Kurie įrenginiai veikia tik nuolatine srove? Išsamus nuolatinės srovės elektronikos vadovas

Mūsų vis labiau elektrifikuotame pasaulyje suprasti skirtumą tarp kintamosios srovės (AC) ir nuolatinės srovės (DC) dar niekada nebuvo taip svarbu. Nors didžioji dalis namų ūkių elektros energijos tiekiama kintamąja srove, daugybė šiuolaikinių prietaisų veikia tik nuolatine srove. Šiame išsamiame vadove nagrinėjama visa nuolatine srove maitinamų prietaisų visuma, paaiškinama, kodėl jiems reikalinga nuolatinė srovė, kaip jie ją gauna ir kuo jie iš esmės skiriasi nuo kintamąja srove maitinamos įrangos.

DC ir AC maitinimo supratimas

Pagrindiniai skirtumai

Kodėl kai kurie įrenginiai veikia tik nuolatine srove

1. Puslaidininkių gamtaŠiuolaikinė elektronika naudoja tranzistorius, kuriems reikalinga pastovi įtampa.
2. Poliškumo jautrumasTokie komponentai kaip šviesos diodai veikia tik esant teisingai +/- orientacijai
3. Baterijų suderinamumasNuolatinė srovė atitinka akumuliatoriaus išėjimo charakteristikas
4. Tikslumo reikalavimaiSkaitmeninėms grandinėms reikalinga energija be triukšmo

Tik nuolatinės srovės įrenginių kategorijos

1. Nešiojama elektronika

Šie visur esantys įrenginiai sudaro didžiausią nuolatinės srovės įrangos klasę:

• Išmanieji telefonai ir planšetiniai kompiuteriai
  • Veikia su 3,7–12 V nuolatine srove
  • USB maitinimo tiekimo standartas: 5/9/12/15/20 V nuolatinė srovė
  • Įkrovikliai konvertuoja kintamąją srovę į nuolatinę srovę (matoma „išvesties“ specifikacijose)
• Nešiojamieji kompiuteriai ir užrašinės
  • Paprastai veikia 12–20 V nuolatine srove
  • Maitinimo blokai atlieka AC-DC konversiją
  • USB-C įkrovimas: 5–48 V nuolatinė srovė
• Skaitmeniniai fotoaparatai
  • 3,7–7,4 V nuolatinė srovė iš ličio baterijų
  • Vaizdo jutikliams reikalinga stabili įtampa

Pavyzdys: „iPhone 15 Pro“ įprasto veikimo metu naudoja 5 V nuolatinę srovę, o greitojo įkrovimo metu trumpai priima 9 V nuolatinę srovę.

2. Automobilių elektronika

Šiuolaikinės transporto priemonės iš esmės yra nuolatinės srovės maitinimo sistemos:

• Informacijos ir pramogų sistemos
  • 12 V / 24 V nuolatinės srovės veikimas
  • Jutikliniai ekranai, navigacijos įrenginiai
• Variklio valdymo blokai (ECU)
  • Svarbiausi transporto priemonių kompiuteriai
  • Reikalinga švari nuolatinė srovė
• LED apšvietimas
  • Priekiniai žibintai, salono apšvietimas
  • Paprastai 9–36 V nuolatinė srovė

Įdomus faktas: elektrinėse transporto priemonėse yra nuolatinės srovės keitikliai, kurie sumažina 400 V akumuliatoriaus įtampą iki 12 V priedams.

3. Atsinaujinančios energijos sistemos

Saulės energijos įrenginiai labai priklauso nuo nuolatinės srovės:

• Saulės baterijos
  • Gaminant nuolatinę elektrą natūraliai
  • Tipinis skydas: 30–45 V nuolatinės srovės nutrūkusi grandinė
• Baterijų bankai
  • Kaupkite energiją kaip nuolatinę srovę
  • Švino-rūgšties: 12/24/48 V nuolatinė srovė
  • Ličio jonų: 36–400 V+ nuolatinė srovė
• Įkrovimo valdikliai
  • MPPT/PWM tipai
  • Tvarkyti nuolatinės srovės konversiją

4. Telekomunikacijų įranga

Tinklo infrastruktūra priklauso nuo nuolatinės srovės patikimumo:

• Mobiliojo ryšio bokštų elektronika
  • Paprastai -48 V nuolatinės srovės standartas
  • Atsarginių baterijų sistemos
• Šviesolaidiniai terminalai
  • Lazeriniams valdikliams reikalinga nuolatinė srovė
  • Dažnai 12 V arba 24 V nuolatinė srovė
• Tinklo komutatoriai / maršrutizatoriai
  • Duomenų centro įranga
  • 12 V / 48 V nuolatinės srovės maitinimo lentynos

5. Medicinos prietaisai

Intensyviosios priežiūros įranga dažnai naudoja nuolatinę srovę:

• Pacientų monitoriai
  • EKG, EEG aparatai
  • Reikia atsparumo elektriniam triukšmui
• Nešiojama diagnostika
  • Ultragarsiniai skeneriai
  • Kraujo analizatoriai
• Implantuojami prietaisai
  • Širdies stimuliatoriai
  • Neurostimuliatoriai

Saugos pastaba: Medicininėse nuolatinės srovės sistemose pacientų saugumui dažnai naudojami izoliuoti maitinimo šaltiniai.

6. Pramoninės valdymo sistemos

Gamyklos automatizavimas priklauso nuo nuolatinės srovės:

• PLC (programuojami loginiai valdikliai)
  • 24 V nuolatinės srovės standartas
  • Triukšmui atsparus veikimas
• Jutikliai ir pavaros
  • Artumo jutikliai
  • Solenoidiniai vožtuvai
• Robotika
  • Servo variklių valdikliai
  • Dažnai 48 V nuolatinės srovės sistemos

Kodėl šie įrenginiai negali naudoti kintamosios srovės

Techniniai apribojimai

1. Poliškumo pasikeitimo žala
   • Diodai, tranzistoriai sugenda esant kintamajai srovei
   • Pavyzdys: šviesos diodai mirgėtų / perdegtų
2. Laiko grandinės sutrikimas
   • Skaitmeniniai laikrodžiai priklauso nuo nuolatinės srovės stabilumo
   • Kintamosios srovės generatorius atstatytų mikroprocesorius
3. Šilumos generavimas
   • Kintamoji srovė sukelia talpinius / indukcinius nuostolius
   • DC užtikrina efektyvų energijos perdavimą

Našumo reikalavimai

Nuolatinės srovės įrenginių galios konvertavimas

Kintamosios srovės į nuolatinę srovę konversijos metodai

1. Sieniniai adapteriai
   • Įprasta mažos elektronikos gaminiams
   • Sudėtyje yra lygintuvas, reguliatorius
2. Vidiniai maitinimo šaltiniai
   • Kompiuteriai, televizoriai
   • Perjungiamojo režimo modeliai
3. Transporto priemonių sistemos
   • Generatorius + lygintuvas
   • Elektromobilių akumuliatorių valdymas

Nuolatinės srovės konversija

Dažnai reikia suderinti įtampas:

• Buck keitikliai(Žemesnis pareigų lygis)
• Padidinimo keitikliai(Žingsnis aukštyn)
• Buck-Boost(Abiem kryptimis)

Pavyzdys: USB-C nešiojamojo kompiuterio įkroviklis gali konvertuoti 120 V kintamąją įtampą į 20 V nuolatinę įtampą į 12 V / 5 V nuolatinę įtampą pagal poreikį.

Naujos nuolatinės srovės maitinamos technologijos

1. Nuolatinės srovės mikrotinklai

• Pradedami diegti modernūs namai
• Sujungia saulės, baterijų ir nuolatinės srovės prietaisus

2. Maitinimo tiekimas per USB

• Plėtojama iki didesnės galios
• Potencialus būsimas namų standartas

3. Elektromobilių ekosistemos

• V2H (iš transporto priemonės į namus) nuolatinės srovės perdavimas
• Dvikryptis įkrovimas

Tik nuolatinės srovės įrenginių identifikavimas

Etiketės aiškinimas

Ieškokite:

• Ženklai „Tik nuolatinė srovė“
• Poliškumo simboliai (+/-)
• Įtampos indikacijos be ~ arba ⎓

Maitinimo įvesties pavyzdžiai

1. Barelio jungtis
   • Dažnas maršrutizatoriuose, monitoriuose
   • Centre teigiami/neigiami klausimai
2. USB prievadai
   • Visada nuolatinė srovė
   • 5 V bazinė įtampa (iki 48 V su PD)
3. Terminalų blokai
   • Pramoninė įranga
   • Aiškiai pažymėtas +/-

Saugos aspektai

DC specifiniai pavojai

1. Arkos palaikymas
   • Nuolatinės srovės lankai savaime neužgęsta kaip kintamosios srovės
   • Reikalingi specialūs jungikliai
2. Poliškumo klaidos
   • Atvirkštinis prijungimas gali sugadinti įrenginius
   • Prieš prijungdami dar kartą patikrinkite
3. Baterijos rizika
   • Nuolatinės srovės šaltiniai gali tiekti didelę srovę
   • Ličio baterijų gaisro pavojai

Istorinė perspektyva

„Srovių karas“ tarp Edisono (nuolatinės srovės) ir „Tesla“ / „Westinghouse“ (kintamosios srovės) galiausiai baigėsi kintamosios srovės pergale perdavimo srityje, tačiau nuolatinė srovė sugrįžo į prietaisų sritį:

• 1880-ieji: Pirmieji nuolatinės srovės elektros tinklai
• 1950-ieji: Puslaidininkių revoliucija palanki nuolatinei srovei
• 2000-ieji: skaitmeninis amžius iškelia DC į dominuojančią padėtį

Nuolatinės srovės ateitis

Tendencijos rodo augantį nuolatinės srovės panaudojimą:

• Efektyvesnis šiuolaikinei elektronikai
• Atsinaujinančios energijos vietinė nuolatinės srovės išvestis
• Duomenų centrai diegia 380 V nuolatinės srovės paskirstymą
• Galimas buitinių nuolatinės srovės standartų kūrimas

Išvada: DC dominuojantis pasaulis

Nors kintamoji srovė laimėjo kovą dėl energijos perdavimo, nuolatinė srovė aiškiai laimėjo karą dėl įrenginių veikimo. Nuo išmaniojo telefono kišenėje iki saulės baterijų ant stogo – nuolatinė srovė maitina svarbiausias mūsų technologijas. Supratimas, kuriems įrenginiams reikalinga nuolatinė srovė, padeda:

• Tinkamas įrangos pasirinkimas
• Saugus maitinimo šaltinių pasirinkimas
• Ateities namų energijos planavimas
• Techninis trikčių šalinimas

Mums pereinant prie atsinaujinančios energijos ir elektrifikacijos, nuolatinės srovės svarba tik augs. Čia aprašyti įrenginiai yra tik nuolatine srove varomos ateities, kuri žada didesnį efektyvumą ir paprastesnes energijos sistemas, pradžia.