цифровой интерфейс

Команда разработчиков блока питания предоставляет пользователю цифровой интерфейс для подстройки выходного напряжения. Внутренний ЦАП и формирователь сигнала преобразуют цифровой код подстройки в соответствующее аналоговое напряжение или ток для подстройки выходного напряжения.

Рисунок 2. Блок-схема топологии источника питания

Обрезка ограничений

Существует множество возможных причин, по которым диапазон подстройки выходного напряжения может быть ограничен.Некоторые распространенные причины ограничений диапазона подстройки включают ограничения выходной мощности, стабильность контура обратной связи и ограничения рабочего цикла. Корректировка выходного напряжения также может повлиять на ограничение тока на выходе источника питания, в зависимости от топологии конструкции источника питания. Изменения выходного напряжения и выходного тока могут повлиять на требуемые номинальные характеристики входного конденсатора большой емкости, переключателя на первичной стороне, изолирующих магнитных элементов, полупроводников вторичного выпрямления и компонентов выходного фильтра. Стоимость, размер и сложность этих компонентов в конструкции блока питания могут увеличиться, если увеличить диапазон подстройки выходного сигнала.

Рисунок 3. Элементы преобразователя, на которые может повлиять изменение выходного напряжения или тока

Как упоминалось ранее, блоки питания имеют внутреннюю петлю обратной связи. Изменение выходного напряжения источника питания может повлиять на стабильность цепи питания. Нестабильная петля источника питания может колебаться или замыкаться, а чрезмерно стабильная петля может иметь большое время отклика и, таким образом, обеспечивать плохую стабилизацию выходного напряжения при наличии переходных процессов нагрузки. Почти во всех современных конструкциях источников питания используется коммутационная топология для снижения стоимости и размера, а также повышения производительности. Во многих архитектурах импульсных источников питания изменение выходного напряжения влияет на рабочий цикл импульса переключения. Как минимальные, так и максимальные пределы рабочего цикла сигнала переключения могут быть обнаружены, если выходное напряжение слишком сильно подстроено.

Заключение

Выходное напряжение источника питания можно отрегулировать, чтобы обеспечить преимущества во многих приложениях. В большинстве приложений правильная подстройка выходного напряжения источника питания не является проблемой. Однако, если возникнут проблемы или вопросы, команда технической поддержки CUI готова помочь нашим клиентам.

Это не совсем вопрос о фонарике, но и не совсем о кафе. Надеюсь, никто не будет возражать, если я опубликую это здесь.

Такова ситуация. У меня есть блок питания постоянного тока на 4,5 А, который выдает 16,8 вольт. У меня есть нагрузка, которая может принимать только 15,8–16,2 В. Как лучше всего уменьшить выходное напряжение блока питания.

Я думал, что мог бы просто сделать небольшой адаптер с резистором внутри, но, кроме проб и ошибок, я не знаю, как определить, какой размер резистора использовать. Если я использую резистор, имеет ли значение, с какой стороны нагрузки я его размещаю?

Я знаю, что кадровый резерв CPF в этой области довольно велик, поэтому я решил, что это то место, куда можно обратиться за помощью.

эван9162

Фанатик-энтузиаст

заколка

Просветленный

Я сам думал о диоде и даже нашел на digikey деталь стоимостью менее 2 долларов в качестве примера. Проблема в том, насколько хорошо отрегулирован блок питания и насколько критично входное напряжение на нагрузке?

Многие блоки питания, такие как блоки питания для ноутбуков, имеют выходное напряжение. Однако это выходное напряжение не всегда так жестко регулируется. Часто напряжение проседает под нагрузкой или условия питания в местной сети могут изменить напряжение. Если критически важно поддерживать входное напряжение нагрузки между 15,8 В и 16,2 В, тогда диод просто понизит напряжение в зависимости от Vf диода. Если напряжение питания вообще колеблется от 16,8 В, напряжение на нагрузке может легко оказаться выше или ниже требуемого.

магия79

Просветленный

Флэш_Гордон

Фанатик-энтузиаст

Ваш источник питания точно настроен на 16,8 В? Если это концепция диода, она должна снизить выходную мощность до вашего диапазона. В противном случае выходной сигнал будет проседать, если ток нагрузки высок или напряжение в сети колеблется.

