是否有恒定电源?

电器工程 电源 力量 恒功率
2022-01-12 11:19:17

电压源是一种产生恒定电压但允许电流强度和功率根据电力定律变化的设备。电流源是一种产生恒定电流,允许电压和功率变化的设备。

是否有恒定的电源——即输出功率从不变化的设备?无论它连接到什么性质,它的电压和安培数都会被调整以提供恒定的功率。(对于开路和断路,它的行为都是未定义的。)

4个回答

是的,构建恒功率电源非常容易。

以一个普通的开关模式升压转换器为例。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

让我们假设它在不连续模式下运行并且没有同步整流(即,只有一个二极管)。如果开关以固定占空比工作(即无反馈),则每次闭合时都会将固定量的能量放入电感器中。能量的大小仅取决于输入电压、电感和导通时间。当开关打开时,能量会被倾倒到负载中。

每周期恒定能量 × 每秒恒定周期数 = 每秒恒定能量 = 恒定功率。

无论负载的电阻如何,电压和电流水平都会自行调整以匹配该功率值。

在实际限制方面,如果此电源的输出短路,则电流将受到内部元件(电感器和二极管)的电阻限制。如果输出保持开路,电压将受到组件分布电容的限制——电感器将在自谐振频率下以一些高压“振铃”。

真正的“恒功率”电源会在短路中输出无限电流,并在开路时产生无限电压;实际上,无论输出功率如何,任何电源都会对其产生的电压和电流有限制。

在这些限制之间,当电流足够高时,许多 60 瓦范围内的开关电源实际上会表现得非常像恒定电源不触发限流电路。据我所知,不同电压的一系列电源通常具有相同的最大电流,并且仅在它们将产生的最大电压上有所不同。如果绘制输出电压-电流曲线的对数图,则一个系列中的电源将共享同一条对角线作为输出功率,并将共享同一条垂直线作为最大电流;唯一的区别是限制最大电压的水平线的高度。

请注意,必须检查可能希望以这种方式使用的任何电源的数据表,以确保清楚了解哪些操作方面已指定或未指定。

是的,但更实际的是,这些设备称为电子负载。它们可以设置为从电源汲取恒定电流或恒定功率。它们可用于电源测试、电池测试和太阳能测试。

恒定电源不太常见,但一种实际应用是让在室外使用的 LCD 在寒冷中保持足够温暖,以使运动图像不会模糊。LCD 的加热元件是一种称为氧化铟锡的半透明材料薄片。或者液晶屏中可能有细线。在任何一种情况下,加热器的电阻都会随温度发生很大变化。如果您为加热器提供恒定电流或恒定电压,则功率将是环境温度的强函数。

但是,我们希望具有相对恒定的功率,因此使用恒定电源。

是否有恒定的电源

是的,这是可以做到的。实际上,我在很多年前就做过一次作为演示。电压和电流可以直接测量并用模拟电子直接控制,因此响应可以很好。没有直接控制功率的好方法,也没有测量功率的好方法。

功率是电压和电流的乘积,因此一种方法是测量这两者,然后进行乘法运算以获得与功率成正比的信号。这在模拟电子学中是困难的。当我很久以前这样做时,我使用数字处理器根据测量的电压和电流计算功率,然后相应地上下调整输出。这是很久以前的事了,我使用台式计算机通过 IEEE-488 接口来控制电子设备。它每秒进行大约 10 次循环迭代,这足以展示我想要展示的内容。

今天,开关电源通常由小型嵌入式处理器控制,这些处理器测量电压,有时测量每个开关脉冲的电流。数字乘法可以短至单个周期,因此今天进行闭环功率控制更加可行。但是,这几乎没有什么用处。我设计了一堆恒压开关电源和几个恒流开关电源,但从来没有设计过恒压电源。那不是因为它今天不能合理地完成,而是因为我还没有遇到过使用它。

也就是说,输出永远不变的设备?

这是一个荒谬的问题。什么输出电压?当前的?力量?还有什么?我们在这里做工程,而不是挥手。

关于电源可以控制和不能控制的内容似乎也存在一些混淆。即使是简单的情况,负载(连接到电源不受电源控制的负载)也可以是任何电阻器。电压、电流和电阻符合欧姆定律:

    电流 = 电压 / 电阻

或在通用单位中:

    A = V / Ω

注意这种关系中只有两个自由度。如果您定义任何两个,则对第三个没有选择。由于负载总是得到一个自由度,电源也只有一个自由度。

您可以通过各种方式重新排列。对于恒压电源,电源选择电压,负载选择电阻,电流输出到它输出的值。或者,负载选择电流,并且电源看到的表观电阻得出它的结果。

功率是电压乘以电流。有了这个和欧姆定律,你可以得到:

    功率 = 电压2 / 电阻

同样,只有两个自由度。如果电源调节功率并且负载选择电阻,则电压输出到它输出的值。

你不能欺骗基础物理。