Что означает ac dc на блоке питания
Обновлено: 07.07.2024
Эта статья о преобразователях напряжения, без которых редко обходится какой-либо современный прибор.
Сначала о терминологии: dc (direct current) - постоянный ток, ас (alternating current) - переменный ток. Теперь понятны обозначения в заголовке. Это различные типы преобразователей: ac/dc - переменный ток - в постоянный, dc/dc - постоянный в постоянный (но с другим напряжением), dc/ac - постоянный ток в переменный. Как правило, с изменением вида тока меняется и его напряжение.
Начнем по порядку:
ac/dc преобразователи напряжения используются в импульсных блоках питания. Вот пример простейшего.
Переменное напряжение из сети через резистор R1, ограничивающем ток зарядки конденсатора С1 в момент включения, поступает на выпрямительный мост. Конденсатор С! сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. На транзисторе собран блокинг генератор с ПОС через базовую обмотку трансформатора. Диод D5 ограничивает импульсы на базе транзистора. Частота импульсов определяется временем зарядки и разрядки конденсатора С3 через R4. Резистор R2 определяет начальный ток транзистора, а цепочка С2 R3 ограничивает энергию, запасаемою в коллекторной катушке трансформатора. К вторичной обмотке подключен конденсатор С4 (керамический, емкостью несколько нанофарад - зависит от частоты), который сглаживает выбросы импульсов и снижает наводки. Затем импульсы через диод D6 заряжают конденсатор С5 большой емкости. Такой простой преобразователь не блещет надежностью и стабильностью напряжения на выходе. Все можно существенно улучшить, если ввести ООС.
Здесь напряжение ООС снимается с конденсаторов С5, С6 и подается на базу Т2 через стабилитрон D9. Как только напряжение на выходе превысит напряжение стабилизации стабилитрона, через него начинает течь ток и транзистор Т2 открывается и шунтирует базовую цепь Т1. Все бы хорошо в этой схеме, но вторичная обмотка соединена с высоковольтной частью. Поэтому вместо транзистора Т2 используют оптопару светодиод-фототранзистор, что позволяет изолировать выход блока питания от соединения с высоковольтной частью схемы.
Конечно, можно преобразовывать не только сетевое напряжение, но любое переменное. Смысл же использования ИБП в том, что трансформатор имеет во много раз меньшую массу, так как частота импульсов составляет 50-100 кГц, а иногда и 1 МГц.
Dc/dc - преобразователи напряжения призваны изменить напряжение постоянного тока. Кажется что же здесь сложного: поставь стабилизатор напряжения - и готово. Но так можно только понизить напряжение, да и то с весьма низким КПД, а вот повысить простым способом постоянное напряжение невозможно. Но выход есть. Нужно превратить постоянное напряжение в переменное - а там все просто: трансформатор и выпрямитель.
Простейший dc/dc преобразователь на одном транзисторе я описывал в предыдущей статье о блокинг-генератора.
Основой преобразователя является несимметричный мультивибратор на транзисторах разной проводимости. Достоинство несимметричного мультивибратора - малое количество деталей. Частота определяется конденсатором С1 и R3. Нагрузкой является дроссель L1, в котором возникает ЭДС самоиндукции, превышающее по своему значению напряжение питания и заряжающее через диод VD1 электролитический конденсатор. Величину выходного напряжения определяет стабилитрон VD2.
Рис. 4. Схемы понижающих преобразователей на МС34063. Рис. 4. Схемы понижающих преобразователей на МС34063.Обратите внимание на диапазон входных напряжений: от 8 до 38 В при выходном 5 В. А стоимость ее вообще смешная - 21р за 10 шт.
АС, DC – это устоявшиеся термины, буквально означающие: переменный ток, постоянный ток (англ.: alternating current, direct current). Термин применяют как для обозначения характера тока, так и для обозначения режима работы устройства, соответственно, поддерживающего режим работы по переменному и постоянному току.
Иногда с аббревиатурой DC связывают постоянную составляющую сигнала, а с AC – переменную.