Если он регулируется и у вас есть схема, ищите триммер внутри. У него может быть достаточно диапазона, чтобы сбросить необходимое вам напряжение 0,8 В.

Резистор нецелесообразен (и очень сильно нагревается).

Фанатик-энтузиаст

Вы молодцы. Спасибо за отличные ответы. Вот подробности:

Я пытаюсь подключить к планшетному ПК Toshiba литий-ионный аккумулятор PM118. Блок имеет выбор выходного напряжения 16В или 19В.

При установке на 16 В напряжение без нагрузки составляет 16,8 В. Как только я подключаю его к компьютеру, компьютер зависает и зависает. Чтобы освободить внутреннюю батарею, ее необходимо извлечь из компьютера.

У меня более старая модель аккумуляторного блока (чуть меньше емкость). Когда старшая модель настроена на 16 В, она выдает 16,2 В без нагрузки. Старая модель отлично питает ПК.

Таким образом, где-то между 16,2 В и 16,8 В есть порог, при котором ПК начинает наклоняться.

Флэш_Гордон

Фанатик-энтузиаст

Приятно узнать подробности. Я могу предположить, что у вас проблема с новым аккумулятором. Ваш компьютер не должен быть настолько чувствительным к разнице в 0,6 В. Ваш стандартный блок питания переменного тока отличается как минимум на столько же.

Интересно, не снижается ли напряжение при приложении нагрузки, вызывая проблему.

Фанатик-энтузиаст

Идея с диодом звучит так, как будто она должна работать, однако
необходимо помнить о паре моментов.

<р>1. Вы можете сделать лучше, используя два диода последовательно, чтобы снизить немного больше напряжения.
Купите как минимум два диода на тот случай, если вам понадобится второй.
2. Вы также должны подключить как минимум резистор 1 кОм в качестве нагрузки, чтобы,
нагрузочное устройство только включалось, если оно потребляло меньший ток, оно не попадало на полную
выходную мощность источника питания до диода. (с) начинают сильно проводить. С резистором всегда будет нагрузка на диод, поэтому она всегда падает примерно на
0,5 вольта или около того. После включения устройства диод должен упасть до нормального
напряжения, и вы должны проверить выходное напряжение мультиметром при различных режимах питания
нагрузочного устройства.
3. Колпачок на выходе тоже неплохая идея, скажем, 100 мкФ или около того, чтобы сгладить
кратковременные провалы и всплески напряжения.

ВидПро

Фанатик-энтузиаст

Мне нужно было бы считать напряжение под нагрузкой.
чтобы (только) добавить к сказанному, это может быть полной противоположностью тому, что вы думаете.
Выход может быть слишком маленьким, или это может быть грязная мощность, или даже (ненамного) переменный ток, а не постоянный.

а также добавить, что питание ноутбука от ДРУГОГО блока питания может быть хорошим способом потерять больше, чем блок питания или предохранитель (при условии, что он ЕСТЬ)

Двигатели с недостаточной мощностью требуют много работы, а ноутбуки, как и другая небольшая электроника, не любят больших вариаций, потому что детали не в 2 раза больше, чем нужно.

проверь свой блок питания под нагрузкой, эммм какая нагрузка я не говорю, а то ты можешь поджарить ее моими дурацкими методами.

А как насчет примеров? дешёвый блок питания на 12 В может выдавать 14+ В без какой-либо нагрузки, поместите на него нагрузку, и напряжение может упасть до уровня, близкого к 12 В.

Хороший блок питания компьютера от включения до выключения, без нагрузки или с большой нагрузкой может варьироваться в пределах 0,5 В.
БОЛЬШАЯ огромная разница. и когда вы загружаетесь, возникает большая нагрузка инициализации, которую пытаются распределить (процессор, затем оперативная память, затем жесткий диск), но она по-прежнему не сильно распределяется, она сильно и быстро бьет при инициализации.
это МОЖЕТ быть причиной того, что он действует так, как будто собирается уйти, а затем выручает вас. ЕСЛИ блок питания действительно будет работать на компьютере, замены его даже на хороший блок питания может быть недостаточно.

Смотри, Джим, не поджарь эту штуку.

и для тех, кто не понимает, что сказал Большой Эл, падение диодов также находится под НАГРУЗКОЙ, это не такая совершенная вещь 0,7 В, как кажется, когда оно холодное, первое попадание, выше или ниже номинального. все еще делает большой кремниевый резист, но чтобы тратить энергию, которую он делает, он ВСЕ ЕЩЕ тратит ее впустую в тепле.
Очевидно, что разработчики солнечных батарей перегорели довольно много диодов, думая, что они будут работать со временем без синхронизации или охлаждения, поэтому они действительно РАЗЛИЧАЮТСЯ, они рассеивают тепло и выходят из строя, если их не охлаждать или сильно переоценивать. время.

Диод ЯВЛЯЕТСЯ хорошим решением для падения напряжения, (я не стучу по нему), мне просто нравятся толстые теплосинхронизирующие створки моста с теплосинхронизирующими присосками в них на 25 А.
даже автомобильные зарядные используют жирные 20-30А для зарядок 6-10А.

< бр />

Два способа уменьшить 12-вольтовую систему до 4 В — использовать делители напряжения или стабилитроны.

Делители напряжения состоят из последовательно соединенных резисторов. Входное напряжение делится на выходное, что зависит от номинала используемых резисторов. Они подчиняются закону Ома, согласно которому напряжение пропорционально току, а сопротивление является константой пропорциональности.

Зинеровские диоды – это диоды, которые работают как источники постоянного тока, когда они смещены в обратном направлении или расположены в цепи в обратном направлении. Они должны использоваться с токоограничивающим резистором, чтобы соответствовать требованиям производителя к мощности.

Делитель напряжения

Изучите закон Ома для резисторов, соединенных последовательно. Они используются в качестве делителей напряжения. Уравнение для очень простого устройства с двумя резисторами: Vout = Vin * (R2/(R1 + R2)), где желаемое выходное напряжение измеряется на R2.

Сконструируйте делитель напряжения, который дает 4 вольта. Подключите положительную сторону 12-вольтового источника к одной стороне 660-омного резистора, то есть R1. Подключите его свободный конец к одной стороне резистора на 330 Ом, который является R2. Подключите оставшуюся клемму R2 к отрицательной стороне источника питания.

Поместите мультиметр на настройку напряжения постоянного тока. Измерьте выходное напряжение на R2. В качестве альтернативы измерьте выходной сигнал между двумя резисторами, присоединив провод и поместив один щуп на него, а другой на провод на землю. Выходное напряжение должно составлять приблизительно 4 В.

Регулятор стабилитрона

Ознакомьтесь с техническими характеристиками и формулами сопротивления и мощности для диода 1N4731A. Он выдает стабильные 4,3 вольта и имеет номинальную мощность 1 ватт. Он также имеет максимальный ток Izm 1 Вт/4,3 В = 233 мА. Максимальный ток Зенера при использовании резистора 330 Ом составляет (Vin – Vout)/R = 12 В – 4,3 В/330 Ом = 23 мА. Это находится в пределах Izm, а также в пределах номинальной мощности диода, поскольку P = IV = 23 мА * 4,3 В = 100 мВт.

Соберите цепь, включив последовательно стабилитрон и резистор 330 Ом. Присоедините положительную сторону 12-вольтового источника питания к одной стороне резистора. Подключите другой конец резистора к стороне стабилитрона с обратным смещением, которая обозначена меткой. Подсоедините оставшуюся диодную клемму к отрицательной клемме источника 12 В.

Измерьте напряжение на диоде, подключив мультиметр к каждой клемме. Оно должно показывать примерно 4,3 В.

Вещи, которые вам понадобятся

Резисторы на 330 и 660 Ом
Стинеровский диод 1N4731A
Техническое описание 1N4731A
Блок питания 12 В или аналогичный
Цифровой мультиметр
Макет
Перемычки
Основной текст по электронике

Диод Зенера может быть соединен со схемой эмиттерного повторителя на операционном усилителе, если требуется более высокий выходной ток.

Эти расчеты не учитывают сопротивление Зенера, что важно для точных измерений.

Предупреждения

Зинер должен иметь обратное смещение, иначе он будет вести себя как обычный кремниевый диод.

Полупроводники — это чувствительные устройства. Не превышайте номинальные значения мощности, тока и температуры, указанные производителем.

Всегда соблюдайте осторожность при построении электрических цепей, чтобы не обжечься и не повредить оборудование.

Скажем, если у вас есть основной источник питания, который обеспечивает напряжение, которое намного выше, чем вам может понадобиться для определенной части схемы, например, для микросхемы в схеме. Возможно, схема питается от 9-вольтовой батареи, но чипу в цепи требуется только 3 В.

Как можно уменьшить это напряжение?

Оказывается, есть много способов сделать это, и один из самых простых и дешевых способов сделать это — просто использовать резисторы.

С помощью резисторов мы можем сформировать схему делителя напряжения, чтобы получить любое желаемое напряжение.

Чтобы узнать, как уменьшить напряжение, вам просто нужно понять, как работает математика для цепей делителя напряжения, и мы рассмотрим это ниже. С помощью этой техники вы можете взять любое напряжение и понизить его до любого желаемого уровня.

Как уменьшить напряжение вдвое

Чтобы уменьшить напряжение вдвое, мы просто формируем цепь делителя напряжения между 2 резисторами одинакового номинала (например, 2 резисторами по 10 кОм).

Чтобы разделить напряжение пополам, все, что вам нужно сделать, это соединить два любых резистора одинакового номинала, а затем поместить перемычку между резисторами. В этой точке, где установлена перемычка, напряжение будет составлять половину значения напряжения, питающего цепь.

5 В теперь 2,5 В. VCC делится пополам.

Как снизить напряжение до любого значения

Возможно, вам не всегда нужна половина напряжения, но вы можете получить напряжение до любого уровня, выбрав соответствующие номиналы резисторов для схемы делителя напряжения.

Возможно, ваша схема питается от 5 В, но вы хотите, чтобы на определенный элемент схемы поступало только 3 В. Как превратить 5 вольт в 3 вольта?

И вы можете сделать это с правильными номиналами резисторов в цепи делителя напряжения.

Как вы его вычисляете?

Формула для расчета напряжения, падающего на резистор R2, показана ниже.

Но эта формула в исходном виде не помогает нам найти резистор R2, необходимый для получения определенного напряжения.

Переставляя эту формулу и находя R2, мы получаем приведенную ниже формулу.

Это формула, которую мы можем использовать для выбора номинала резистора, необходимого для получения любого желаемого напряжения.

Итак, вернемся к нашей схеме. Если у нас есть 5 вольт и мы хотим получить от него 3 вольта, мы используем приведенную выше формулу.Если мы используем резистор 10 кОм в качестве резистора R1, подставив значения, мы получим R2= (V)(R1)/ (VIN - V) = (3 В) (10 кОм)/(5 В - 3 В) = 15 кОм. Таким образом, мы можем использовать резистор 15 кОм в качестве резистора R2, а резистор R1 равен 10 кОм.

Давайте сделаем еще один пример.

Скажем, если у вас есть та же схема, что и выше, с 5 В, но вам нужно только 1 В. Если мы используем резистор 10 кОм в качестве резистора R1, подставив значения, мы получим R2= (V)(R1)/ (VIN - V) = (1 В) (10 кОм)/(5 В - 1 В) = 2,5 кОм. Таким образом, мы можем использовать резистор 2,5 кОм в качестве резистора R2, а резистор R1 равен 10 кОм.

Теперь легко увидеть, как можно получить любое напряжение с помощью схемы резисторного делителя напряжения.

Чтобы проверить расчеты делителей напряжения, см. Калькулятор делителя напряжения. Таким образом, вы можете проверить сделанные вами расчеты, чтобы убедиться, что они верны и точны. Этот калькулятор делителя напряжения вычисляет деление напряжения от 2 резисторов до 10 резисторов в цепи делителя напряжения.

Читайте также: