В чем разница между источником тока и напряжения

���������� ��������� �������

В чем разница между источником тока и напряжения

������� / �������� ���������� / ���������� ��������� �������

���������� ��������� ������� ������������� ��� �������������� ���� ����������� ���� � ����������.

� ����� ������ ������ ��� ��������������� �������������� �� ������� ����������, ���������� ��� ����� ���������� �� ��������� � ����������. �� ���������� �������� ������� ��������� ��� �������������� �� �����������. ��� ����������� ������������ ��� ��������� ���������, ��������� � ������� �������� ������ ������� ����������.

�������, ���������������� ���������� ��� � ����������, ���������� ����������� ����������� ������� ��� �������������. ��� ���������� ��� �� ������ �������� ���������� � ���������� � �������������� �� �������������.

��������� ������� ����������� ����������

��������� ������� ����������� ���������� �������������� ��: ����������� � �������������. � ����������� ������������ ����� ������ ���� ���� �� ������. ��� ����� � ����������� ��������� ��������, � ������� ��� ��������� ������������� �������� � ���� ����. ����� ����� ����� ������������ � ������������� �������� � �������� �����������.

� ������������� ���������� ������� ����������� ���������� ���� ���� ������ ��������� �� ������.

��������� ������� ������ � ���������������� � ������������� ���������������.

� ������ ������ ����� ������������� � �����������, ��� ������� ������� ����, �� ������ ���������� ��������������� ������������ ���������� � ���� ����.

�� ������ �������� � ����� ��������� ��� ���������� ��������: �� ����������� ������� ����������� ���� ����� ���������������. ��� ��������� ����������� ������� ����� ���������� � ��������� ��������� ��������� �������. �� ���������� ��������� ������� ��������� ��������� ����� ����� �����������.

��������� ������� ����������� ���������� ����� ����������� �� �������� �������� �����������. ���������� ����� ������ ���������� ������� �� ������������� (����������) �� ��������� (�����������), ����������� ��������� ��������� ������������� ������.

��������� ������� ����������� ������� �� 24 �

� ���������� ������� ����������� ������� �� 24 � �� ������ ������ �������������� ���������� � 24 �. ����� �������� �� ���������� �� ������ ������� ���������� � ����� �������������, ������� ������������ ������ ��������. ��� �������� �������� ������������ �������� ���������� ������ ����� ����������.

������ �������������� ��������� ������� ����������� ����

������ �������������� ��������� ������� ����������� ���� ���������� ��� ��������� ����������������� ����������, ������������ ������� ������, ����������� �����������, ��������� ��������� ������, �����������, �������.

������������� ������������ � ������ ����� ������������ �������� ���������� ��������� ������� �������, �������� ������� ����� ��������� 40 ���.

��-�� ������� ���������� �������� � ���� ������ ������� ����������� ���������� ���������� � ����� ������� ������ ���� �� ���������� � ��������� ���������.

����������������� �������� ������� ����������� ����

����������������� ��������� ������� ����������� ���� ������������� ��� ������������� ������� ����������� ���������� �����, ���:

  • ����������;
  • ����������;
  • �������� ���������� ������� ���������.

������������, ��� �������� ���������� ����������������� ��������� ������� ����������� ����, �� ������� �������� ��������� � ���� ����, �� ��� ��� ���������� �������� ������������ � �������������� ���������� ���������� �� ������ �������. ������� �������� �� �������� ���������� (����������, ���� ����) ������������������ ��������� ������� �������� �����������������.

� ����� ����� ����������� ����������� �������� �����, ��� �����������, ������������, ���������. ��� ���������� ���������� ��� ���������� �� �������� ������.

��������� ������� ��������� ���� ����������� ����

��������� ������� ��������� ���� ����������� ���� ���������� �� ���������� ���, ��� � ����� ������������ �������� ���� ���� � ���������� �������� � ����������� �� ��������� ��������� ����.

�������, ����� ������� �������� �������� � ����������� �������, ��������� �������� ����� �������, ��� �������� ���������� ��������� ������������ ��������, � ���� ���� �����������. ��� ������������ ����������� ������� ����������� ����� ���������� � �������.

�� ���� ����� ����������� ����, � ������� ��������� ��������� ��-�� ������� ����������� ������� �� ���� �������� ���������� � ���������� ���������� ������. � ���� ������ ���������� �������� ������, � ���� ���� �����, ������� ������� �������������� ������. ���� ������� ���������� ��������� ���� ���������� � �������� ������������������.

������������� � ���������� ���������� ����������� �������

����� �������������� ���������� ����������� ������� ����� ��������:

  • ����� ����ϻ (������������������ ����������), �. ������ ��������;
  • ��� ���������+� (������������� �������� ������� ����һ), �. ������;
  • �� ������-�������, �. �������.

������������ �� ����� ����� ������� ����� ����, ��� �������. ������� �� ������ ������� ���������� ����������� ������� ��������� ����� ������. ������ ����� �������� ����������� ����� �����. ��������� ���� �������� ����� �������� � ����������� ������� � �����������.

��������, ��� ���ʻ �������� ����������� ��������� �������� EATON, ������������������ �� ��������� ���������������� � ���������� �������������� �������.

������ � ���������� ������� ����������� ���� � ���������� ����� ������ �� �������� ��������.

������� ������ ���� ������:

������� ����������

�����������������
����� �������������� �������

Источник: https://www.elektro-expo.ru/ru/ui/17167/

Драйверы затвора с источником тока повышают быстродействие при включении IGBT

В чем разница между источником тока и напряжения

27 февраля 2019

Разработчики драйверов управления транзисторами часто вынуждены использовать для включения резисторы увеличенного, в сравнении с предлагаемым в спецификации IGBT, номинала, чтобы понизить максимальное значение dvCE/dt, то есть замедлить скорость нарастания напряжения в процессе коммутации тока. Компания Infineon Technologies предлагает новый драйвер 1EDS20I12SV, который контролирует относительное постоянство dvCE/dt.

Сравнение двух драйверов затвора – на базе интегральной схемы (ИС) 1EDS20I12SV и традиционной ИС драйвера, – которые работают с одним и тем же силовым модулем, показывает преимущества нового метода управления. Силовой модуль на 1200 A/1200 В (FF1200R12IE5) разработан для мощного оборудования.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как обозначаются вольт

Расчет переходных характеристик IGBT

Для понимания работы схемы управления на основе 1EDS20I12SV полезно проанализировать переходные процессы при включении IGBT для индуктивной нагрузки (рисунок 1). Для упрощения будем считать, что коммутирующий диод представляет собой кремниевый диод Шоттки, для которого обратное восстановление является чисто емкостным.

Рис. 1. Типичный переходный процесс при включении IGBT разделен на три секции

Ток затвора Ig заряжает емкости между затвором и эмиттером Cge и затвором и коллектором Cgc (формула 1) ([4], [5]):

$$I_{g}=\frac{d}{dt}(C_{ge}\times V_{ge}+C_{gc}\times V_{gc})\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

Можно предположить, что емкость «затвор-эмиттер» не зависит от напряжения, тогда как зависимость Cgc от напряжения является значительной. Емкость Cgc мала при больших значениях Vgc, но велика при малых напряжениях (формула 2):

$$I_{g}=C_{ge}\times \frac{d}{dt}\times V_{ge}+\frac{d}{dt}\times \left(C_{gc}\times V_{gc} \right)\qquad{\mathrm{(}}{2}{\mathrm{)}}$$

Обратите внимание, что напряжение между коллектором и затвором определяется по формуле 3:

$$I_{g}=C_{ge}\times \frac{dV_{ge}}{dt}+\left(V_{gc}\times \frac{d}{dV_{gc}}\times C_{gc}+C_{gc} \right)\frac{dV_{gc}}{dt},\\I_{g}=\left(C_{ge}+V_{gc}\times \frac{d}{dV_{gc}}\times C_{gc}+C_{gc} \right)\frac{dV_{ge}}{dt}-\left(V_{gc}\times \frac{d}{dV_{gc}}\times C_{gc} +C_{gc}\right)\frac{dV_{ce}}{dt}\qquad{\mathrm{(}}{3}{\mathrm{)}}$$

Упрощенно процесс включения IGBT можно разделить на три фазы:

  1. зарядка затвора при высоком Vce;
  2. плато Миллера при постоянном Vge и изменении Vce;
  3. зарядка затвора при низком V

Различие между схемами управления напряжением и током становится очевидным.

Для схемы управления напряжением ток затвора изменяется в процессе переключения в соответствии с формулой 4:

$$I_{g}=\frac{V_{on}-V_{ge}}{R_{g}},\qquad{\mathrm{(}}{4}{\mathrm{)}}$$

где Von является подаваемым на затвор управляющим напряжением.

dVce / dt во время фазы 2 и, следовательно, энергия включения Eon определяется напряжением Миллера, которое в свою очередь зависит от тока нагрузки. Малые значения токов и сравнительно низкие напряжения Миллера приведут к высоким значениям dVce/dt при включении.

С другой стороны, энергия Eon при больших токах коллектора увеличивается как за счет непосредственно повышенного тока, так и более медленной скорости переключения из-за высоких напряжений Миллера и связанных с ними более низких токов затвора.

Это приводит к нелинейным кривым для энергии включения в зависимости от тока коллектора.

Выбор резисторов затвора определен необходимостью ограничить наклон графика  напряжения при малых токах. Это снижает потери при переключении  больших токов. В схеме управления затвором посредством тока dVce/dt во время второй фазы не зависит от тока нагрузки, что позволяет оптимизировать скорость переключения для широкого диапазона токов. Таким образом, энергия включения зависит только от амплитуды тока коллектора при включении.

Платы драйверов затвора

Обе платы драйверов предназначены для подключения к силовому модулю FF1200R12IE5 (рисунок 2). Они содержат внешние буферы (3), которые усиливают выходной ток микросхемы драйвера (1). Буфер обычной реализации (рисунок 2а) собран на биполярных транзисторах, в то же время на плате источника тока драйвера затвора использованы p-канальные MOSFET для ускоренного включения. Использование p-канальных MOSFET необходимо для цепи управления током затвора.

В схеме ускорения отключения используются транзисторы p-n-p – такие же, как в обычной плате драйвера затвора. Выходной источник смещения (2) обеспечивает напряжения питания драйвера затвора +15/-8 В. Наконец, имеется также функция активного ограничения (4), которая воздействует на напряжение затвора, чтобы избежать перенапряжений во время отключения.

Поскольку подобное ограничение активируется только при отключении, оно не мешает постоянному току включения.

Рис. 2. Драйверная плата для управления затвором с источником тока (а) и источником напряжения (б)

ИС драйвера затвора с источником тока предусматривает возможность изменения скорости переключения между импульсами во время работы. Кроме того, это важная функция, которая помогает снизить потери при включении [1].

Схема управления включением посредством тока затвора

Первая фаза во время включения – это фаза предварительной зарядки, которая длится 135 нс (рисунок 3). Предварительная зарядка повышает  напряжение «затвор-эмиттер» до значения ниже порогового напряжения «затвор-эмиттер» Vge(th). Ток во время предварительной фазы зависит от заряда затвора и, следовательно, является постоянным в течение данной операции переключения питания.

Рис. 3. Цикл включения ИС драйвера затвора с источником тока 1EDS20I12SV

За фазой предварительной зарядки следует фаза включения. Уровень тока включения может быть выбран в реальном времени в соответствии с одним из 11 уровней настройки. Выбранный уровень тока затвора дает заданную скорость включения.

Выбор уровней скорости переключения осуществляется путем подачи аналогового сигнала на управляющий вывод ИС драйвера затвора.

Уровень тока включения является активным до тех пор, пока затвор не достигнет конечного напряжения смещения, которое в данном случае составляет 15 В.

Результаты измерений

Обе системы управления затвором оцениваются в процессе тестирования двумя импульсами с автоматическим расчетом параметров переключения. Описание методики двойного импульса можно найти во многих других источниках.

Платы работают с различными скоростями включения, чтобы оценить, в числе прочего, тенденции изменения каждого параметра в зависимости от скорости переключения.

Это достигается за счет использования встроенной опции выбора скорости ИС драйвера затвора с источником тока и путем изменения значения резисторов затвора обычной платы драйвера с источником напряжения.

На рисунке 4 показан пример формы сигналов включения. Графики напряжения «затвор-эмиттер» vGE (зеленый) и тока коллектора iC (красный) – сглаженные, с приемлемыми небольшими колебаниями.

Скорость нарастания напряжения dvCE/dt оценивается вскоре после обратного восстановления диода свободного хода (отрезок (1)). Диод принимает на себя напряжение от IGBT, и во многих случаях именно в этот момент появляется максимальное значение dvCE/dt.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что движется к катоду

То есть, на рисунке 5 показан переходный процесс обратного напряжения на диоде.

Рис. 4. Примеры формы сигналов для включения при IC = 120 A (10% от номинального тока) и напряжении на линии постоянного тока VDC = 600 В

Рисунок 5 отображает результаты и содержит метки, позволяющие определить расчетную точку драйвера затвора для поддержания значения dvR/dt на уровне 5 В/нс или ниже.

В случае источника тока это кривая, представляющая «Level 5», а в случае источника напряжения – кривая RG = 2,2 Ом.

Легко увидеть, что dvR/dt остается относительно постоянным для платы драйвера затвора с источником постоянного тока, потому что ток затвора постоянен в течение всего процесса включения, независимо от индивидуального тока коллектора.

Рис. 5. dvR/dt измеряемого силового модуля с управлением затвором от источника тока (а) и управлением затвором от источника напряжения (б)

Результатом этого является постоянное значение dvR/dt. Для платы с источником напряжения – все по-другому. Здесь dvR/dt постоянно уменьшается, потому что увеличение напряжения Миллера в диапазоне тока коллектора ограничивает управляющее напряжение для токового затвора и, следовательно, сам ток затвора.

На рисунке 6 показана энергия включения Eon для обоих решений. Те же начальные условия при 5 В/нс дают аналогичную энергию включения, составляющую приблизительно 20 мДж. Однако ситуация меняется при больших токах коллектора.

Здесь источник постоянного тока затвора дает энергию включения только 140 мДж, по сравнению примерно с 340 мДж в случае драйвера с источником напряжения.

Таким образом, энергия включения драйвера затвора с постоянным током составляет всего 41% от драйверного решения для затвора с источником напряжения при номинальном токе коллектора.

Рис. 6. Энергия включения FF1200R12IE5, измеренная для драйвера затвора с источником тока с изменением скорости переключения (а) и для драйвера затвора с источником напряжения (б)

Заключение

Включение затвора драйвером с источником тока при фиксированном значении dvCE/dt в диапазоне номинального тока коллектора требует гораздо более низкой энергии по сравнению с драйверами затвора с источником напряжения. Следовательно, плата управления затвором с источником тока превосходит традиционные драйверные системы управления затвором с источником напряжения, которые работают с постоянным резистором.

При этом может быть достигнута более высокая производительность системы при сопоставимой с традиционной системой стоимости. Регулировка скорости переключения во время работы обеспечивает новые возможности для драйвера затвора с токовым управлением, поскольку он может адаптировать включение к другим рабочим условиям, таким как температура IGBT или состояние нагрузки [6].

Это преимущество, конечно же, приводит к расширению пределов температуры или выходного тока на уровне системы.

Литература

  1. W. Frank, et al.: Real-time adjustable gate current control IC solves dv/dt problems in electric drives, Proceedings of PCIM. 2014, Nuremberg, Germany, 2014;
  2. Infineon: 1ED020I12-F2, datasheet, Infineon Technologies AG, Germany;
  3. Infineon: 1EDS20I12SV, datasheet, Infineon Technologies AG, Germany;
  4. J. Lutz, Semiconductor Power Devices, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2011, ISBN 3-540-34206-0;

Источник: https://www.compel.ru/lib/97027

Напряжение в 1 Вольт, физический смыл, простое определение

В чем разница между источником тока и напряжения

Напряжение электрического тока – это величина, характеризующая разность зарядов (потенциалов) между полюсами либо участками цепи, по которой идет ток. Классическое определение: напряжение это величина, которая показывает разность потенциалов между двумя точками. Оно равно 1 вольту (это единица измерения напряжения), когда необходимо переместить единичный заряд в 1 кулон, приложив для этого усилие всего в 1 джоуль выполненной работы.

Наиболее простое сравнение

Для понимания данной величины, можно описать на примере работы водопровода или резервуара с водой, где напряжение соответствует давлению воды в емкости, трубе. Вода в нашем примере – это заряд, а скорость потока, который возникает под давлением – и есть электрический ток. Чем больше давление воды – напряжение, тем больше скорость струи в трубе – больше тока получает потребитель.

Как в водопроводе, так и в электрических сетях важное значение имеет диаметр проводника. При большом диаметре трубы и достаточном давлении через нее проходит много воды.

Так и в электрической сети: при требуемом сечении проводника и высоком напряжении ваши электроприборы будут получать достаточно электроэнергии для работы. Если не рассчитать сеть и перегрузить ее, то на примере водопровода это закончится аварией: трубу от избыточного давления может разорвать.

Так и с электрической сетью: если ваши провода и приборы рассчитанные на 10 ампер и внезапно по ним начнет протекать ток в 30А, то они могут элементарно оплавиться или сгореть.

Исходя из этого становится понятно, почему одни напряжения неопасны для человека, а другие – смертельны? Сравним снова водой. Например, вода в океане – это огромный источник давления.

Если человека поместить на глубину больше 5 метров, то ему становится плохо от давления воды на его ткани.

Так же и с током: когда источник тока мощный, а человек содержит в себе незначительный заряд, то между источником тока и человеком возникает огромное напряжение, способное человека травмировать или убить.

А кто это все придумал?

Изучение электричества, согласно историческим данным, началось в 15 веке, хотя о действии данных сил люди знали давно: кто-то находил намагниченные куски металла, кто-то наблюдал и задумывался, откуда берутся молнии, а кто-то не мог избавиться от пыли, которую удерживает на поверхности статическое электричество. После было три столетия опытов, споров, разработки различных теорий. Прорыв в изучении темы случился в конце 16 века, когда был изобретен первый конденсатор. Это время и выпало на молодость и взросление талантливого ученого из Италии — Алессандро Вольты (1745—1827).

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое реле защиты

Вольт был химиком, физиком и физиологом, основательно знал математику, с трудами Ньютона он познакомился в 13 лет, а к своим 55 годам изобрёл первую электрическую батарею в мире.

Этот простейший гальванический элемент произвел переворот в мире электричества: так людям открылись электролиз, который сегодня повсеместно применяется при производстве и обработке металлов и электрическая дуга.

В честь заслуг Алессандро Вольты в изучении электричества, и было присвоено его имя единице измерения напряжения.

Источник: https://pue8.ru/elektrotekhnik/927-napryazhenie-v-1-volt-fizicheskij-smyl-prostoe-opredelenie.html

Разница между источником тока и источником напряжения

Трудно представить современный мир без электричества, телефон останется без подзарядки, а просмотр фильма попросту станет невозможен. Да, без этого явления жизнь покажется тяжелой.

Но для того чтобы получить его, нужен поток энергии, физическая составляющая которого, может иметь различный характер. В электротехнике принято подразделять элементы питания на две группы: по постоянному току или напряжению.

Они бывают идеальными, но существующие лишь в теории и реальные, которые возможно увидеть на практике.

Идеальный источник тока (генератор)

Для начала рассмотрим абстрактный вариант: сила тока, созданная в этом устройстве, всегда одинаковая. Опираясь на закон Ома, можно легко сделать заключение, что напряжение находится в зависимости лишь от сопротивления подключенной нагрузки.

Внутреннее сопротивление такого элемента питания имеет бесконечную величину, поэтому не воздействует на основной параметр. Вследствие того, что сила тока значение постоянное, то на значение мощности теоретического агрегата влияет только сопротивление подключенной нагрузки.

В устройстве, при возникновении короткого замыкания, также сохраняется основное свойство источника.

Такой идеальный элемент можно создать лишь в теории, его применяют при моделировании электромагнитных процессов. На практике такой системы достичь невозможно, поэтому рассмотрим материальную вариацию.

Реальный генератор

Главное различие между реальным и идеальным устройством — наличие внутреннего сопротивления. Чем выше данный параметр, тем ближе элемент к улучшенному варианту. Из этого следует, что напряжение и мощность значения конечные, т. е имеют определенный рабочий диапазон. При этом система также обладает ограничением по присоединяемой нагрузке. При решении задач, реальное устройство изображают в качестве идеального, с подключенным в параллель внутренним сопротивлением.

Эксплуатация данного агрегата возможна при холостом ходе (без внешней нагрузки) вследствие того, что имеем замкнутый контур за счет внутреннего сопротивления. Ток на выходе во время такого режима снижается до нулевого значения. При подключении накоротко (режим короткого замыкания) получим максимальную величину, а выходное напряжение опустится до 0.

В качестве примера такого устройства, обратимся к катушке индуктивности. Это положение справедливо в момент размыкания цепи. Так разность потенциалов в таком режиме резко увеличивается по сравнению с предыдущим состоянием. Все дело в ЭДС самоиндукции возникающей в этом элементе. При увеличении напряжения катушка накапливает энергию, при снижении отдает ее в сеть.

Еще одним примером является вторичная обмотка трансформатора тока, которая в нормальных условиях работы всегда должна быть закорочена. В противном случае, если в ней произойдет разрыв, то она станет генератором.

Все дело в законе сохранения энергии, так мощность на первичной и вторичной обмотке должна быть одинаковой. Параметры первичной обмотки неизменны, вследствие конструктивных особенностей трансформатора (обмотка имеет один виток).

При обрыве во вторичной обмотке, упорядоченного движения заряженных частиц не будет, соответственно напряжение резко возрастет.

Идеальный источник напряжения (ЭДС)

У идеального устройства, напряжение является неизменным параметром и не зависит от значения нагрузочного тока, вместе с тем, его внутреннее сопротивление равно 0. Если создание данного прибора было бы возможным, то он представлял источник бесконечной мощности. Величина тока и мощности при подключенной нагрузке стремилась к бесконечному числу. Но, как мы знаем мощность, имеет конечное значение.

Описанный элемент питания, является теоретическим понятием, на практике таких условий достичь невозможно, поэтому применяется лишь в моделировании процессов.

Реальный источник напряжения

В реальности имеем устройство ЭДС, которое характеризуется наличием внутреннего сопротивления, по этой причине ток будет иметь граничное значение.

В большинстве устройств внутреннее сопротивление незначительная величина, если сравнивать с внешними показателями, и чем меньше это параметр, тем ближе к идеальному варианту. При увеличении тока будет происходить падение напряжения. В расчетах обозначается как идеальный источник ЭДС с подключенным последовательно сопротивлением.

Ток через источник равен 0, если создан режим холостого хода. При возникновении короткого замыкания, примет максимальное значение, а разность потенциалов на выходе станет равной 0.

В качестве примера можно рассмотреть аккумуляторную батарею, принцип работы которой, основан на химической реакции.

Вывод

  • Реальные приборы в отличие от идеальных устройств содержат внутреннее сопротивление.
  • Что касается отличия идеального устройства тока от напряжения, то оно заключается в том, какой параметр является постоянным и не зависит от присоединяемой нагрузки. Это соответствует их названиям, для приборов ЭДС– напряжение, для генератора – ток.
  • При составлении схемы замещения, внутреннее сопротивление источника тока подключается параллельно, напряжения – последовательно.
  • Для реальных устройств, существует разница во внутреннем сопротивлении: для генераторов лучше иметь большое сопротивление, для источника ЭДС – малое.

Источник: https://vchemraznica.ru/raznica-mezhdu-istochnikom-toka-i-istochnikom-napryazheniya/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электро Дело
В чем разница между нулем и землей

Закрыть