Gibt es eine konstante Stromversorgung?

Eine Spannungsquelle ist ein Gerät, das eine konstante Spannung erzeugt, jedoch Stromstärke und Leistung gemäß den Gesetzen der Elektrizität variieren kann. Eine Stromquelle ist ein Gerät, das konstanten Strom erzeugt, wodurch Spannung und Leistung variieren können.

Gibt es eine konstante Stromquelle - dh ein Gerät, dessen Ausgangsleistung sich niemals ändert? Unabhängig von der Art des Anschlusses werden Spannung und Stromstärke angepasst, um eine konstante Leistung zu gewährleisten. (Sein Verhalten wäre sowohl für offene als auch für unterbrochene Stromkreise undefiniert.)

Ja, es ist sehr einfach, eine Konstantstromversorgung aufzubauen.

Nehmen Sie zum Beispiel einen gewöhnlichen Hochsetzsteller.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Nehmen wir an, es arbeitet im diskontinuierlichen Modus und hat keine synchrone Gleichrichtung (dh nur eine Diode). Wenn der Schalter mit einem festen Arbeitszyklus (dh ohne Rückkopplung) betrieben wird, gibt er bei jedem Schließen eine feste Energiemenge an die Induktivität ab. Die Energiemenge hängt nur von der Eingangsspannung, der Induktivität und der Einschaltdauer ab. Diese Energie wird in die Last abgegeben, wenn der Schalter öffnet.

Konstante Energie pro Zyklus × konstante Anzahl von Zyklen pro Sekunde = konstante Energie pro Sekunde = konstante Leistung.

Unabhängig vom Widerstand der Last passen sich die Spannungs- und Strompegel an diesen Leistungswert an.

In Bezug auf die praktischen Grenzen wird der Strom durch den Widerstand der internen Komponenten (der Induktivität und der Diode) begrenzt, wenn der Ausgang dieser Versorgung kurzgeschlossen wird. Wenn der Ausgang offen gelassen wird, wird die Spannung durch die verteilte Kapazität der Komponenten begrenzt - der Induktor "klingelt" mit einer hohen Spannung bei der Eigenresonanzfrequenz.

Ja, aber genauer gesagt, diese Geräte werden als elektronische Lasten bezeichnet. Sie können so eingestellt werden, dass sie einen konstanten Strom oder eine konstante LEISTUNG von einem Netzteil beziehen. Sie eignen sich zum Testen der Stromversorgung, der Batterie und der Solarenergie.

Konstante Netzteile sind seltener anzutreffen, aber eine praktische Anwendung besteht darin, einen LCD-Bildschirm, der im Freien verwendet wird, kalt und warm genug zu halten, damit sich bewegende Bilder nicht verschmieren. Das Heizelement des LCD ist eine dünne Schicht aus durchscheinendem Material, das als Indium-Zinn-Oxid bezeichnet wird. Möglicherweise befindet sich ein dünner Draht im LCD-Bildschirm. In jedem Fall variiert der Widerstand des Heizgeräts erheblich mit der Temperatur. Wenn Sie die Heizung mit einem konstanten Strom oder einer konstanten Spannung versorgen, hängt die Leistung stark von der Umgebungstemperatur ab.

Wir möchten jedoch eine relativ konstante Leistung, daher wird eine konstante Stromversorgung verwendet.

Eine echte "Konstantstrom" -Versorgung würde einen unendlichen Strom in einen Kurzschluss umwandeln und eine unendliche Spannung über einem offenen Stromkreis erzeugen. In der Praxis wird jede Versorgung eine Grenze für die Spannung und den Strom haben, die sie unabhängig von der Ausgangsleistung erzeugt.

Zwischen diesen Grenzwerten verhalten sich viele Schaltnetzteile im 60-Watt-Bereich tatsächlich sehr ähnlich wie Konstantnetzteile, wenn der Strom so hoch ist, dass sie bei voller Spannung mehr Leistung abgeben müssten, als sie können, aber niedrig genug keine Strombegrenzungsschaltung auszulösen. Soweit ich weiß, ist es üblich, dass eine Familie von Netzteilen mit unterschiedlichen Spannungen den gleichen maximalen Strom aufweist und sich nur in der maximalen Spannung unterscheidet, die sie erzeugen. Wenn eine logarithmische Darstellung der Ausgangsspannungs-Strom-Kurven erstellt wird, teilen sich die Versorgungen in einer Familie die gleiche diagonale Linie für die Ausgangsleistung und die gleiche vertikale Linie für den maximalen Strom. Der einzige Unterschied ist die Höhe einer horizontalen Linie, die die maximale Spannung begrenzt.

Beachten Sie, dass Sie die Datenblätter eines Angebots überprüfen müssen, das Sie möglicherweise auf diese Weise verwenden möchten, um sicherzugehen, dass klar ist, welche Aspekte des Betriebs spezifiziert sind oder nicht.

Gibt es eine konstante Stromquelle

Ja, das ist möglich. Ich habe es tatsächlich vor vielen Jahren einmal als Demonstration gemacht. Spannung und Strom können direkt mit analoger Elektronik gemessen und gesteuert werden, sodass ein gutes Ansprechverhalten erzielt werden kann. Es gibt keine gute Möglichkeit, die Leistung direkt zu steuern oder zu messen.

Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom. Eine Möglichkeit besteht darin, diese beiden Werte zu messen und dann eine Multiplikation durchzuführen, um ein der Leistung proportionales Signal zu erhalten. Dies ist in der analogen Elektronik schwierig. Als ich dies vor langer Zeit tat, benutzte ich einen digitalen Prozessor, um die Leistung aus gemessener Spannung und gemessenem Strom zu berechnen und dann den Ausgang entsprechend hoch und runter zu drehen. Dies ist lange her und ich benutzte einen Desktop-Computer über eine IEEE-488-Schnittstelle, um die Elektronik zu steuern. Es wurden ungefähr 10 Schleifeniterationen pro Sekunde durchgeführt, was ausreichte, um zu demonstrieren, was ich demonstrieren wollte.

Heute werden Schaltnetzteile routinemäßig von kleinen eingebetteten Prozessoren gesteuert, die Spannung und manchmal Strom bei jedem Schaltimpuls messen. Digitale Multiplikationen können so kurz wie einzelne Zyklen sein, daher ist eine Leistungsregelung heutzutage viel praktikabler. Hierfür gibt es jedoch nur sehr wenig Verwendung. Ich habe ein paar Konstantspannungs-Schaltnetzteile und ein paar Konstantstrom-Schaltnetzteile entworfen, aber niemals ein Konstantstrom-Netzteil. Das liegt nicht daran, dass es heute nicht zumutbar war, sondern daran, dass ich nicht auf eine Verwendung gestoßen bin.

das heißt, ein Gerät, dessen Ausgabe sich nie ändert?

Dies ist eine unsinnige Frage. Was für eine Ausgabe ? Stromspannung? Aktuell? Leistung? Etwas anderes? Wir konstruieren hier, nicht mit der Hand winken.

Es scheint auch einige Verwirrung darüber zu geben, was ein Netzteil steuern kann und was nicht. Denken Sie auch an den einfachen Fall, in dem die Last (die an das Netzteil angeschlossen ist, das sich der Kontrolle des Netzteils entzieht) ein beliebiger Widerstand sein kann. Die Spannung, der Strom und der Widerstand hängen vom Ohmschen Gesetz ab:

    Strom = Spannung / Widerstand

oder in gemeinsamen Einheiten:

    A = V / Ω

Beachten Sie, dass es in dieser Beziehung nur zwei Freiheitsgrade gibt. Wenn Sie zwei definieren, bleibt für den dritten keine Wahl mehr. Da die Last immer einen Freiheitsgrad hat, hat das Netzteil auch nur einen Freiheitsgrad.

Sie können dies auf verschiedene Arten neu anordnen. Bei einer Konstantspannungsversorgung wählt die Versorgung die Spannung, die Last den Widerstand und der Strom fließt zu dem, wozu er kommt. Oder die Last wählt den Strom und der scheinbare Widerstand, der von der Versorgung gesehen wird, stimmt mit dem überein, zu dem er geführt wird.

Leistung ist Spannung mal Strom. Mit diesem und Ohmschen Gesetz erhalten Sie:

    Leistung = Spannung ² / Widerstand

Wieder nur zwei Freiheitsgrade. Wenn das Netzteil die Leistung regelt und die Last den Widerstand wählt, kommt die Spannung auf das heraus, woran sie herauskommt.

Sie können grundlegende Physik nicht betrügen.

Eine Spannungsquelle ist einfach genug, es sei denn, Sie denken an Kurzschlüsse - es wird unendlich viel Strom verbraucht, und aus diesem Grund gibt es keine Spannungsquellen im engeren Sinne.

Stromquellen haben das gleiche Problem bei einem offenen Stromkreis - wie kann Strom in den Weltraum gepumpt werden, ohne dass die Stromquelle unendliche Spannungen ausübt, um einen konstanten Strom zu erzwingen.

Stromquellen werden aus Spannungs- und Stromquellen konstruiert und können auf dem Papier vorliegen, entsprechen aber ebenso wie echte Strom- und Spannungsquellen nicht den theoretischen Erwartungen.

Ein Sperrspannungswandler mit fester Oszillationsfrequenz und festem Tastverhältnis erzeugt eine konstante Leistung, solange sich die Last nicht zu schnell ändert.

Wenn sich die Last im Laufe der Zeit ändert, verhindert der Ausgangsfilter, dass der Umrichter die zugeführte Leistung schnell anpasst, was in Ihrem Fall möglicherweise ein Problem darstellt oder nicht.

Es gibt im Handel erhältliche Netzteile, die einen konstanten Leistungsmodus haben. Ein Beispiel ist die Sorensen SG-Serie.

Es gibt eine andere Möglichkeit, eine annähernd konstante Stromquelle zu erzeugen, die nützlich ist, wenn sich Ihre Last mit der Temperatur ändert. Wenn Sie einen Vorwiderstand mit demselben Wert wie die Last einsetzen, gleicht sich die Leistung aus. Eine Sichtweise ist, dass die Last bei einem Vorwiderstand von Null mit einer konstanten Spannung betrieben wird. Ist der Vorwiderstand unendlich, wird die Last mit konstantem Strom betrieben. dP / dR = 0, wenn Rs = Rl. Dies ist natürlich keine umweltfreundliche Methode. Roger Williamson

Eine andere Verwendung für eine Konstantstromquelle mit geringer Leistung könnte das Messen des Gasflusses mit einem einzelnen Nichromdraht sein. Schieben Sie konstante Leistung durch den Draht; Eine konstante Wärmemenge wird erzeugt, der Draht erwärmt sich und der Drahtwiderstand steigt an. Sie können den Drahtwiderstand aus Spannung / Strom berechnen und so die Drahttemperatur ermitteln. In ruhendem Gas kann der Temperaturgewinn über Umgebungstemperatur so bestimmt werden.

Das am Draht vorbeiströmende Gas entzieht dem Draht Wärme mit einer höheren Geschwindigkeit als bei Geschwindigkeit Null, und der Wärmeverlust ist proportional zur Gasgeschwindigkeit.

Praktische Konstant-VA-Netzteile. Was ist mit High-End-Schweißern? Typische Schweißer sind entweder Konstante I (Stab) oder Konstante V (Mig). Mit High-End-Schweißgeräten können Sie die VA-Neigung einstellen. Sie sind nicht perfekt, ermöglichen jedoch einen Einstellbereich zwischen konstantem I und konstantem V. Bei einer negativen VA-Neigung ist die Leistungsaufnahme für das Schweißbad unabhängig von der Lichtbogenlänge konstant, und der Bediener muss nur die Schweißgeschwindigkeit steuern - was seine Arbeit macht einfacher.