เหตุใดปั๊มชาร์จใช้สำหรับการใช้งานที่มีกระแสต่ำเท่านั้น

11

โดยทั่วไปแล้วองค์ประกอบที่แพงที่สุด (และยากที่จะหาได้) ใน SMPS คือตัวเหนี่ยวนำ ดังนั้นฉันจึงสงสัยว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่จะใช้ตัวจ่ายพลังงานแบบสวิตช์แบบไม่เหนี่ยวนำ (เช่นชาร์จปั๊ม) สำหรับกรณีการใช้งานทั่วไปเช่นแหล่งจ่ายไฟแบบตั้งโต๊ะ, ตัวแปลง DC-DC กำลังแรงสูงคงที่ (หลายแอมแปร์ ) ฯลฯ

การออกแบบเครื่องสูบน้ำที่คิดค่าใช้จ่ายทั้งหมดที่ฉันสามารถหาได้มีให้สำหรับการใช้พลังงานต่ำ อะไรที่จะป้องกันไม่ให้มีการออกแบบตัวจ่ายพลังงานที่เหนี่ยวนำสูงโดยไม่ใช้พลังงาน มีข้อ จำกัด ทางกายภาพบ้างไหม?

— อาลีอาลาวี
แหล่งที่มา

3

ฉันสงสัยว่าตัวเหนี่ยวนำสามารถเก็บพลังงานต่อปริมาตร / ราคาได้มากกว่าตัวเก็บประจุ - ลองใช้การคำนวณแบบด้านหลังสำหรับขนาดของตัวเก็บประจุที่คุณต้องใช้สำหรับปั๊มประจุสมมุติ

— pjc50

3

คุณได้รวม ESR ที่เหมือนจริง (การต้านทานแบบอนุกรม) สำหรับตัวเก็บประจุเหล่านั้นหรือไม่? ซิมูเลเตอร์เป็นเหมือนกระดาษ: คุณสามารถทำให้การทำงานอะไร / ไม่ได้ทำงานกับพวกเขา ;-)

— Bimpelrekkie

1

แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งที่สร้างขึ้นอย่างเหมาะสมนั้นต้องการ PCB และเป็น PCB ที่น่าจะเป็นของที่แพงที่สุดและหาซื้อได้ยากเพราะคุณต้องออกแบบมัน!

— Andy aka

2

@Andyaka PCB นั้นไม่ได้แพงที่สุดหรือยากที่สุดในการรับไอเท็ม

— Ali Alavi

5

ตัวเก็บประจุ 10uF ที่จ่าย 10A จะลดลงหนึ่งโวลต์ต่อไมโครวินาที ด้วยความถี่การสลับ 50Khz คุณจะได้ดูระลอกคลื่น 100%

— supercat

20

ความคิดของคุณมีสองปัญหา หนึ่งในทางปฏิบัติและพื้นฐานหนึ่ง

ปัญหาในทางปฏิบัติคือปริมาณตัวเก็บประจุพลังงานที่เก็บไว้มีราคาแพงกว่าตัวเหนี่ยวนำและยิ่งไปกว่านั้นตัวเก็บประจุความจุสูง (electrolytic) จริงๆ

ปัญหาพื้นฐานคือการชาร์จตัวเก็บประจุจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเป็นพื้นฐานการสูญเสีย (คุณกระจายความร้อน) สิ่งนี้อาจดูเหมือนเคาน์เตอร์ง่าย แต่ก็เป็นความจริง (มีคำถามเกี่ยวกับเรื่องนี้เมื่อไม่นานมานี้) ดังนั้นตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าตัวเก็บประจุแบบฟลูอิ้งคาปาซิเตอร์แม้ในอุดมคติจะไม่มีประสิทธิภาพโดยธรรมชาติ (ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ตัวเหนี่ยวนำในอุดมคติมีประสิทธิภาพ 100%)

คุณอาจคิดว่าแปลกที่โลกไม่เป็นธรรมกับตัวเก็บประจุ แต่นั่นเป็นความผิดของมนุษย์เรา: เราจ่ายพลังงานส่วนใหญ่มาจากแหล่งแรงดันไฟฟ้า สำหรับแหล่งกระแสการผกผันเป็นจริง: ตัวแปลงกระแสไฟฟ้าในอุดมคติจากตัวเก็บประจุแบบลอยตัวสามารถมีประสิทธิภาพได้ 100% ในขณะที่ตัวเหนี่ยวนำหนึ่งตัวต้องสูญเสียไป

— Wouter van Ooijen
แหล่งที่มา

ขอบคุณ ฉันไม่สามารถเข้าใจความจริงที่ว่าตัวเก็บประจุมีราคาแพงกว่าตัวเหนี่ยวนำ (ในการตั้งค่า SMPS) ประสบการณ์ของฉันคืออย่างน้อยสำหรับปริมาณต่ำฉันจำเป็นต้องทำการคำนวณบางอย่างซื้อแกนและสายไฟที่เฉพาะเจาะจงและม้วนสายรอบแกนตัวเอง มันใช้เวลานานมาก ในขณะที่มีตัวเก็บประจุฉันเพิ่งซื้อตัวพร้อมทำ ในทางตรงกันข้ามฉันเป็นมือใหม่ที่แน่นอนในโดเมน SMPS ดังนั้นอาจมีวิธีที่ดีกว่า

— Ali Alavi

1

คุณสามารถซื้อตัวนำไฟฟ้าสำเร็จรูปได้อย่างแน่นอน! แต่ให้ความสนใจกับประเด็นที่สองของฉัน: ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ตัวเก็บประจุสูญเสียโดยเนื้อแท้ ไม่มีทางรอบนั้น

— Wouter van Ooijen

ดูเหมือนว่าฉันจะพูดสิ่งเดียวกันโดยพื้นฐานแล้วในภายหลัง อุ่ย

— Spehro Pefhany

3

หืมดี (+1 ทุกที่) นี่เป็นคำถามก่อนหน้านี้หรือไม่ electronics.stackexchange.com/questions/54992/… . ฉันรู้เกี่ยวกับแคปและแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า ... แต่ไม่เคยคิดเลย!

— George Herold

1

@Agent_L โอ้ฉันหมายถึงการอ้างอิงสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการที่กำหนดเอง inductors ตัดด้วยมือไม่ได้มีการอ้างอิงถึงสนับสนุนการเรียกร้องของคุณ :)

— อาลี Alavi

4

ตัวเก็บประจุจะดีกว่าถ้าแหล่งที่มาและเอาท์พุทเป็นกระแสคงที่ คุณสามารถชาร์จตัวเก็บประจุจนกว่าแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่งจากนั้นปล่อยประจุเข้าไปในโหลดความต้านทานเพื่อรักษากระแสคงที่เอาท์พุท คุณจะใช้ตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่เป็นตัวกรองผลลัพธ์เพื่อรักษาค่าคงที่กระแสเอาท์พุท

เนื่องจากแหล่งที่มาของเราเป็นแรงดันไฟฟ้าคงที่และเรามักต้องการแรงดันไฟฟ้าคงที่โดยใช้ตัวเหนี่ยวนำเพื่อเก็บพลังงานและตัวเก็บประจุเพื่อกรองมันจึงสมเหตุสมผล

โปรดทราบว่าอุปกรณ์สวิตช์ที่มีประสิทธิภาพทั้งหมดมีทั้งตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ

ใช่ปั๊มชาร์จ (ตัวเก็บประจุแบบลอยตัว) สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าและเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ พลิกมันได้คูณด้วยจำนวนเต็มและเช่น แต่ทุกครั้งที่คุณชาร์จหรือปล่อยประจุผ่านสวิตช์ตัวต้านทานคุณจะสูญเสียพลังงานส่วนหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงตัวเก็บประจุ ในสวิทช์ตัวเอง - การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่หมายถึงการสูญเสียมากขึ้น สวิตช์ความต้านทานที่ต่ำกว่านั้นหมายถึงพลังงานที่สูญเสียไปสำหรับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดนั้นถูกบีบอัดเป็นชิ้นเล็ก ๆ ของเวลารวมยังคงที่

— Spehro Pefhany
แหล่งที่มา

"ทุกครั้งที่คุณชาร์จหรือคายประจุผ่านสวิตช์ตัวต้านทานคุณจะสูญเสียพลังงานของตัวเก็บประจุไปครึ่งหนึ่งในสวิตช์นั้น" มันจะเป็นจริงถ้าคุณคิดประจุและคายประจุอย่างเต็มที่ในแต่ละครั้ง หากคุณปล่อยมันเพียงบางส่วนคุณสามารถทำได้ดีกว่า

— Peter Green

@ PeterGreen "เปลี่ยนพลังงาน" ไม่ใช่พลังงานทั้งหมด

— Spehro Pefhany

ให้บอกว่าตัวเก็บประจุ 1 farad เริ่มต้นที่ 5V และถูกเรียกเก็บเงิน 6V ผ่านตัวต้านทานจากแหล่ง 6V พลังงานในตัวเก็บประจุก่อน = 0.5 * 1 * 5 * 5 = 12.5 พลังงานในตัวเก็บประจุหลังจาก = 0.5 * 1 * 6 * 6 = 18 พลังงานที่ถูกเพิ่มเข้าไปในตัวเก็บประจุ = 18-12.5 = 5.5 พลังงานที่ดึงมาจากแหล่งจ่าย = (6-5) * 1 * 6 = 6 พลังงานเพียง 0.5 จูลเท่านั้นที่สูญเสียเพื่อเพิ่มพลังงาน 5.5 จูลให้กับตัวเก็บประจุ

— Peter Green

เมื่อชาร์จตัวเก็บประจุจากศูนย์ถึงเต็มผ่านตัวต้านทานคุณจะสูญเสียพลังงานเพียงครึ่งเดียว แต่อัตราส่วนของพลังงานที่เพิ่มเข้ามาโองการพลังงานที่หายไปนั้นไม่คงที่ ระยะแรกของการชาร์จสูญเสียมากขั้นตอนปลายมีประสิทธิภาพมาก

— Peter Green

1

"คุณสามารถชาร์จตัวเก็บประจุจนกว่าแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นถึงระดับหนึ่งแล้วปล่อยประจุเข้าไปในโหลดความต้านทานเพื่อรักษากระแสไฟขาออกที่คงที่" - ตามที่ปรากฎออกมานี้เป็นเพียงแปลงเจ้าชู้กับตัวเก็บประจุพิเศษในการป้อนข้อมูล

— user253751

2

หากตัวเก็บประจุสองชุดหรือชุดตัวเก็บประจุที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกันเชื่อมต่อกันประจุของพวกมันจะเฉลี่ยในวิธีที่ช่วยลดปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในนั้น หากมีการเชื่อมต่อโดยใช้ตัวเหนี่ยวนำพลังงานส่วนเกินจะถูกถ่ายโอนไปยังตัวเหนี่ยวนำและอาจนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่มีประโยชน์ หากการเชื่อมต่อมีความต้านทานอย่างหมดจดพลังงานจะถูกแปลงเป็นความร้อน 100% การลดความต้านทานลงจะไม่ลดการสูญเสียพลังงาน มันจะลดเวลาที่ต้องใช้ในการทำให้เกิดขึ้น

ดังนั้นเพื่อให้ปั๊มประจุมีประสิทธิภาพตัวเก็บประจุจะต้องมีขนาดใหญ่พอที่แรงดันไฟฟ้าข้ามมันจะไม่แตกต่างกันมากนัก ในกรณีที่ปั๊มแบบชาร์จไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานมากนักสามารถใช้ตัวควบคุมเชิงเส้นบนเอาต์พุตและเพิ่มแรงดันไฟฟ้าให้มากพอภายใต้เงื่อนไขระลอกคลื่นที่เลวร้ายที่สุดกรณีแรงดันเอาต์พุตจะยังคงสูงพอที่จะรักษากฎระเบียบไว้ได้ จะถูก จำกัด โดยอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ในการโหลดครั้งอัตราส่วนเพิ่มต่อแรงดันแหล่งที่มา

— SuperCat
แหล่งที่มา

0

มีปัญหาเล็กน้อยเกี่ยวกับการชาร์จปั๊ม

พวกเขาไม่สามารถเสนอประสิทธิภาพและการควบคุมแรงดันไฟฟ้าในเวลาเดียวกันได้ วิธีเดียวที่จะควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออกเพื่อให้ค่าคงที่ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าอินพุตและความผันแปรของโหลดคือการแนะนำความไร้ประสิทธิภาพโดยเจตนา
ปัจจุบันจะต้องผ่านองค์ประกอบการสลับสอง (ไดโอดหรือทรานซิสเตอร์) ในระหว่างการชาร์จและการแยกส่วนของวงจร
ประสิทธิภาพนั้นขึ้นอยู่กับอัตราส่วนแรงดันขาเข้าที่ต้องการ หากคุณต้องการแปลงแรงดันไฟฟ้า 1.5x จากนั้นคุณจะต้องใช้การจัดเรียงหลายขั้นตอนที่ซับซ้อนหรือทำการแปลง 2x และรันในโหมดไม่มีประสิทธิภาพโดยเจตนา

— ปีเตอร์กรีน
แหล่งที่มา

1

Re ชี้ 3 อัตราส่วนจำนวนเต็มใด ๆ เป็นไปได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องเพิ่มความซับซ้อนมากนัก สำหรับ 1.5x ให้ชาร์จแคปในการเชื่อมต่อ 2 ซีรีย์ (แต่ละอันจะเห็นแรงดันไฟฟ้าซัพพลาย 0.5x) และปล่อยในซีรีย์ 3

— Nate S.