Обозначения DC+AC, AC+DC или AC/DC в технической литературе – это совсем не название известной рок-группы :), а обозначение, буквально означающее: постоянный и переменный ток.
Заметим, что термин переменный ток традиционно относят не к величине тока, а к направлению тока. Например, пульсирующий ток одного направления обычно называют постоянным током (DC), а не переменным (АС), поскольку этот ток не меняет направления. Хотя, если в этом примере рассматривать по отдельности составляющие тока, то, безусловно, он состоит из постоянной (DC) и переменной (AC) составляющих.
По аналогии эти термины применяют и к напряжению переменного тока и напряжению постоянного тока, поскольку, как известно из ТОЭ, напряжения без тока не существует.
В условных графических обозначениях символами постоянного и переменного тока являются значки – ,
, которые означают то же cамое, что и DC, AC.
Если оцифрованную DC-составляющую сигнала вычисляют простым усреднением за выбранный промежуток времени, то AC - составляющую вычисляют как среднеквадратическое значение сигнала (RMS) за вычетом DC-составляющей за выбранный промежуток времени.
| Перейти к другим терминам | Cтатья создана: | 13.01.2015 |
| О разделе "Терминология" | Последняя редакция: | 23.07.2019 |
Эти общеизвестные термины широко применяются в эксплуатационной документации при описании технических характеристик систем сбора данных, например, следующих семейств, производимых OOO “Л Кард”:
Создание напряжения постоянного тока от источника переменного тока означает, что вам придется выпрямить напряжение переменного тока, чтобы получить постоянное. Одно отличие по сравнению с DC-DC преобразователем состоит в том, что вы можете использовать линейный источник питания с переменным напряжением. Это означает, что вы можете воспользоваться трансформатором, чтобы уменьшить или увеличить напряжение переменного тока, а затем подать его на выпрямитель. Ближе всего к линейному источнику постоянного тока может быть двигатель постоянного тока, приводящий в действие генератор постоянного тока, что не очень эффективно.
Линейный источник переменного и постоянного тока все еще имеет место в лабораторных источниках и высококачественном звуке, но в большинстве современных преобразователей энергии используются импульсные регуляторы напряжения, а не линейные. В этом приложении вы будете выпрямлять входящее переменное напряжение для создания шины постоянного тока. Если у вас есть шина постоянного тока, вы можете использовать любую из архитектур преобразования постоянного тока в постоянный ток (DC-DC преобразование), чтобы получить конечное выходное напряжение или напряжения, которые вам нужны.
Проблема с выпрямлением напряжения
Несмотря на концептуальную простоту, выпрямление входящего переменного тока добавляет массу проблем вашему источнику питания. Большая часть выпрямителей выполняется на обычных диодах. Эти диоды будут создавать пульсации при переключении в процессе работы, что создает высшие гармоники в сети переменного тока. У них также будет прямое падение напряжения (хотя оно небольшое), которое рассеивает энергию на тепло.
У выпрямления переменного тока есть другие проблемы, такие как импульсный ток, который возникает в процессе выпрямления (рисунок ниже). Он отличается от пускового тока, который есть у источников постоянного тока, когда вы впервые подаете на них питание. Импульсы тока возникают из-за того, что выпрямительные диоды могут работать только тогда, когда входное переменное напряжение больше, чем напряжение постоянного тока. Это означает, что имеется короткий всплеск тока только на пиках переменного напряжения, что приводит к снижению коэффициента мощности источника переменного тока. Коэффициент мощности является своего рода мерилом согласованности напряжения и тока, подаваемого линией переменного тока.
Улучшение коэффициента мощности
Несмотря на то, что низкий коэффициент мощности не увеличит стоимость электроэнергии для вас (если ваше устройство не работает на промышленном предприятии), но это увеличит реактивную мощность в сети. Во многих странах разработаны стандарты, в соответствии с которыми для автономного источника переменного тока требуется коррекция коэффициента мощности (PFC). Допустимое значение коэффициента мощности (cos φ) гарантирует, что входной ток источника питания является синусоидой, которая совпадает по фазе с входным напряжением.
PFC добавляет еще один импульсный регулятор к вашему источнику переменного тока. Внешний интерфейс PFC обычно является повышающим преобразователем (рисунок ниже). Поскольку входное переменное напряжение повышается до более высокого напряжения, возможно, до 350 В постоянного тока, преобразователь может получать ток от линии переменного тока практически в любое время сигнала. Микросхема управления основана на широтно-импульсной модуляции (ШИМ) транзисторов повышающего преобразователя, чтобы ток, взятый из линии переменного тока, был прямо пропорционален напряжению. Он не может потреблять ток на переходах через ноль, поэтому коэффициент мощности не может быть идеальным. Тем не менее, можно получить выше 0,9, что решает основную проблему.
Помимо необходимости выпрямления в источнике переменного тока, существуют различия в способе выпрямления из-за различий в средних значениях напряжений переменного тока в различных странах мира. Во всем мире напряжение сети переменного тока может варьироваться от 100 В в Японии до 240 В в Европе. В старых линейных источниках питания пользователь мог переключить переключатель, чтобы изменить обмотку на входном трансформаторе. Это позволяло адаптироваться к различным напряжениям сети. При включении питания коммутатор может изменить первичную обмотку, следовательно, вы используете полный диодный мост с высоким напряжением и полумост с более низким напряжением (рисунок ниже). Это позволяет шине постоянного тока, которую вы запитываете, быть ближе к номинальному значению постоянного тока, даже если напряжение на входе переменного тока уменьшилось вдвое.
С ростом доступности транзисторов MOSFET из карбида кремния (SiC), многие внешние интерфейсы PFC используют каскадное выпрямление (рисунки ниже). Карбид кремния имеет незначительное время обратного восстановления, поэтому в выпрямлении нет задержек, связанных с открытием/закрытием P-N перехода. Два SiC транзистора стоят больше двух диодов, но выигрыш в эффективности может стоить того. Как только транзисторы MOSFET выпрямят переменный ток, сохраняя при этом коэффициент мощности, у вас будет высоковольтная шина постоянного тока, с которой вы можете использовать любую из архитектур DC-DC преобразователя для получения конечного выходного напряжения. Вы также можете использовать этап DC-DC для создания границы изоляции, если это необходимо.
Схема PFC с тотемным полюсом работает как повышающий преобразователь. При положительном потенциале, указанном на рисунках «плюс» и «минус» на источнике ЭДС, ток накапливается в катушке индуктивности, когда S2 замкнут (a), а затем поступает в нагрузку через S1 (b). SD2 может быть диодом, но SiC-транзистор повышает эффективность преобразователя
Когда полярность источника переменного ЭДС становится отрицательной в цепи PFC с тотемным полюсом, транзисторы направляют ток в индукторе в обратном направлении (а). Когда S1 открывается и S2 закрывается, он посылает ток в нагрузку (b). SD1 может быть диодом, но SiC-транзистор повышает эффективность.
Изобилие стандартов
Основное различие между источниками AC-DC и DC-DC заключается в том, что источники AC-DC должны соответствовать гораздо более строгим нормативным стандартам. Оба источника имеют стандарты FCC и CE для электромагнитных помех, но более высокое рабочее напряжение источников AC-DC требует изготавливать их соответствующими стандартам пожарной и электробезопасности. Поскольку большинство источников AC-DC изолированы от напряжения источника (имеют потенциальную развязку), для этого также требуются списки UL, CSA и CE.
Если вы делаете медицинское устройство, вам может потребоваться еще более строгий дизайн. В то время как изоляция в обычном источнике питания может быть только на проводах согласующего трансформатор, медицинские трансформаторы устанавливают обмотки на совершенно отдельные катушки (рисунок ниже). Таким образом, полностью исключается возможность пробоя между первичной и вторичной обмотками, результатом чего может стать короткое замыкание, которое может убить пациента.
Стандарты, применимые к вашему AC-DC преобразователю, зависят от приложения. Существуют различные стандарты для информационных, медицинских и телекоммуникационных продуктов. Существуют также различные правила для класса I, где вилка имеет заземляющий контакт, и класса II, часто называемого «двойной изоляцией», где источник питания не подключен к заземлению. Кроме того, существует ограниченный класс источника питания (LPS) с “ослабленными” безопасными характеристиками из-за ограниченного характера его доступности энергии. Свод правил настолько сложен, что многие разработчики обращаются к сторонней листинговой компании, такой как UL или TUV, или к десяткам испытательных лабораторий, которые знакомы со всеми мировыми стандартами для вашего конкретного применения продукта.
Электрические шумы и “иммунитет” к ним
Американский стандарт FCC и Европейский стандарт CE имеют описания допустимых электромагнитных помех от всех источников, как AC-DC, так и DC-DC. Но все сложнее и сложнее удовлетворить требования к расходным материалам AC-DC. Мало того, что у вас есть правила по количеству генерируемых электромагнитных помех (EMI), вы также должны проверить AC-DC преобразователь на предмет наведенного шума; то есть высших гармоник, которые он “отправляет” обратно в сеть. Поскольку AC-DC преобразователи часто работают с большими токами и напряжениями, они генерируют гораздо больше помех, чем DC-DC преобразователи, поэтому соблюдение правил защиты от электромагнитных помех будет более сложным.
В дополнение к требованиям по электромагнитным помехам, ваш преобразователь AC-DC будет соответствовать требованиям по невосприимчивости. Здесь вы должны смоделировать ситуацию с сетевыми помехами от источника питания и доказать, что ваш преобразователь имеет допустимые параметры качества выходного напряжения и тока. Как и DC-DC преобразователь, он также должен быть защищен от электромагнитных помех.
Все это соответствует требованиям EMI, пожарной безопасности, электробезопасности и экологически чистой энергии для AC-DC конвертора. В Power Integrations есть хороший сайт, на котором представлены некоторые требования к источникам переменного тока, например, «вампирское питание», которое потребляет AC-DC преобразователь, даже когда он выключен.
Несмотря на то, что некоторые инженеры избегают проблем с проектированием AC-DC источников питания, включая опасность разработки высоковольтных цепей, существует растущее поколение “аналоговых” инженеров, которые не боятся проблем и видят преимущества в создании безопасных, эффективных и экологически чистых продуктов, которые можно смело назвать ”инженерным искусством”.
Ежедневно миллиарды людей по всему миру используют электричество, хотя при этом мало кто знает, как и откуда оно поступает. Кроме этого, не все даже знают о том, что существуют две формы: AC, DC — постоянный, переменный токи. С переменным люди сталкиваются чуть чаще в обычной жизни, но и постоянный также играет важную роль.
Что такое DC ток и что он значит
Постоянным принято называть электрический ток, сила и направление которого не меняются. В электротехнике смешанный вид с преобладающим постоянным компонентом также называется постоянным, если колебания незначительны для предполагаемого эффекта, или если колебания являются результатом колебаний нагрузки. Тогда среднее арифметическое рассматривается как постоянный ток.
Линии электропередач поставляют ток в дома и на предприятия
К сведению! На английском языке его принято обозначать, как Direct Current, или сокращенно DC, что также используется и для постоянного напряжения. Переменный электрический поток переводится, как Alternating Current, что означает AC напряжение.
Какое напряжение DC тока
При DC напряжении электроны всегда движутся в одном направлении. Источник напряжения таким образом всегда имеет одинаковую полярность. Однако уровень напряжения не всегда должен быть одинаковым. В качестве классического источника энергии для генерации постоянного напряжения обычная батарейка, в которой уровень напряжения снижается во время разряда.
Движение электронов при постоянном напряжении
Кроме того, большинство источников питания также генерирует постоянное напряжение, хотя на них подается переменное. В случае стабилизированных источников питания, помимо направления потока, большое значение также уделяется и уровню АС напряжения, который может варьироваться в зависимости от напряжения, однако постоянно будет иметь одинаковую полярность.
Обратите внимание! Переменные напряжения, подаваемые сетевыми трансформаторами и генераторами, могут быть преобразованы выпрямителями. Тогда возникает электрическое напряжение, которое варьируется по величине, но не по знаку.
Компонент переменного напряжения может быть уменьшен путем подключения достаточно большого сглаживающего конденсатора параллельно или последовательно сглаживающей катушки так, что останется только небольшая остаточная пульсация. Чем больше емкость конденсатора или индуктивность катушки, тем меньше будет пиковое значение наложенного переменного напряжения.
Вам это будет интересно Требуемая освещенность в помещенииЧем отличается DC ток от AC тока
Изначально постоянный ток должен был генерироваться на электростанциях с относительно низким напряжением розетки для потребителя, 110 или 220 В. Однако если при таком варианте подключено сразу несколько потребителей, суммарные значения очень высоки. В таком случае требуются толстые и дорогие кабели для преодоления больших расстояний, чтобы удерживать потери при передаче в определенных пределах. При использовании переменного напряжения генерируемая электроэнергия может транспортироваться на относительно большие расстояния с небольшими потерями. С 1980 г. стало возможным выпрямить трехфазный ток высокого напряжения, а затем преобразовать его обратно.
Главное отличие AC и DC, постоянного и переменного токов состоит в том, что первый изменяется через определенные промежутки времени (с определенной частотой), в частности, он меняет направление по мере своего протекания. В мире самой распространенной является частота 50 Гц.
Обратите внимание! Когда электричество достигает потребителя, тогда в ход идут трансформаторы. Они преобразуют высокое напряжение в более низкое, которое и поступает в дома.
Как уже было сказано, DC электричество не меняется с течением времени. И так как электроны движутся лишь в одном направлении, источники характеризуются наличием положительного и отрицательного полюсов. AC более эффективно при использовании многокилометровых линий электропередач. А постоянный ток предпочтителен для небольшой электроники или накопительных элементов, например, солнечных батарей.
Источники электрической энергии
Самыми распространенными источниками являются гальванические элементы, аккумуляторные батареи, специальные электрические генераторы, которые основаны на униполярной индукции.
Батарейка формата АА
Обычные аккумуляторные батарейки формата АА — самый доступный пример источника DC энергии. У нее положительный и отрицательный полюса, и вставлять в различные электрические устройства ее надо определенной стороной. Помимо этого, очень часто в обычной жизни используются солнечные элементы и автомобильные аккумуляторы.
Обратите внимание! Электрический генератор, который используется, когда требуется более высокая мощность, всегда генерирует переменное напряжение. Чтобы можно было получать постоянный ток от него, ранее использовался коммутатор. Поскольку коммутаторы вызывают радиопомехи, и их контакты изнашиваются, они теперь чаще заменяется на выпрямители.
Вам это будет интересно Особенности дифференциального токаСфера применения DC тока
Постоянный ток имеет широкое техническое применение в электронике, получении солнечной энергии и частично в железнодорожном энергоснабжении. Практически все электронные схемы (например, в компьютерах) работают с ними. Если на электронные устройства подается питание не от батарей или аккумуляторов, а от источников питания, выпрямитель в блоке питания обеспечивает постоянное значение. Так что среди самых популярных устройств выделяют сотовые телефоны, ноутбуки и компьютеры.
Платы в ноутбуке
Солнечные элементы также могут генерировать только постоянный DC. Если фотоэлектрические системы должны подавать электрическую энергию, которую они производят, в электросеть общего пользования, между ними должен быть подключен инвертор.
Солнечные батареи
Получившие в последнее время широкое распространение электромобили используют для своей работы DC. Он также применяется на наземном и подземном общественном транспорте, например, в трамваях, троллейбусах и электропоездах метро.
Таким образом, АС и ДС токи имеют существенные отличия. Это важно учесть при подключении того или иного оборудования, а также чтобы не перепутать сферы применения.
Читайте также: