Параллельное подключение блока питания и аккумулятора: Страница не найдена — Практическая электроника

Posted on by alexxlab
Posted in Аккумулятор

Содержание

Что произойдет, если я подключу два разных источника постоянного напряжения параллельно?

Если вы подключите 5 В и 12 В параллельно, напряжение будет где-то посередине в зависимости от внутреннего сопротивления каждого источника.
Если оба источника имеют одинаковое внутреннее сопротивление, то результирующее напряжение будет 8,5 В. Это относится, например, к батареям или аналогичным простым источникам напряжения.

Однако с двумя переключающими источниками, как отметил W5V0, результирующее напряжение, вероятно, будет выше из двух, так как нижняя шина не может потреблять ток (из-за диода) и будет эффективно смотреть высокое сопротивление на шине 12 В. Таким образом, все, что должно произойти (см. Ниже), — это то, что нижняя шина поднимется до потенциала верхней.

Неплохо соединить две разные питающие шины напрямую из-за проблем, которые могут быть вызваны источниками с низким импедансом, расположенными друг против друга, и схемы нижней шины могут не рассчитаны на подачу напряжения от верхней шины.


Однако в случае переключателей, вероятно, не будет никакого волшебного дыма из-за невозможности поглотить ток, упомянутый выше. Тем не менее, возможно, что диод нижних рельсов не будет так сильно склонен к обратному смещению, и любые конденсаторы не могут быть рассчитаны на более высокое напряжение (определенно возможность, учитывая чрезвычайно конкурентоспособную цену, к которой стремятся эти вещи — каждый цент имеет значение)
Если нужен источник напряжения средней точки, тогда для обеспечения источника с низким импедансом можно использовать какой-то регулятор.

Ссылка, которую вы предоставляете, предназначена для подключения батарей одинакового напряжения, которые можно рассматривать как совершенно разные источники. Направляющие в вашем блоке питания будут иметь общую землю (например, две батареи с их отрицательными клеммами, соединенными вместе). Если вы попытаетесь подключить их последовательно, это приведет к короткому замыканию одной из направляющих на землю, что не очень хорошо.

Не очень ясно, что вы пытаетесь сделать с выходами без схемы или какой-либо дополнительной информации о том, какие напряжения и систему управления (например, защиту, регулировку напряжения / тока и т. Д.) Вы хотите получить в итоге. Для минимальной нагрузки на каждую направляющую вам просто нужно использовать два отдельных резистора для заземления.

Параллельное и последовательное соединение источников питания Nextys

03.05.2017

1.Параллельное соединение источников питания.

Современные способы применения импульсных источников питания (ИП) могут потребовать использования нескольких ИП в параллельной конфигурации.

Параллельное соединение ИП может быть применено в следующих случаях:

  1. Для увеличения требуемой мощности нагрузки, путём использования одинаковых ИП

  2. Для создания системы резервирования

Параллельное соединение ИП для увеличения требуемой мощности может быть использовано там, где:

     a) Есть вероятность превышения номинальной нагрузки установленного ИП
     б) Требуется увеличить мощность нагрузки там, где нет возможности повысить мощность ИП

PR используется там, где ответственная нагрузка не допускает потери питания.

1.1 Параллельное соединение ИП для увеличения мощности (РР)

Теоретически, в режиме увеличения мощности могут использоваться любые типы ИП, но на практике такой результат не всегда бывает удовлетворительным. Многие поставщики говорят о том, что их ИП допускают параллельное соединение, независимо от вариантов применения. Это не всегда справедливо. Идеально, для параллельного соединения различных ИП, они должны иметь идентичные выходные импедансы и максимально одинаковые выходные напряжения. Это не гарантируется с течением времени из-за нормального разброса выходных параметров и естественного старения. Кроме того, во время переходных режимов (например, запуск, перегрузка, короткое замыкание и т. п.), поведение системы может стать нестабильной.

Несбалансированные токи могут привести к преждевременному старению наиболее напряженных элементов, что отрицательно отразится на надежности всей системы.

Для того чтобы свести к минимуму паразитные токи между ИП, которые соединены параллельно, предлагаются следующие технические решения:

  1. Специализированная шина распределения нагрузки (LSB). Это решение использует коммуникационную шину, соединяющую параллельно-включённые ИП. В основном, это решение используется для мощных и «продвинутых» ИП, таких как, например, NPS2400.

  2. Специфические алгоритмы регулирования (SRA). Это решение, относительно дешевое, не нуждается в какой-либо коммуникационной шине и позволяет достичь хорошего естественного баланса тока между различными ИП. Это решение присутствует в большинстве ИП Nextys, например в NPSM121 /241/481 и NPST501 /721/961.

  3. Использование внешнего активного модуля резервирования (ARM) например, как OR20 или OR50 от NEXTYS. В этом случае ARM играет роль балансировочного устройства выходного импеданса для двух питающих ИП. В этой конфигурации может использоваться любой ИП, но рекомендуется провести тест.


Рис.1. Рекомендуемая схема для параллельного соединения ИП

  1. Необходимо учесть, что реальная мощность системы не будет простой суммой мощностей ИП. Максимальная мощность не будет превышать 80% от суммы мощностей ИП. Неидеальное решение!
  2. Используйте, по-возможности, одинаковые ИП и лучше всего из одной партии
  3. Избегайте использования ИП с ограничениями по току, предпочтительнее использовать ИП в режиме с постоянным током (Constant Current).
  4. Используйте не более 4-х ИП
  5. Разместите блоки таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную одинаковую рабочую температуру для каждого ИП
  6. Перед параллельным соединением установите выходные напряжения максимально одинаковые для всех ИП при нагрузке примерно 10% от номинальной
  7. Используйте одинаковые длины и сечения проводов от каждого блока к нагрузке. Выводы должны сходиться на нагрузке, а не на ИП. Это улучшает симметрию. НЕ ВКЛЮЧИТЕ ВЫХОДЫ ИП ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО!
  8. Проконтролируйте распределение тока через 30 мин после включения и снова отрегулируйте выходные напряжения, чтобы уравновесить токи
1.2 Параллельное соединение ИП для резервирования (РR)

Резервирование необходимо для повышения надёжности системы питания. Идея концепции резервирования заключается в том, чтобы обеспечить необходимое питание системы в случае аварии, то есть номинальный ток всей системы должен оставаться доступным в любой ситуации. Это означает, что суммарный ток должен быть обеспечен несколькими ИП.

В дополнение к необходимым ИП, по крайней мере, еще один прибор должен будет использоваться, как резервное устройство, которое должно быть доступно в случае отказа одного из ИП (избыточность n + 1, где n – количество необходимых ИП). Чем больше количество используемых дополнительных ИП, тем выше отказоустойчивость системы (n + m избыточность, m = количество дополнительных ИП).

Для реализации надежной системы резервирования, выходы всех источников питания должны быть подключенных параллельно и развязаны с помощью диодов или МОП-транзисторов (ORing резервирование). Это необходимо, чтобы отказ одного из устройств не привёл к возникновению неисправности или короткого замыкания для других устройств. ORing схемы могут быть размещены в самих ИП или обеспечены внешними модулями резервирования, например такими, как OR20 или OR50 от NEXTYS.

В качестве совершенно уникальной функции, большинство моделей ИП от NEXTYS, имеющих опцию «P», предоставляют версию, включающую внутреннюю схему резервирования ORing, которая позволяет строить PR-систему без использования внешних модулей, резко снижая стоимость и размер систем PR.



Рис.2 PR схема резервирования с ORing диодами (могут быть интегрированы в ИП) Рис.3 PR схема резервирования с внешним ORing модулем

Основные правила реализации PR схем резервирования, изображённых на рис. 2, 3:

 
  1. Определите параметр «m», чтобы достичь требуемой избыточности.
  2. Обратите внимание на номинал тока и напряжения, предполагая, что один ИП может принять на себя всю нагрузку.
  3. Используйте всегда одинаковые ИП, лучше всего ИП из одной партии.
  4. При правильной подстройке выходного напряжения попытайтесь сбалансировать токи на всех устройствах, чтобы поддерживать все ИП в рабочем состоянии («горячий» резерв). Использование всех ИП в рабочем состоянии увеличивает срок службы системы.
  5. Разместите блоки таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную рабочую температуру для каждого ИП.
  6. Используйте одинаковую длину и толщину проводов от каждого ИП к нагрузке. Это улучшает симметрию системы.

2. Последовательное соединение ИП.

Для различных приложений может потребоваться использование нескольких ИП с последовательным соединением (SC) их выходов. ИП в последовательной конфигурации могут использоваться в основном для достижения необходимого уровня напряжения или мощности, недоступных для стандартных блоков.

Теоретически любые 2 или более ИП могут быть соединены последовательно, независимо от их выходных напряжений. Однако внимание этому должно быть уделено в любом случае.

Примечания:

  1. Максимальный доступный ток в системе — это номинальный ток одного ИП.
  2. Общая суммарная мощность системы представляет собой произведение между суммой напряжений и самым высоким номинальным током ИП. Для систем SC нет снижения номинальных характеристик.
  3. Блоки с различными входными / выходными напряжениями / мощностью могут быть соединены последовательно.
  4. Текущее ограничение системы по току будет соответствовать тому ИП, у которого самое низкое значение номинального выходного тока.

Рис.4 Рекомендуемое последовательное соединение ИП.

Основные правила реализации SC схем резервирования, изображённых на рис. 4:

  1. Постарайтесь использовать одинаковые ИП, возможно, поставляемые из одной серии.
  2. Обратите внимание на потребляемый ток нагрузки, чтобы не перегружать какой-нибудь ИП.
  3. ИП могут иметь разное время запуска. Чтобы избежать обратного напряжения на их выходах из-за более раннего начала работы некоторых блоков в системе, используйте антипараллельные диоды (рассчитанные на максимальное напряжение системы и с пиковым импульсным током, по крайней мере равным номинальному току), которые должны быть подключены к каждому выходу.
  4. Обратите внимание на правила безопасности в отношении напряжения системы, если оно превышает опасные уровни (> 60 Vdc)

  5. Применяйте нужное сечение провода, который используется в подключении ИП к нагрузке.

  6. Избегайте слишком большого количества ИП (> 4) в SC соединении.

3. Заключение

Несмотря на широкое использование параллельного соединения ИП, рекомендуется избегать конфигурации PP. Вместо этого предпочтительно использовать соединение SC, что дает лучшую стабильность в использовании ИП.

Конфигурация PR полезна во многих критически важных приложениях, и мы настоятельно рекомендуем разработчикам именно это соединение. Рассмотрите этот вариант, используя адекватное соединение оценки потребляемой мощности и избыточности (посредством внутреннего ORing или внешнего резервирования).

Последовательное и параллельное соединение источников питания

Не раз и не два мне попадались предложения типа «давайте включим два стабилизатора напряжения параллельно, если не хватает выходного тока одного». В том числе и здесь: Тут — в авторском тексте о ПК Специалист (Spectrum) (в итоге — автор применил двухканальный импульсный источник питания). Тут — в комментариях И тут — в комментариях Да тысячи их: electronics.stackexchange.com/questions/261537/dc-dc-boost-converter-in-parallel forum.allaboutcircuits.com/threads/paralleling-lm317ts.16198 forum.arduino.cc/index.php?topic=65327.0 (обсуждение довольно показательное с точки зрения пренебрежения схемотехникой и энергосбережением мобильного робота). Вспомнив немного ТОЭ и воспользовавшись симулятором TINA-TI, покажем несбыточность малую обоснованность надежд на благоприятный исход этого чита.

Источник питания на примере гидравлики

Давайте рассмотрим водобашню, в которой есть автоматическая подача воды. То есть сколько бы мы не потребляли воды из башни, ее уровень воды будет неизменным.

Схематически это будет выглядеть вот так:

Башню с автоматической подачей воды можно считать источником питания. В химических же источниках питания происходит разряд, что ведет к тому, что уровень напряжения понижается при длительной работе. А что такое напряжение по аналогии с гидравликой? Это тот же самый уровень воды)

Давайте отпилим у водобашни верхнюю часть для наглядности. У нас получится цилиндр, который заполнен водой. Возьмем за точку отсчета уровень земли. Пусть он у нас будет равняться нулю.

Теперь вопрос на засыпку. В каком случае давление на дно будет больше? Когда в башне немного воды

либо когда башня полностью залита водой так, что даже вода выходит за ее края

Разумеется, когда башня наполнена только наполовину водой, на дне башни давление меньше, чем тогда, когда в башне воды под завязку.

Думаю, не надо объяснять, что если в башне вообще нет воды, то никакого давления на дне башни не будет.

По тому же самому принципу работает батарейка или аккумулятор

На электрических схемах ее обозначение выглядит примерно вот так:

Также, чтобы получить необходимое напряжение, одноэлементные источники питания соединяют последовательно. На схеме это выглядит вот так:

Любой аккумулятор или источник постоянного тока имеет два полюса: “плюс” и “минус”. Минус – это уровень земли, как в нашем примере с водобашней, а плюс – это напряжение, по аналогии с гидравликой это и будет тот самый уровень воды.

Вывод.

Если максимальный выходной ток стабилизатора напряжения не обеспечивает потребности питаемой схемы, то есть только два выхода — заменить стабилизатор на модель с бóльшим выходным током или использовать схемотехническую балансировку выходных токов нескольких стабилизаторов.
P.S. «Всякое лыко — в строку». Во время подготовки статьи на глаза попалась широко растиражированная в документации на стабилизатор типа 1117 схема переключателя «батарея — сеть» с параллельным включением их выходов. К ней есть вопросы о практической применимости, но тему статьи она подтверждает чуть более, чем полностью. Привожу фрагмент из документации , который снабжён текстовыми пояснениями:

The 50 Ohm resistor that is in series with the ground pin of the upper regulator level shifts its output 300 mV higher than the lower regulator. This keeps the lower regulator off until the input source is removed.

P.P.S. Дописал вывод. Точнее — скопировал его из синопсиса.

Synopsis: You can’t boost output current of weak voltage regulators by simple parallel connection. You must use tougest one or special schematic for properly current sharing.

Последовательное соединение источников питания

Теперь давайте представим вот такую ситуацию. Что будет, если в нашей обрезанной водобашне полной воды добавим еще одну такую же сверху полную воды? Схематически это будет выглядеть примерно вот так:

Как вы думаете, уменьшится давление на землю, или увеличится? Понятное дело, что увеличится! Да еще и ровно в два раза! Почему так произошло? Уровень воды стал выше, следовательно, давление на дно увеличилось.

Если “минус” одной батарейки соединить с “плюсом” другой батарейки, то их общее напряжение суммируется.

Полностью заряженная батарейка будет выглядеть как башня, полностью залитая водой с учетом того, что работает насос автоматической подачи воды. По аналогии, насос – это ЭДС.

Наполовину разряженная батарейка будет уже выглядеть примерно вот так:

Можно сказать, насос уже не справляется.

Батарейка посаженная в “ноль” будет выглядеть вот так:

Насос автоматической подачи воды сломался.

Естественно, что если вы соедините полностью заряженную и наполовину дохлую батарейку последовательно, то их общее напряжение будет выглядеть примерно вот так:

Давайте все это продемонстрируем на практике. Итак, у нас есть 2 литий-ионных аккумулятора. Я их пометил цифрами 1 и 2. С плюса каждого аккумулятора я вывел красный провод, а с минуса – черный.

Давайте замеряем напряжение аккумулятора под №1 с помощью мультиметра. Как это сделать, я еще писал в статье Как измерить ток и напряжение мультиметром.

На первом аккумуляторе у нас напряжение 3,66 Вольт. Это типичное значение литий-ионного аккумулятора.

Таким же способом замеряем напряжение на аккумуляторе №2

О, как совпало). Те же самые 3,66 Вольт.

Для того, чтобы соединить последовательно эти аккумуляторы, нам надо сделать что-то подобное:

Также как и в башнях, нам надо соединить основание одной башни с верхушкой другой башни. В источниках питания, типа аккумуляторов или батареек, нам надо соединить минус одной батарейки с плюсом другой. Так мы и сделаем. Соединяем плюс одной батарейки с минусом другой и получаем… сумму напряжений каждой батарейки! Как вы помните, на первой батарейке у нас было напряжение 3,66 В, на второй тоже 3,66 В. 3,66+3,6=7,32 В.

Мультиметр показывает 7,33 В. 0,01В спишем на погрешность измерений.

Это свойство прокатывает не только с двумя аккумуляторами, но также с их бесконечным множеством. Думаю, не стоит говорить, что если выставить в ряд штук 100 таких аккумуляторов, соединить последовательно и коснуться крайних полюсов голыми руками, то все это может завершиться даже летальным исходом.

Параллельное соединение источников питания

Но что будет, если источники питания соединить параллельно? Давайте же рассмотрим это с точки зрения той же самой гидравлики. Имеем те же самые башни, в которых воды до самых краев:

Нет, здесь мы не будет извращаться. Мы просто соединим наши башни у самого основания трубой:

Давление на дно у каждой башни изменится? Думаю, нет. Оно останется таким же, как в одной из башен. А что поменялось? Поменялся просто объем воды. Ее стало в 2 раза больше.

Но вы можете сказать, что в первом случае у нас тоже воды стало в 2 раза больше!

Да, все оно так, но здесь важное значение имеет именно то, что давление на дно башни изменилось и стало также в два раза больше. Если сделать врезку одинакового диаметра прямо у подножия водобашни, то в случае, когда водобашни стоят одна на другой сила потока воды будет в два раза быстрее, чем если бы мы делали точно такую же врезку на картинке, где мы соединяли водобашни трубой. Более подробно эту мысль я еще озвучивал в статье про Закон Ома.

Если всю эту мысль спроецировать на наши источники питания, то получается, что при последовательном соединении у нас суммировалась напряжение, а при параллельном должна суммироваться сила тока. Но это не значит, что нагрузка, которая кушала, к примеру, 1 Ампер, после того, как мы ее цепанем к двум параллельным источникам питания, будет кушать 2 Ампера. При параллельном соединении у нас напряжение остается таким же, а вот емкость батарей увеличивается. Но нагрузка все равно будет кушать тот же самый 1 Ампер, иначе бы все это противоречило закону Ома.

Настало время все это рассмотреть на реальном примере. Итак, замеры мы уже делали. Осталось соединить два источника питания параллельно, в нашем случае это аккумуляторы li-ion:

Как вы видите, напряжение не изменилось.

При параллельном соединении источников питания должно соблюдаться условие, что на них должно быть одинаковое напряжение.

Вот сами подумайте, что может произойти, если одна из башен будет пустая?

Думаю, нетрудно догадаться, что вода из одной башни будет перетекать в другую башню, пока их уровень не выровняется (закон сообщающихся сосудов), если у одной башни сломался насос и она пустая.

То же самое и с источниками питания. Нельзя соединять источники питания разных напряжений параллельно. Это чревато тем, что вы убьете здоровые аккумуляторы, а дохлые так и останутся дохлыми или чуток зарядятся. Если разница между напряжениями аккумулятора большая, то в такой цепи может течь бешеная сила тока, которая вызовет нагрев и даже возгорание аккумуляторов.

Нельзя соединять источники питания разных напряжений параллельно

Этот «ИЛИ» тот?

Казалось бы, «простое» решение дилеммы прямого подключения состоит в том, чтобы всего лишь использовать диод между каждым источником питания и общей точкой, объединяющей все источники. Такой метод (Рисунок 2) обычно называют диодным «ИЛИ». Диодное «ИЛИ» очень эффективно тогда, когда нужно исключить возможность протекания тока вне общей нагрузки, но, как правило, недостаточно для устранения ошибок распределения между источниками питания с независимыми усилителями ошибки, поскольку излом характеристики проводимости диода достаточно резок для того, чтобы параметрические различия в уставках по-прежнему оставались причиной значительного дисбаланса источников.

Рисунок 2.В принципе, выходы нескольких источников питания могут быть объединены с помощью диодов, изолирующих источники друг от друга, но при такой конфигурации возникает множество проблем, связанных с балансировкой и распределением токов.

Как правило, диодное «ИЛИ» требуется для работающих независимо источников питания, выходные токи которых могут быть как вытекающими, так и втекающими (работа в двух квадрантах). Эффект прямого параллельного соединения таких источников питания без использования диодов будет намного хуже, чем в случае одноквадрантных источников. В то время как одноквадрантные источники питания лишь теряют точность при подключении к общей нагрузке, двухквадрантные источники будут активно бороться за контроль над общим выходным напряжением. Это приведет к превышению токов, циркулирующих в группе источников питания, над током в нагрузке, и, возможно, станет причиной немедленной перегрузки одного или нескольких источников.

Кроме того, если диоды имеют отрицательный температурный коэффициент порога проводимости, они даже будут способствовать нарушению распределения токов в группе источников. Один из способов смягчения этой проблемы заключается в использовании выпрямителей с положительным температурным коэффициентом – на диодах Шоттки, или на полевых транзисторах, выполняющих функции диодов в схеме активного «ИЛИ», однако диоды могут снизить общий КПД за счет прямого падения напряжения, а активное «ИЛИ» может увеличить стоимость и сложность схемы.

В некоторых случаях диодное «ИЛИ» может способствовать повышению надежность на системном уровне. Особенно интересен случай, когда в одном из блоков питания происходит короткое замыкание выходного полевого транзистора или конденсатора, что может поставить под угрозу работу общей шины выходного напряжения. Диоды схемы «ИЛИ» быстро отсекут короткое замыкание от общей выходной шины и обеспечат устойчивость и надежность системы.

Последовательно-параллельное соединение источников питания

А кто вам мешает соединять аккумуляторы или батарейки сразу и последовательно и параллельно? Но разве так можно? Можно). На примере с водобашнями это может выглядеть вот так:

Здесь мы видим две башни, каждая из которых состоит их двух башенок, и эти две большие башни соединены с помощью трубы.

Очень часто последовательно-параллельное соединение используется в электротранспорте. Недавно я делал батарею для своего электровелосипеда из li-ion аккумуляторов 18650. Для моего электробайка требовалось напряжение в 36 Вольт. Итак, теперь включаем логику. Один аккумулятор выдает 3,6 Вольт. Чтобы получить 36 Вольт, мне надо соединить 10 аккумуляторов последовательно.

Чтобы было проще для понимания, я их нарисую не по ГОСТу:

Ура! Я получил 36 Вольт для своего электровелосипеда. Но вот проблема в том, что один такой аккумулятор может отдать в нагрузку силу тока 2800 миллиАмпер в течение 1 часа или 2,8 Ампер в течение 1 часа. Такой параметр указывается на аккумуляторах как mAh. Об этом я подробно писал в этой статье “Как измерить ток и напряжение мультиметром“.

То, что я все аккумуляторы соединил последовательно, не означает, что их емкость возросла в 10 раз. В 10 раз возросло только напряжение, так как я их соединил последовательно. То есть общая сумма получилась 36 Вольт и все те же самые 2800 mAh как и у одного аккумулятора.

Поэтому, чтобы увеличить емкость, я должен в параллель этой ветви соединить точно такую же ветвь из аккумуляторов, иначе мой электровелосипед не проедет и пару тройку километров. Я ведь хочу кататься весь день!

Сказано – сделано. Цепляем еще одну ветвь в 36 Вольт. Вы ведь не забыли правило, что при параллельном соединении у нас напряжение должно быть одинаково? В результате мы получаем что-то типа этого:

Итого, мы получили те же самые пресловутые 36 Вольт, но вот емкость увеличилась в два раза. 2800 mAh +2800 mAh = 5600 mAh. Ну вот, с такой батареей можно проехать уже чуть дальше. Но мне этого тоже показалось мало, поэтому я добавил еще 2 ветви. В результате моя самопальная батарея для электровелосипеда схематически, по идее, должна выглядеть вот так:

Кто здесь главный?

Чтобы надежно и предсказуемо функционировать в общей группе, источники питания, как правило, должны специально проектироваться для параллельной работы. Необходимы синхронизация при запуске, координация цепей защиты от неисправностей и стабильность контура обратной связи.

Для группы источников питания, соединенных параллельно с целью увеличения полезного тока нагрузки, требуется использование таких методов управления петлей обратной связи, которые учитывают совместную работу источников. Распространенной стратегией является включение источников питания без внутренних усилителей сигналов ошибки, когда вместо этого все источники объединяются в группу с общим входом управления, подключенным к одному усилителю ошибки. Этот усилитель регулирует выходное напряжение системы, а затем его сигнал обратной связи распределяется между всеми источниками питания в системе.

Основным преимуществом этой популярной стратегии управления является отличная стабилизация выходного напряжения. Кроме того, ошибки распределения уходят на второй план перед производственным разбросом коэффициентов усиления широтно-импульсных модуляторов преобразователей. С другой стороны, использование одного усилителя ошибки и однопроводной шины управления создает уязвимую для неисправностей точку, которая может стать источником проблем в некоторых высоконадежных системах. Кроме того, параметрические отклонения в модуляторе трудно контролировать, что вынуждает производителя к компромиссному решению в пользу управления распределением токов нагрузки.

В варианте с общей петлей регулирования ошибки распределения токов можно сделать минимальными, если жестко ограничить разброс параметров цепей управления источников. Во избежание перегрузки какого-либо источника в группе из-за больших ошибок распределения необходимо либо снизить расчетную нагрузку группы, либо использовать определенные меры противодействия. Для выравнивания ошибок распределения токов, обусловленных разбросом параметров цепей управления, может использоваться заводская регулировка для калибровки выходных ошибок (дорогостоящий метод), или добавление в каждый источник массива локального контура стабилизации тока (что увеличит сложность схемы и количество компонентов). Для измерения тока этих локальных петель, как правило, к источнику питания добавляют резистивный шунт.

Еще один проблемой, возникающей в случае группирования изолированных источников питания, имеющих собственные узлы управления с опорными уровнями на первичной стороне DC/DC преобразователя, является передача сигнала усилителя ошибки через изолирующий барьер между первичной и вторичной частями схемы. Использование изоляции часто увеличивает стоимость решения, отбирает существенную часть ценной площади печатной платы и, в зависимости от используемых для изоляции компонентов, может неблагоприятно влиять на надежность.

Вторая стратегия организации контура управления, позволяющая объединять источники в параллельные группы, основана на использовании сопротивлений силовых проводников в качестве балластных резисторов для метода, изображенного на Рисунке 1. При реализации технологии, называемой «droop-share» (распределенное снижение напряжения), каждый источник питания имеет свое опорное напряжение и интегрированный усилитель ошибки, но вслед за увеличением тока нагрузки опорное напряжение намеренно и линейно снижается на некоторую определенную величину.

Запараллеливание источников питания может оказывать негативное влияние на переходную характеристику и качество стабилизации выходного напряжения. В методе droop-share для распределения мощности между модулями в группе намеренно используется обратная характеристика регулирования. Из-за этого стабильность выходного напряжения группы droop-share, как правило, бывает хуже, чем у группы, созданной с одним традиционным усилителем ошибки. Если это нежелательно, для эффективной компенсации отрицательного наклона характеристики управления можно использовать внешний контур регулирования. Получающаяся погрешность статического регулирования идентична погрешности для случая традиционного усилителя ошибки, так как внешний контур сам по себе является интегратором ошибки.

Параллельное подключение источников питания для увеличения мощности без ухудшения рабочих характеристик


Алексей Телегин, ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies

Мы продолжаем знакомить читателей с материалами, посвященными базовым понятиям и подходам в использовании источников питания (ИП), современным решениям в данной области и уникальным функциям, помогающим решить самые сложные задачи, возникающие при тестировании. В этом номере ведущий раздела по системам электропитания объединенного блога Keysight Technologies в России Алексей Телегин обсуждает особенности параллельного подключения ИП.

Различные варианты подключения ИП помогают пользователю решать конкретные прикладные задачи. Известны схемы последовательного подключения ИП для получения большего напряжения, а также параллельного подключения — для получения большего тока (следует отметить, что схемы сопровождает список требований и мер предосторожности). Вопрос «Как получить больше мощности от источников питания?» не теряет своей актуальности.

Параллельное подключение нескольких источников питания для увеличения напряжения связано с определенными проблемами, поскольку между источниками всегда будет наблюдаться некоторый дисбаланс напряжений. Поэтому один блок является источником напряжения, а остальные блоки соединены параллельно и работают в режиме стабилизации тока. Для поддержания такого режима предел выходного напряжения всех источников питания, действующих в режиме стабилизации тока (СС), должен быть установлен на большее значение, чем в ведущем источнике питания, находящемся в режиме стабилизации напряжения (CV) (схема на рис. 1).


Рис. 1 Параллельное подключение источников питания для получения большей мощности

При сохранении высокого уровня нагрузки параллельно соединенные блоки работают в соответствующих режимах (в данном случае как минимум 2/3 нагрузки). Но что произойдет, если не удается поддерживать высокий уровень нагрузки? На самом деле при таком подходе можно работать и при меньших нагрузках. В этом случае необходимо установить одинаковый уровень напряжения на всех блоках. Теперь при полной нагрузке блоки будут работать по той же схеме (см. выше), а блок с самым низким значением напряжения — в режиме стабилизации напряжения. Однако при снятии нагрузки более низковольтные блоки перейдут в нестабилизированный режим работы, а блок с наибольшим напряжением будет сохранять общую выходную мощность в режиме стабилизации напряжения. Эта схема показана на рис. 2 для нагрузки в пределах 0–1/3.


Рис. 2. Состояния параллельно подключенных источников питания при малой нагрузке

В результате наблюдается небольшое ухудшение рабочих характеристик. Переход между предельными значениями наименьшего и наибольшего напряжения влияет на регулирование напряжения. Кроме того, поскольку разным блокам питания приходится переключаться между режимами стабилизации напряжения, стабилизации тока и нестабилизированным режимом работы, значительно страдают характеристики напряжения переходных процессов.

Усовершенствованная версия метода параллельного подключения заключается в создании схемы «ведущий-ведомый» с управляющими сигналами для распределения тока между блоками. В источниках питания Keysight серии N5700A и N8700A реализована схема управления, приведенная на рис. 3.


Рис. 3. Параллельное подключение N5700A (используется измерение по 2-проводной схеме)

При такой схеме подключения ведущий блок, работающий в режиме стабилизированного напряжения, выдает аналоговый выходной сигнал программирования по току ведомому блоку, действующему в режиме стабилизации тока. Соответственно, оба блока равномерно распределяют ток нагрузки в широком диапазоне.

Тем не менее схема из нескольких блоков, в которой только один блок работает в режиме стабилизации напряжения, не обеспечивает такой же хорошей динамической характеристики, как один источник напряжения большей мощности. В источниках питания производительной системы питания Keysight Advanced Power System (APS) серии N6900A/N7900A реализован уникальный инновационный подход, обеспечивающий безупречное функционирование параллельно подключенных блоков питания без ухудшения рабочих характеристик. На рис. 4 показана схема параллельного подключения блоков Keysight APS серии N6900A/N7900A.


Рис. 4. Параллельное подключение источников питания APS серии N6900A/N7900A

В схеме параллельного подключения источников питания APS серии N6900A/N7900A также используется аналоговый управляющий сигнал для приведения в действие механизма распределения тока. При этом в данной схеме отсутствуют ведущее и ведомые устройства. Все блоки находятся в режиме стабилизации напряжения при равномерном распределении тока. Это позволяет пользователю легко рассчитать размеры и параметры планируемой системы электропитания без необходимости учитывать возможное ухудшение рабочих характеристик.

Появились вопросы по источникам питания Keysight?

Компания «Диполь» является официальным премиум-партнером Keysight Technologies. Наши сотрудники – высококвалифицированные специалисты, имеющие более чем 25-летний опыт работы в области контрольно-измерительных систем и оборудования. Мы ответим на любые вопросы и подберем необходимые измерительные приборы для решения ваших задач.

Контакты для связи:
Телефон: +7 (812) 702-12-66
E-mail: [email protected]

Напряжение при параллельном соединении источников. Правила параллельного и последовательного подключения источников питания

Очень часто покупатели источников питания задают вопрос о возможности параллельного или последовательного подключения блоков. Такая возможность присутствует во всех моделях источников питания BVP Electronics. Рекомендуем Вам воспользоваться несколькими правилами при подключении двух и более источников питания. При параллельном подключении источников необходимо, чтобы все источники были с одинаковым номиналом выходного напряжения (например, 15В/100А и 15В/10А, на выходе будет 15В/110А). При последовательном подключении источников, необходимо, чтобы все источники были с одинаковым номиналом выходного тока (например, 30В/30А и 15В/30А, на выходе будет 45В/30А). Подключение источников с разными номиналами может привести к выходу из строя блоков.

1. Параллельное подключение источников питания (увеличение выходного тока)
  1. Разместите источники питания на рабочем месте, по возможности недалеко друг от друга, обеспечив удобство работы с источниками и условия естественной вентиляции.
  2. Соедините выходными шнурами минусовые клеммы источников и отдельно плюсовые (см. рис. 1). При этом рекомендуем воспользоваться предложенной таблицей при выборе сечения выходного шнура (табл. 1). Для получения гарантированных выходных параметров источников на удаленной нагрузке, необходимы соединительные выходные провода такого сечения, чтобы максимальный ток нагрузки создавал падение напряжения не более 0.5 — 1.0 В.
Рис. 1

Таблица 1.

  1. Включите источники питания без нагрузки (переместив тумблеры «ON/OFF» в положение «ON»).

Если плавно изменять сопротивление нагрузки от бесконечности до нуля, то рабочая точка (рис.2) сначала от оси напряжения (точка холостого хода) первого источника питания (как правило, большего по выходному напряжению) будет перемещаться вправо по горизонтальной линии режима «U1», а затем при достижении тока значения «А limit 1» произойдет переключение первого источника из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока (загорится красный светодиод) и подключение второго источника питания. Далее рабочая точка будет двигаться по оси напряжения «U2», и при достижении тока значения «А limit 2» произойдет переключение второго источника из режима стабилизации напряжения в стабилизацию тока, режим «I2» (загорится красный светодиод на втором источнике).

Далее по вертикальной линии «I2», рабочая точка будет опускаться вниз до оси тока. Точка касания оси тока соответствует короткому замыканию. При изменении сопротивления нагрузки в обратном направлении, переключение режимов произойдет, соответственно, в обратной последовательности.

Значение реального выходного тока «А out» будет равно сумме значений «А limit 1» и «А limit 2» и не будет зависеть от изменения нагрузки. От изменения нагрузки будет зависеть только выходное напряжение.


Рис. 2 . Вольтамперная характеристики при параллельном
подключении двух источников питания

Пример параллельного подключения двух источников питания BVP Electronics (45V/20A и 45V/20A)

Требуемая выходная мощность нагрузки — 1345 Ватт (42В*32А).


Рис. 3



Рис. 4 . Вольтамперная характеристики при параллельном подключении
двух источников питания BVP 45V 20A

2. Последовательное подключение источников питания (увеличение выходного напряжения)

Последовательное подключение источников питания производства BVP Electronics возможно, но с предварительной подготовкой. Источники питания BVP Electronics, как правило, заземлены по минусовой клемме. Поэтому перед последовательным соединением блоков необходимо отключить заземление источников. При этом, обязательно надо заземлить оборудование, которое они будут питать.

Для отключения заземления источников необходимо снять верхнюю крышку прибора (раскрутить четыре винта (в металлических блоках — расположенные по бокам корпуса, в пластмассовых — на ножках источника — рис. 5).



Рис. 5 . Расположение винтов на металлическом и пластмассовом корпусах
источников питания производства BVP Electronics

С левой стороны находится разъем заземления. Для отключения заземления источника необходимо переставить перемычки на средние выводы. На рисунке 6 представлены варианты заземления: по минусовой клемме, плюсовой и без заземления.


Рис. 6 . Расположение перемычки при заземлении/отключении
заземления источника питания

Закройте крышку корпуса прибора и закрутите винты. В источниках питания отключено заземление.

Многие спрашивают, а можно соединить источники питания без отключения заземления? Можно, если подключить источники в сетевую розетку или удлинитель без земли. Но при этом вы должны понимать, что при последовательном соединении источников корпус блоков будет находиться под напряжением. Следовательно, нельзя располагать источники питания непосредственно вблизи друг друга, чтобы они касались металлическими деталями или корпусами. В целях безопасности работать с такими источниками питания нужно очень аккуратно.


Для последовательного соединения источников питания необходимо
пользоваться следующими указаниями:
  1. Разместите источники питания на рабочем месте, по возможности недалеко друг от друга, обеспечив удобство работы с источниками и условия естественной вентиляции.
  2. Установите выключатели «ON/OFF», расположенные на передней панели источников в положение «OFF».
  3. Подключите сетевые шнуры питания к разъемам на задней панели корпусов и питающей сети.
  4. Соедините выходным шнуром плюсовую клемму первого источника питания с минусовой клеммой второго источника, и подключите минусовую клемму первого источника и плюсовую клемму второго выходными шнурами (см. рис. 7). При этом рекомендуем воспользоваться предложенной таблицей при выборе сечения выходного шнура (табл. 1). Для получения гарантированных выходных параметров источников на удаленной нагрузке, необходимы соединительные выходные провода такого сечения, чтобы максимальный ток нагрузки создавал падение напряжения не более 0.5 -1.0 В.


Рис. 7 . Последовательное соединение источников питания
(выходное напряжение 58В, выходной ток 3А)

  1. Включите питающее напряжение сетевыми выключателями «POWER», находящимися на задних панелях источников.
  2. Включите источник питания без нагрузки (переместив тумблер «ON/OFF» в положение «ON»).
  3. Установите регуляторами напряжения «Fine/Coarse» требуемое выходное напряжение, одинаковое на всех источниках.
  4. Переключателем «A limit/A out» выберите положение «A limit». Установите регуляторами тока «Fine/Coarse» максимальное или необходимое значение.
  5. Переключателем «A limit/A out» выберите положение «A out».
  6. Выключите источник (переместив тумблер «ON/OFF» в положение «OFF»).
  7. Соблюдая полярность, подключите нагрузку.
  8. Включите источник питания (переместив тумблер «ON/OFF» в положение «ON»).
  9. О работе источников с нагрузкой будут свидетельствовать зеленые светодиоды на передней панели источников, и показания протекающего тока в цепи нагрузки на цифровых индикаторах амперметров.

Если плавно изменять сопротивление нагрузки от бесконечности до нуля, то рабочая точка (рис.8) сначала от суммарной оси напряжения (точка холостого хода) первого и второго источника питания будет перемещаться вправо по горизонтальной линии режима «U1 + U2», а затем при достижении выходным током значения «А limit 2» (по меньшему значению установленного тока) произойдет переключение — из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока «I2» (загорится красный светодиод).


Рис. 8

Далее по вертикальной линии «I2», рабочая точка будет опускаться вниз до оси тока. При этом, при достижении горизонтальной оси напряжения «U1» произойдет переключение протекающего тока на значение «А limit 1». Точка касания оси тока соответствует короткому замыканию. При изменении сопротивления нагрузки в обратном направлении, переключение режимов произойдет, соответственно, в обратной последовательности.

Работать с последовательно или параллельно соединенными источниками питания в целях безопасности следует очень аккуратно. При эксплуатации источников без заземления большая вероятность выхода источников из строя.

Если у Вас возникли вопросы по работе с импульсными источниками питания, коллектив BVP Electronics поможет вам! Звоните, пишите, мы всегда Вам рады!

С уважением,
Коллектив BVP Electronics,
г. Киев, Украина
www.сайт

Комментарии к статье: 14

#3 Witch | 26.01.2011 10:24 |
День добрый. Правильно ли я понимаю, что при паралелльном подключении двух источников питания для увеличения максимального значения тока, на одном из них, или на обоих будет гореть красный индикатор?
Еще один вопрос — блоки питания у нас используются для зарядки аккумуляторов. Специфика алгоритма зарядки такова, что ток сначала растет, примерно на протяжении минуты, а потом зарядка продолжается в режиме минимальный ток — максимальный ток. То есть блок питания кидает между практически отсутствием нагрузки и максимальными 30 амперами. Нормально ли это для одиночного блока и будет ли это нормально для параллельной связки?
#4 Светлана, BVP Electronics | 27.01.2011 12:57 |
Правильно, если блоки питания работают в режиме стабилизации тока.
При увеличении нагрузки от нуля до максимума сперва один блок выйдет
на максимальный ток (в статье на рис. 2 вертикальная линия «Источник питания 1»), а после и второй, если максимальная нагрузка будет больше суммарных токов блоков питания. Как мы понимаем, зарядка аккумуляторов у Вас осуществляется не на прямую от блоков питания, а через дополнительное устройство, работающее по спец алгоритму. Для наших блоков питания, работающих как отдельно так и в связке, все равно работают ли они в холостую или под нагрузкой.
#9 Oleg | 20.02.2011 10:06 |
Один импульсный блок питания хорошо, а два — в два раза больше помех.
Народная радиолюбительская мудрость.

В параметрах и описаниях ваших источников нигде не идет речь о электромагнитной совместимости, а именно уровень излучений в электромагнитном спектре (диапазон средних волн, коротких и наверное уже актуально УКВ(FM)). В частности, в диапазоне коротких волн невозможно слушать радиостанции и работать в эфире из-за разнообразных импульсных преобразователей, блоков питаний и зарядных устройств. Приведите, пожалуйста пару — другую замеров излучений ваших источников хотя-бы на КВ!!! Рад буду, если опровергните «народную радиолюбительскую мудрость». Заранее спасибо. Олег.

#10 Светлана, BVP Electronics | 22.02.2011 12:49 |
Спасибо за интересный вопрос. Для того, чтобы на него ответить, мы
обратились к паспортам и инструкциям телевизоров, мониторов, компьютеров, СВЧ печи и т.д., то есть к аппаратуре, используемой в
качестве питания импульсный блок питания. Такого параметра, как
электромагнитная совместимость там нет. Обратились в сертификационный
центр, где нам сообщили, что измерить такой параметр очень сложно:
слишком дорога аппаратура для его измерения, да и не во всех центрах
она есть. Далее мы с трудом отыскали приемник, работающий на длинных,
средних и коротких волнах. К сожалению, найти волну с радиовещанием
нам не удалось в связи с присутствием слишком большого количества
городских помех. Удалось лишь сделать один вывод — ультра коротким
волнам (УКВ, ФМ) наши блоки питания не помеха. Возможно преимущества
использования в технике импульсных блоков питания (создание ноутбуков, СВЧ печей, энергосберегающих лампочек, плазменных и
жидкокристалических телевизоров) намного больше значат, чем потеря
качества радиовещания на длинных, средних, коротких радиоволнах. И
такой параметр, как электромагнитная совместимость не изучается.
Возможно приведенная Вами «радиолюбительская мудрость» будет храниться на полочке там, где хранится электродуговой приемник Попова, либо получит новую интерпретацию, типа: «раньше меряли дорогу саженями да аршинами, а теперь автомашинами».
Удачи Вам в радиолюбительстве и новых открытий!

В тех случаях, когда номинальное напряжение или номинальный ток и мощность источника электрической энергии оказываются недостаточными для питания приемников, вместо одного используют два или больше источников. Существуют два основных способа соединения источников: последовательное и параллельное.

Последовательное соединение (рис. 1.18) осуществляется обычно таким образом, чтобы ЭДС источников были направлены в одну сторону. Характерным для последовательного соединения является один и тот же ток I всех источников, на который каждый их них должен быть рассчитан.

По второму закону Кирхгофа

Соединяя источники последовательно, можно получить более высокое напряжение U на выходных выводах а и b, для чего и используется данный способ соединения.

Электрическая цепь рис. 1.18 может быть заменена цепью с эквивалентным генератором, имеющим параметры Еэ и r0э (рис. 1,19). Согласно методу эквивалентного генератора ЭДС Еэ при холостом ходе (r = ∞, I = 0) должна быть равна напряжению холостого хода, Еэ = Ux. Учитывая это, на основании второго закона Кирхгофа для цепи рис. 1.18 получим

При параллельном соединении источников (рис. 1.20) соединяются между собой положительные выводы всех источников, а также их отрицательные выводы. Характерным для параллельного соединения является одно и то же напряжение U на выводах всех источников. Для электрической цепи рис 1.20 можно написать следующие уравнения:

Как видно, при параллельном соединении источников ток и мощность внешней цепи равны соответственно сумме токов и мощностей источников. Параллельное соединение источников применяется в первую очередь тогда, когда номинальные ток и мощность одного источника недостаточны для питания приемников. На параллельную работу включают обычно источники с одинаковыми ЭДС, мощностями и внутренними сопротивлениями. Используя метод узлового напряжения, нетрудно показать, что в этом случае при отключенной внешней цепи токи источников будут равны нулю, а при подключенной внешней цепи они будут одинаковыми.

11. Собственная электронная и дырочная электропроводность

Полупроводники представляют собой вещества, которые по своей удельной электрической проводимости занимают среднее место между проводниками и диэлектриками.

Для полупроводников

характерен отрицательный температурный коэффициент электрического сопротивления. При возрастании температуры сопротивление полупроводников уменьшается, а не увеличивается, как у большинства твердых проводников. Кроме того, электрическое сопротивление полупроводников очень сильно зависит от количества примесей, а также от таких внешних воздействий, как свет, электрическое поле, ионизирующее излучение и др.

В полупроводниках существует электропроводность двух видов. Так же как и металлы, полупроводники обладают электронной электропроводностью, которая обусловлена перемещением электронов проводимости. При обычных рабочих температурах в полупроводниках всегда имеются электроны проводимости, которые очень слабо связаны с ядрами атомов и совершают беспорядочное тепловое движение между атомами кристаллической решетки. Эти электроны под действием разности потенциалов могут получить дополнительное движение в определенном направлении, которое и является электрическим током.

Полупроводники обладают также дырочной электропроводностью, которая не наблюдается в металлах. В полупроводниках кристаллическая решетка достаточно прочна. Ее ионы, т. е. атомы, лишенные одного электрона, не передвигаются, а остаются на своих местах.

Отсутствие электрона в атоме условно назвали дыркой.

Этим подчеркивают, что в атоме не хватает одного электрона, т. е. образовалось свободное место. Дырки ведут себя как элементарные положительные заряды.

При дырочной электропроводности в действительности тоже перемещаются электроны, но более ограниченно, чем при электронной электропроводности. Электроны переходят из данных атомов только в соседние. Результатом этого является перемещение положительных зарядов – дырок – в направлении, противоположном движению электронов.

Электроны и дырки, которые могут перемещаться и поэтому создавать электропроводность, называют подвижными носителями заряда

или просто носителями заряда.

Принято говорить, что под действием теплоты происходит генерация пар носителей заряда, т. е. возникают пары: электрон проводимости – дырка проводимости.

Вследствие того что электроны и дырки проводимости совершают хаотическое тепловое движение, обязательно происходит и процесс, обратный генерации пар носителей. Электроны проводимости снова занимают свободные места в валентной зоне, т. е. объединяются с дырками. Такое исчезновение пар носителей называется рекомбинацией носителей заряда.

Процессы генерации и рекомбинации пар носителей всегда происходят одновременно.

Полупроводник без примесей называют собственным полупроводником. Он обладает собственной электропроводностью, которая складывается из электронной и дырочной электропроводности. При этом, несмотря на то что количество электронов и дырок проводимости в собственном полупроводнике одинаково, электронная электропроводность преобладает, что объясняется большей подвижностью электронов по сравнению с подвижностью дырок.

Химические источники электрической энергии (гальванические элементы, аккумуляторы) для совместной работы можно соединять последовательно, параллельно или смешанно. Группа соединенных между собой тем или иным способом источников образует батарею. В батареи объединяют только однородные источники, имеющие одинаковые э.д.с. и внутренние сопротивления.

Последовательное соединение источников электрической энергии применяют в тех случаях, когда напряжение потребителя превышает эдс одного источника, а номинальный ток потребителя не превышает нормальный разрядный ток одного источника .

Чтобы соединить источники в батарею последовательно, нужно отрицательный полюс первого источника (Рис.14) соединить с положительным полюсом второго, отрицательный полюс второго – с положительным полюсом третьего и т.д. Внешнюю цепь подключают к положительному полюсу последнего, т.е. к оставшимся свободным полюсам батареи. В этом случае э.д.с. источников направлены в одну сторону.

Э.д.с. всей батареи при последовательном соединении источников равна их сумме:

E = E 1 + E 2 +…+ E k . (48)

С учетом того, что в батареи соединяют только однородные источники, имеем

где n – число источников, соединенных в батарею;

E k – э.д.с. одного из источников, включенных в батарею.

Внутреннее сопротивление батареи равно сумме внутренних сопротивлений отдельных источников:

r = r 1 + r 2 +…+r k , (50)

r = n·r к, (51)

где r к – внутреннее сопротивление одного из источников, включенных в батарею.

Емкость батареи при последовательном соединении однородных источников равна емкости одного источника . Следует заметить, что емкостью аккумулятора принято называть количество электричества, выраженное в ампер-часах (А·ч), которое может отдать в цепь полностью заряженный аккумулятор при разряде номинальным током до установленного конечного напряжения.

При последовательном соединении источников электрической энергии с одинаковыми внутренними сопротивлениями сила тока в цепи определится по формуле

, (52)

Число источников батарее, необходимых ля получения заданного напряжения U во внешней части цепи

Параллельное соединение источников электрической энергии применяют в тех случаях, когда ток потребителя больше номинального разрядного тока одного источника, а напряжение потребителя равно э.д.с. одного источника. Чтобы соединить источники электрической энергии в батарею параллельно, нужно их положительные полюсы объединить с один узел, а отрицательные – в другой.

При параллельном соединении э.д.с. батареи равна э.д.с. одного источника:

Внутреннее сопротивление батареи

уменьшается во столько раз, сколько источников с сопротивлением r к включено в нее.

Емкость батареи равно сумме емкостей параллельно соединенных источников.

В случае параллельного соединения источников электрической энергии с одинаковыми э.д.с. и внутренними сопротивлениями сила тока в цепи определится по формуле:

где R – сопротивление внешней цепи.

Число источников n батареи, необходимых для получения заданной силы тока во внешней цепи.

I Р – разрядный ток одного источника.

Смешанное соединение источников электрической энергии применяют в том случае, когда напряжение и ток потребителя больше напряжения и разрядного тока одного источника.

Ток в цепи определяют, разбивая источники на равные группы, в которых они соединены последовательно, а затем на ветви, где они между собой соединены параллельно:

где n Г – число источников, соединенных в одну группу;

m – число параллельных ветвей.

Число последовательно соединенных источников n Г в группе и число параллельных ветвей m находят по ранее приведенным формулам.

Пример. Две параллельные группы аккумуляторов, по три последовательно включенных аккумуляторов в каждой, работают на внешнюю цепь сопротивлением 3,55 Ома. Э.д.с. аккумуляторов 2 В, внутреннее сопротивление 0,003 Ома. Определить напряжение батареи, силу тока и мощность, отдаваемую батареей во внешнюю цепь.

Решение. Э.д.с. группы

Е Г = n Г E K = 3·2 = 6 B.

Э.д.с. всей батареи будет равна э.д.с. Е Г одной последовательно соединенной группы, то есть Е б = Е Г = 6 В.

Сила тока во внешней цепи

Напряжение во внешней цепи U = IR = 1,6·3,55≈5,7 В.

Мощность, отдаваемая во внешнюю цепь,

Р = UI = 5,7·1,6 = 9,12 Вт.

Контрольные вопросы и задания

1.Что такое электрический заряд и какова единица его измерения?

2.Как и в соответствии, с какими законами действуют электрические заряды между собой?

3.Что называют напряженностью электрического поля и как определить ее значение в точке пространства?

4.Что понимают под потенциалом электрического поля и в каких единицах его измеряют?

5.Что называют электрическим напряжением и э.д.с. и какой единицей его измеряют?

6.Что такое сила тока и какова единица его измерения? Что называют плотностью тока?

7.Что понимают под электрическим сопротивлением? Какая единица принята для его измерения?

8.Как определит сопротивление проводника, если известны его материал, длина и сечение?

9.Расскажите об электрической проводимости и единице его измерения.

10.Сформулируйте закон Ома для участка цепи и полной цепи.

11.Какова зависимость между электродвижущей силой и напряжением источника энергии?

12.От каких факторов зависит напряжение на зажимах генератора при неизменной его э.д.с.?

13.Объясните сущность режима холостого хода и короткого и замыкания источника.

14.Напишите формулу работы электрического тока. В каких единицах измеряется работа электрического тока?

15.Что называют электрической мощностью и какова единица его измерения?

16.Сформулруйте закон Джоуля-Ленца напишите его формулу.

17.Объясните, как выбирают сечение проводов по условиям нагрева.

18.Объясните порядок расчета сечений проводов по заданной потере напряжения.

19.Расскаэите о последовательном, параллельном и смешанном соединении сопротивлений и химических источников энергии.

20.Сформулируйте первый и второй законы Кирхгофа, изложите методы расчета электрических цепей с их применением.

Подключение источников питания параллельно или последовательно для увеличения выходной мощности

В некоторых приложениях использования одного источника питания может быть недостаточно для обеспечения мощности, необходимой для нагрузки. Причины использования нескольких источников питания могут включать избыточную работу для повышения надежности или увеличения выходной мощности. При обеспечении комбинированного питания необходимо следить за тем, чтобы все источники питания передавали его сбалансированным образом.

Источники питания, подключенные для резервирования

Резервные источники питания — это топология, в которой выходы нескольких источников питания соединены для повышения надежности системы, но не для увеличения выходной мощности.Резервные конфигурации обычно предназначены для получения выходного тока только от основных источников питания и для получения тока от резервных источников питания при отказе одного из основных источников питания. Поскольку отбор тока нагрузки создает нагрузку на компоненты в источнике питания, высокая надежность в системе достигается, когда ток не потребляется от резервных источников до тех пор, пока не возникнет проблема с одним из основных источников питания.

  • Источники питания A и B — аналогичные блоки; Vout и максимальный Iout одинаковые
  • Напряжение нагрузки равно напряжению питания
  • Максимальный ток нагрузки равен максимальному выходному току одного источника
  • Электронный переключатель подключает один из выходов питания к нагрузке

Источники питания с параллельно подключенными выходами

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

Эту топологию можно успешно реализовать, но есть много соображений для обеспечения эффективности конфигурации. Для параллельных конфигураций предпочтительны источники питания с внутренними цепями, поскольку внутренние цепи улучшают 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.

Основная проблема заключается в том, насколько равномерно ток нагрузки распределяется 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. Практически всегда при параллельном подключении используются одинаковые блоки питания из-за проблем, связанных с эффективной настройкой блоков питания. Однако можно настроить источники питания параллельно с согласованными выходными напряжениями и несовпадающими максимальными выходными токами.

Более подробное обсуждение параллельного подключения источников питания можно найти в нашем техническом документе Current Sharing with Power Supplies.

  • Источники питания A и B должны иметь одинаковый Vout; Максимум Iout может быть разным
  • Напряжение нагрузки равно напряжению питания
  • Максимальный ток нагрузки равен сумме максимального выходного тока обоих источников
  • Цепи контроля тока уравновешивают ток нагрузки между источниками питания

Источники питания с выходами, подключенными последовательно

Другой вариант увеличения мощности, подаваемой на нагрузку, — это соединение выходов 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 конфигурации или совместном использовании цепей, а также устойчивость к большому разнообразию конструкций приложений. Как упоминалось ранее, при параллельном подключении выходов источников питания каждый источник обеспечивает необходимое 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 последовательно включенных источников.

Следует отметить, что когда блоки питания сконфигурированы с последовательным подключением выходов, источники питания не обязательно должны иметь аналогичные выходные характеристики. Ток нагрузки будет ограничен наименьшим допустимым током нагрузки любого из источников в конфигурации, а напряжение нагрузки будет суммой выходных напряжений всех источников в цепочке.

Есть несколько ограничений, накладываемых на источники питания, когда они используются в конфигурации с последовательным выходом.Одним из ограничений является то, что выход источников питания должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать смещение напряжения из-за последовательной конфигурации. Это напряжение смещения обычно не является проблемой, но выходные напряжения источников питания с заземлением не могут быть суммированы на выходах других источников. Второе ограничение заключается в том, что выход источника питания может подвергаться обратному напряжению, если выход неактивен, когда активны остальные выходы в цепочке. 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, чем выходное напряжение отдельного источника питания, а номинальный ток диода должен быть больше, чем максимальный номинальный выходной ток любого источника питания в последовательной цепочке.

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

Сводка

Источники питания, подключенные параллельно:

  • Плохое использование мощности из-за допуска управления разделением тока между источниками
  • Требуется специальная цепь для управления разделением тока между источниками
  • Чувствительность к проектированию и изготовлению проводов, соединяющих источники питания параллельно
  • Проще всего сконструировать с похожими блоками питания

Источники питания, подключенные последовательно:

  • Эффективное использование мощности ограничено только точностью выходного напряжения каждого источника
  • Никаких цепей для управления распределением напряжения или тока между источниками питания не требуется
  • Отсутствие чувствительности к конструкции или конструкции проводников, соединяющих источники питания в серии
  • Простая конструкция с любой комбинацией источников питания

Хотя общий метод, используемый для увеличения мощности нагрузки, подаваемой от источников питания, заключается в параллельном подключении выходов, другое решение может заключаться в последовательном соединении 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, связанных с применением блоков питания.

Категории: Основы , Выбор продукта

Вам также может понравиться

У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.ком

батарей — Работа батареи 9 В параллельно с источником питания

батареи — Работа батареи 9 В параллельно с источником питания — Обмен электротехническими стеками
Сеть обмена стеком

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  2. 0
  3. +0
  6. Авторизоваться Подписаться

Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 1к раз

\ $ \ begingroup \ $

Я вставляю цепь с напряжением 9 В в электрогитару.Он будет питаться от источника питания 9 В через кабель, а также будет иметь резервную батарею на 9 В на борту гитары. Мне интересно, смогу ли я запустить блок питания и аккумулятор одновременно параллельно, чтобы достичь 3 основных целей:

  1. Несмотря на то, что в блоке питания есть фильтры, он должен быть максимально свободным от пульсаций, поскольку любая пульсация будет слышна как шум. аккумулятор поможет облегчить подачу питания? Это главная цель.

  2. Я надеюсь, что блок питания будет держать аккумулятор заряженным, так ли это?

  3. Я хочу упростить переключение и избежать переключения источников питания вручную.

Спасибо

Edit: по сути, я пытаюсь воспроизвести систему зарядки автомобиля, в которой генератор и аккумулятор работают параллельно — поплавок генератора заряжает аккумулятор, в то время как аккумулятор сглаживает любые скачки напряжения от генератора, и если вы отключите генератор, аккумулятор будет поддерживать работу системы.

Создан 11 июн.

\ $ \ endgroup \ $ 12 \ $ \ begingroup \ $

Хотя это не ответ на ваш конкретный вопрос, я должен ответить на более крупный вопрос: как я могу минимизировать шум в моей схеме? Ваш хороший пример xy-проблемы.Вам нужно сделать x, вы выбрали y как решение и хотите помочь в выполнении y. Что вам действительно нужно, так это обратиться к x.

И самый простой ответ, который я могу дать: попросите кого-нибудь, кто знает, как проектировать усилители (или что-то еще, что делает ваша схема), попробуйте починить ваш. В настоящее время просто нет веской причины, по которой пульсации источника питания проявляются на выходе.

В качестве альтернативного ответа: попросите кого-нибудь, кто знает что-нибудь о блоках питания, предоставить вам новый блок питания на 9 вольт.Один с незначительной рябью. Поверьте, это не сложно.

Сэс недостатки и достоинства: Плюсы и минусы солнечных электростанций

Технологии dsp в аккумуляторах что это: Аккумуляторы «TYUMEN BATTERY» | Автокомпоненты. Бизнес. Технологии. Сервис

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *