Как сделать 24 из двух 12-вольтовых блоков питания

Обновлено: 06.07.2024

В некоторых приложениях использование одного источника питания может быть недостаточным для обеспечения питания, необходимого нагрузке. Причины использования нескольких источников питания могут включать резервирование для повышения надежности или увеличения выходной мощности. При обеспечении комбинированного питания необходимо позаботиться о том, чтобы обеспечить сбалансированное питание всех источников.

Источники питания подключены для резервирования

Резервные источники питания — это топология, в которой выходы нескольких источников питания соединяются для повышения надежности системы, но не для увеличения выходной мощности. Конфигурации с резервированием обычно предназначены для получения выходного тока только от основных источников питания и для получения тока от резервных источников питания в случае отказа одного из основных источников питания. Поскольку потребляемый ток нагрузки создает нагрузку на компоненты источника питания, высокая надежность системы достигается, когда ток не потребляется от резервных источников до тех пор, пока не возникнет проблема с одним из основных источников.

Источники питания A и B аналогичны; Vout и максимальный Iout одинаковы
Напряжение нагрузки равно напряжению питания.
Максимальный ток нагрузки равен максимальному выходному току одного источника питания.
Электронный переключатель подключает один из выходов питания к нагрузке.

Источники питания с параллельными выходами

Общая топология, используемая для увеличения выходной мощности, заключается в параллельном подключении выходов двух или более источников питания. В этой конфигурации каждый источник питания обеспечивает требуемое напряжение нагрузки, а параллельное подключение источников увеличивает доступный ток нагрузки и, следовательно, доступную мощность нагрузки.

Эту топологию можно успешно внедрить, но есть много соображений, обеспечивающих эффективность конфигурации. Для параллельных конфигураций предпочтительнее источники питания с внутренними цепями, так как внутренние цепи повышают эффективность распределения тока. Если источники питания, используемые в приложении для разделения тока, не имеют внутренних цепей разделения, необходимо использовать внешние методы, которые могут быть менее эффективными.

Главная проблема заключается в том, насколько равномерно распределяется ток нагрузки между источниками питания. Распределение тока нагрузки зависит как от конструкции источников питания, так и от конструкции внешней цепи и проводников, используемых для параллельного соединения выходов источников питания. Почти всегда при параллельном подключении используются идентичные источники питания из-за проблем с эффективной настройкой источников питания. Однако возможно параллельное подключение источников питания с соответствующими выходными напряжениями и несовпадающими максимальными выходными токами.

Более подробное обсуждение параллельного подключения блоков питания можно найти в нашем техническом документе «Распределение тока с блоками питания».

Источники питания A и B должны иметь одинаковое значение Vout; Максимальный Iout может быть разным
Напряжение нагрузки равно напряжению питания.
Максимальный ток нагрузки равен сумме максимального выходного тока обоих источников питания.
Схемы контроля тока уравновешивают ток нагрузки между источниками питания.

Источники питания с последовательно соединенными выходами

Еще один способ получить большую мощность, подаваемую на нагрузку, — подключить выходы нескольких источников питания последовательно, а не параллельно. Некоторые из преимуществ использования последовательной топологии включают в себя: почти идеальное использование мощности, подаваемой между источниками, отсутствие необходимости в настройке или совместном использовании цепей, а также устойчивость к большому разнообразию приложений. Как упоминалось ранее, при параллельном соединении выходов источников питания каждый источник обеспечивает требуемое напряжение, а ток нагрузки распределяется между источниками. Для сравнения, когда выходы источников питания соединены последовательно, каждый источник обеспечивает требуемый ток нагрузки, а выходное напряжение, подаваемое на нагрузку, будет представлять собой комбинацию источников питания, соединенных последовательно.

Следует отметить, что когда блоки питания настроены с выходами, соединенными последовательно, источники питания не должны иметь одинаковые выходные характеристики. Ток нагрузки будет ограничен наименьшим допустимым током нагрузки любого из источников питания в конфигурации, а напряжение нагрузки будет суммой выходных напряжений всех источников питания в цепочке.

Есть несколько ограничений, накладываемых на блоки питания, когда они используются в конфигурации с последовательным выходом. Одно из ограничений заключается в том, что выход источников питания должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать смещение напряжения из-за последовательной конфигурации.Это напряжение смещения обычно не представляет проблемы, но выходные напряжения источников питания с заземлением не могут суммироваться с выходами других источников. Второе ограничение заключается в том, что на выход источника питания может быть подано обратное напряжение, если выход не активен, когда остальные выходы в цепочке активны. Проблема обратного напряжения может быть легко решена путем размещения диода с обратным смещением на выходе каждого источника питания. Номинальное напряжение пробоя диода должно быть больше выходного напряжения отдельного источника, а номинальный ток диода должен быть больше максимального выходного тока любого источника питания в последовательной цепи.

Источники питания A и B могут иметь разные максимальные значения Vout и Iout
Напряжение нагрузки равно сумме выходных напряжений источника питания.
Максимальный ток нагрузки равен меньшему из значений максимального выходного тока любого источника.
Диоды обратного смещения защищают выходы источников питания.

Обзор

Источники питания подключены параллельно:

Плохое использование мощности из-за допусков управления распределением тока между источниками.
Для управления распределением тока между источниками требуется специальная схема.
Чувствителен к дизайну и конструкции проводников, соединяющих источники питания параллельно
Наиболее простая конструкция с аналогичными источниками питания.

Источники питания соединены последовательно:

Эффективное использование энергии ограничено только точностью выходного напряжения каждого источника.
Не требуется никаких цепей для управления распределением напряжения или тока между источниками питания.
Не зависит от конструкции или конструкции проводников, соединяющих источники питания последовательно
Легко конструируется с любой комбинацией блоков питания.

Хотя общий метод, используемый для увеличения мощности нагрузки, подаваемой от источников питания, заключается в параллельном соединении выходов, другим решением может быть последовательное соединение выходов нескольких источников питания. У поставщиков блоков питания, таких как CUI, есть технический персонал, который может помочь настроить приемлемое решение для этих и других проблем с приложениями питания.

Серверные блоки питания, такие как HP DPS-750RB, доступны по низкой цене, особенно если они уже использовались ранее. Это делает их идеальными для питания зарядных устройств, которые допускают или даже требуют входного напряжения постоянного тока.

Недостаток в том, что они выдают выходное напряжение только 12 В. Большинство зарядных устройств утверждают, что могут заряжать при высокой мощности, но часто забывают упомянуть, что эти максимальные значения достижимы только при более высоких напряжениях постоянного тока. Таким образом, в определенный момент напряжение необходимо увеличить, чтобы передать больше энергии, поскольку ток уже максимален при данном напряжении.

Напряжение в сети опасно и может быть смертельным!
Всегда обязательно отключайте устройство при работе с ним!
Даже когда оно отключено, конденсатор(ы) источника питания постоянного тока может сохранять высокое напряжение/ток в течение значительного времени. Всегда изолируйте или разряжайте эти компоненты в первую очередь!
Если вы не уверены или чувствуете дискомфорт при работе с такими устройствами — не делайте этого!

Объединение двух или более устройств

При определенных условиях можно комбинировать несколько источников постоянного напряжения. Если выходы этих источников питания соединены последовательно, эти напряжения будут складываться. Таким образом, можно создать источник питания на 24 В (или более) путем объединения двух (или более) источников на 12 В.

У первоначально упомянутых серверных блоков питания 12 В отрицательный полюс (также называемый GND или иногда RTN) и PE переменного тока (сети) (защитное заземление, иногда также называемое заземлением или просто заземлением) соединены вместе. PE обычно также соединяется с металлическим корпусом устройства, что является реальной функцией безопасности, которая гарантирует, что корпус никогда не будет находиться под напряжением, если произойдет повреждение или отказ.

Если другой источник питания постоянного тока подключен последовательно, положительный полюс первого источника будет закорочен. Почему? Потому что GND второго также подключен к тому же проводу заземления (PE) и, следовательно, также подключен к полюсу GND первого источника питания. В лучшем случае: устройство само выключится. В худшем случае: взрывы. Я не шучу!

Измерение и изменение устройств

Вы можете легко проверить фактическую конфигурацию источника питания, используя тестер непрерывности или омметр и измерив расстояние между «GND» и металлическим корпусом устройства и/или средним штырьком отключенной клеммы переменного тока на источник питания. Если ничего еще не было изменено, оба должны быть соединены вместе. Если нет, вероятно, что-то не так.

Прежде чем подключать что-либо последовательно, все добавленные источники питания должны иметь «плавающее заземление». Это означает, что между GND и +12V по-прежнему есть напряжение 12 В, но вывод GND больше не подключен к корпусу/PE. Только первый источник питания может быть подключен к земле/защитному заземлению.

Как правильно изолировать землю от ПЭ и металлического корпуса, подробно описано в другой моей статье. Эта модификация необходима, если вы планируете использовать несколько расходных материалов последовательно!

Собираем вещи вместе

Остальные настройки довольно просты! Для подключения устройств положительный полюс первого источника питания соединяется с отрицательным полюсом второго. Поскольку через это соединение будет проходить весь ток, следует использовать проводник соответствующего диаметра и правильно припаять его к контактным площадкам блоков питания.

Отрицательный полюс комбинированных источников питания будет отрицательным полюсом первого устройства в цепочке, а положительный полюс комбинированных источников питания будет положительным полюсом. последнего устройства в цепочке (как показано на изображениях выше).

По сути, это то же самое, что и аккумуляторная батарея Li-Po с несколькими ячейками: большой разъем, по которому проходит весь ток, подключается к первой и последней ячейке, а меньшие балансировочные выводы подключаются между ячейки для измерения их напряжения.

Перед включением устройств я рекомендую в последний раз измерить непрерывность и сопротивление, как описано в другой моей статье.

Напряжение удваивается, а ток нет

Всегда осознавайте и помните, что вы на самом деле делаете: последовательное соединение двух аккумуляторных элементов одного типа удваивает их напряжение, но ток, который они могут отдавать, остается прежним. То же самое справедливо и для двух источников питания постоянного тока. Общая мощность (P), которую могут обеспечить комбинированные батареи, измеряется в ваттах (Вт).

Это всего лишь пример с выдуманными значениями:

То же самое для блока питания с фактическими значениями:

Это мощность одной ячейки (первый пример) и одного блока питания (второй пример). Если вы добавите несколько ячеек или блоков питания (одного типа) в серии, значение мощности в ваттах также умножится.
Итак, сколько ампер может выдать ваш новый комбинированный блок питания?

Напряжение известно (24 В), общая мощность тоже известна (720 Вт * 2 = 1440 Вт):

По сути, мощность удваивается, напряжение удваивается, а ток остается прежним.

Просто помните, если вы подключите два источника питания параллельно, мощность и ток удвоятся, а напряжение останется прежним:

Введение. Как собрать блок питания 24 В из двух блоков питания ATX

Два блока питания ATX = один самодельный блок питания 24 В постоянного тока

Прежде чем мы начнем, я должен прояснить, что это ни в коем случае не самое безопасное решение, и оно может даже находиться в стадии оценки. Я не эксперт, и копирование моих шагов осуществляется за ваш счет. Если вы сомневаетесь, не пытайтесь.

Введение:

Это мой первый инструктаж, так как я нигде не мог найти этот проект, я подумал, что мог бы также задокументировать его с картинками.
Кроме того, английский — мой второй язык, так что терпите меня.

Что ж, когда вы закончите, вы получите блок питания постоянного тока (DC) на 24 В.

Список деталей:

2* XXXX Вт блок питания ATX.

Хорошая длина сетевого кабеля.

Лом древесины или то, что вы считаете подходящим.

Обычные инструменты (отвертка/молоток, пила, гвозди/шурупы и т. д.)

Паяльник с принадлежностями или множество штекерных/гнездовых разъемов.

Приятно иметь список:

Мультиметр. Мне нравится тестировать вещи, прежде чем жарить электронику.

Все было получено бесплатно, кроме инструментов. Это идеально подходило для моих нужд.

P.S.

Если я что-то упустил, укажите на это, но если у вас есть вышеуказанные инструменты, я не сомневаюсь, что вы сможете это сделать.

Посмотрите все синонимы и слова в Википедии, прежде чем спрашивать.

Шаг 1. Теория/сборка

Поскольку все больше и больше компьютеров валяются на свалке, все больше и больше блоков питания ATX можно получить бесплатно.

Чем выше мощность, указанная на блоке питания, тем больше ампер он может потреблять.
Небольшой блок питания подойдет для испытательных стендов, где больший размер можно использовать для сварки или питания ЧПУ (как я делаю).

Прежде чем двигаться дальше, если вы, как и я, очищали свой блок питания, вам следует протестировать его, прежде чем проводить с ним больше времени.

Замкните PIN 14 (на стандартном блоке питания ATX) на любой провод заземления. Блок питания включится, проверьте мультиметром. Для любого нестандартного блока питания поищите howto-short-a-PSU. Для изображений (я забыл задокументировать этот шаг) просто просмотрите инструкции, и вы сможете увидеть, как выполнить этот шаг. Это можно сделать по-разному, но все они выполняют одну и ту же работу.

Также много болтают о том, как поддерживать стабильное напряжение без скачков. Снова см. другие инструкции, так как большинство блоков питания отличаются друг от друга и имеют разные встроенные функции.

Я выбрал решение KISS.

Два блока питания теперь называются блоками питания A и блоками питания B

Поскольку внутри шкафа есть конденсаторы, которые все еще могут быть заряжены, подождите некоторое время, прежде чем работать с блоком питания, если он недавно был включен.

Теперь разорвите их обоих. Вы делаете это, чтобы очистить любое заземление, которое может быть, не забудьте удалить заземление (GND) из линии электросети, через которую вы питаете устройства, тогда вы будете уверены, что часть проекта не навредит вам. Я бы не стал повторно использовать металлические шкафы, и точка. Есть большой риск, что они соприкоснутся с любыми незакрепленными проводами. Это может привести к поджариванию вас/электроники.

Затем мы можем подключить провод +12 В от PSU A к проводу PSU B GND, что даст PSU B GND +12 В постоянного тока в качестве GND, а затем вы добавите дополнительные +12 В постоянного тока, которые он производит сам по себе. при включении. Чтобы использовать +24 В постоянного тока, который вы создали между блоком питания, вам необходимо использовать провод PSU A GND и провод PSU B +12 В постоянного тока в работе, а между ними, чтобы быть более точным, есть +24 В постоянного тока @ амперы, которые были бы дано.

Я также перерезал все провода, которые не буду использовать в этом проекте, чтобы улучшить поток воздуха в маленьком шкафу, который я построил. Еще раз подумай дважды, отрежь один раз.

Шаг 2. Вылечить зверя

Создайте ящик и сделайте его таким же безопасным, как свою собственную жизнь.

Подсказка: я имею в виду опасность поражения электрическим током.

При работе с деревом, в моем случае с МДФ, обязательно демонтируйте блок питания с макетной платы. Перед нарезкой и очисткой все детали очень хорошо. Просто чтобы свести к минимуму риск возгорания от любых искр.

Поскольку все блоки питания разные, мне пришлось сделать отдельные переключатели вкл/выкл для их включения PWR. Сначала я PWR PSU A, затем PSU B. До того, как я вставил в него переключатели, PWR только время от времени включался и выдавал только +12 В постоянного тока, потому что PSU A не работал должным образом.

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: