当连接到负载时,电池电压实际上会变低,还是只是看起来如此?

电器工程 电压 电池
2022-01-23 16:24:15

对不起,如果我奇怪地措辞这个问题。我使用的是 3.7V 电池,如果我的电池电压太低,我的微控制器会监控电压并进入睡眠状态。问题是,如果我断开它并用万用表检查,它读取的电压低于电池显示的电压。例如,当我的万用表读取断开的电池为 3.8V 时,我的微控制器将读取 3.65V。我的微控制器是否错误地读取了电压,或者我应该将微控制器读取的负载电压视为实际电压?

4个回答

是的,它确实变低了。

您看到的效果称为内阻

作为线性电路的实际电源可以表示为与阻抗串联的理想电压源。该阻抗称为源的内部电阻。

简而言之,电池不是理想的电压源。典型的电池(即非理想电压源)将如下所示:

带阻性负载的非理想电压源

您正在测量的是端子 A 和 B 之间的电压。根据欧姆定律:

$$ U_{AB} = E * \frac{R}{R+r} $$

  • 当没有电路时,你可以想象你的电压表的内部串联电阻\$ R_{volt} \$扮演\$ R \$的角色。然而,\$ R_{volt} \$与\$ r \$(通常是几分之一欧姆)相比通常非常大(几十或几百兆欧) ,以至于\$ \frac{R_{volt}}{R_{volt }+r} \$趋于 1,因此测得的开路电压趋于电池的内部(真实)电压\$ E \$

  • 当有一个等效串联电阻为\$ R \$的闭合电路时,根据上式,可以看到测得的电压\$ U_{AB} \$与\$ R \$成正比下降.

因此,电压降真实的——测得的电压就是你的负载得到的电压。它从电池中汲取的电流越多,它获得的电压就越低。

当电池打开时,您正在测量开路电池电压。当电池在系统中时,它是负载下的闭合电池电压。您在电池的内部阻抗上降低了一些电压,因为在进行测量时您的系统正在汲取电流(因此在端子处电压确实较低)。所以测量 MCU 和万用表都是正确的,区别在于万用表的负载 >1Mohm,而 MCU 的负载要低得多(因为可能至少消耗 mAs 的功率)。

可能还有另一种影响。电池确实表现出恢复现象,如果在空载的情况下打开电池,一些电压将在一段时间后恢复。

每个电池都有一定的输出电阻。如果电流流过电阻会发生什么?是的,电压下降!因此,从电池中汲取的电流越多,输出电压就越低。

这适用于所有电源

事实上,电池在加载时会降低电压。 其他一切也是如此

罪魁祸首是欧姆定律,E=IR,其中任何导体上的电压都与其汲取的安培数成正比。

电池的下垂部分是化学的,但部分只是其内部组件的欧姆定律电阻。

假设您有一个带有 4 个并行视频卡的疯狂游戏装备,该组合在游戏时拉动 1000 瓦。但它只是坐在 Windows 主屏幕上,只消耗 100 瓦。电源线承载 20A@5V,并下降 0.01 伏,因此卡得到 4.99 伏。(电线是 2000 西门子 == 1/2000 欧姆。)

在这种轻负载下,交流电源效率低且功率因数差,因此它从 120V 电​​源中抽取 240VA 或 2 安培。回到面板的分支电路接线下降了 0.4 伏。电导是 5 Siemens == 1/5 ohm。

现在你启动你最苛刻的游戏。在 5V 时拉出 200A,仅 PC 接线内部的电阻损耗就跃升至 0.1 伏。所以这些卡得到 4.90 伏。那是一滴。

同时,电源从交流电源中汲取 10A (1200VA) 电流。可以预见,接线电压降会增加到 2.0 伏,因此电源电压为 118V。开关电源很可能会拉出更多电流以进行补偿,否则其输出电压也会下降。

在安全接地上没有电流被吸收,所以它没有下降。从地面测量,中性线为 1 伏,热线为 119 伏。我们可以用它来确认正确的接线。就像扭矩扳手上的指针杆一样,它不会弯曲。

当然,类似的下降一直发生在发电厂。在那里,增加的负载(以安培为单位)会使电压下降,因为发电机的内部电阻,也因为涡轮马力。VA=W。如果 A 增加超过规格,V 必须按比例减小,以便 W 可以保持在涡轮机的能力范围内。让涡轮机陷入困境并减速不是一种选择,因为它是交流电源并且必须保持同步。