На выходных клеммах источника питания — 12 В, а непосредственно на нагрузке — 11 В. Почему возникает разница и означает ли это неисправность оборудования?
Одна из причин — падение напряжения на соединительных проводах и контактах. При протекании тока часть напряжения теряется на их сопротивлении. Чем больше ток и сопротивление цепи подключения, тем заметнее разница между напряжением на источнике и на нагрузке.
ТЕТРОН разрабатывает и производит источники питания для испытаний, лабораторий и промышленного оборудования. Рассказываем, как учитывать потери в проводах, отличать их от других причин снижения напряжения и выбирать способ компенсации.
У любого провода есть электрическое сопротивление. Оно зависит от материала, длины, сечения и температуры проводника. Дополнительное сопротивление создают клеммы, разъёмы и другие контактные соединения.
Падение напряжения рассчитывается по закону Ома:
ΔU = I × R
Здесь I — ток нагрузки, а R — суммарное сопротивление цепи подключения: прямого и обратного проводов, а также контактов.
Допустим, источник поддерживает на выходных клеммах 12 В. При токе 10 А и суммарном сопротивлении соединений 0,1 Ом падение составит:
10 А × 0,1 Ом = 1 В
В результате на нагрузке будет 11 В. При этом в проводах и контактах выделится 10 Вт тепла.
Для низковольтного оборудования даже небольшая абсолютная потеря может оказаться существенной: падение на 1 В при питании 12 В составляет более 8% напряжения.
При неизменном сопротивлении соединений падение напряжения растёт пропорционально току. Уменьшение сопротивления проводов и контактов позволяет снизить потери во всём рабочем диапазоне.
Источник питания без выносной обратной связи стабилизирует напряжение на своих выходных клеммах. Сопротивление подключённых проводов находится за пределами этой точки регулирования.
Если на выходных клеммах напряжение соответствует установленному значению в пределах характеристик прибора, а на нагрузке оно ниже из-за сопротивления соединений, само по себе это не является признаком неисправности источника питания.
Однако заметное падение напряжения требует внимания к подключению. Слишком тонкие или длинные провода, ослабленные клеммы и ненадёжные контакты увеличивают потери и нагрев. Компенсация напряжения не заменяет исправную проводку.
Сначала сравнивают напряжение непосредственно на выходных клеммах источника и на входных клеммах нагрузки при одинаковом, установившемся режиме работы. Измерение без нагрузки не покажет потери, возникающие при рабочем токе.
Затем проверяют режим источника:
Если напряжение снижено уже на клеммах источника, нужно проверить настройки, режим работы, нагрузку и допустимые характеристики прибора. Причину нельзя автоматически списывать на провода.
Все изменения подключений выполняют при отключённом выходе и после проверки отсутствия напряжения, соблюдая требования паспорта конкретной модели.
Первый шаг — сократить сами потери:
Этот способ одновременно уменьшает падение напряжения и нагрев. Особенно он важен при больших токах и низком напряжении питания.
При стабильной нагрузке можно увеличить установленное напряжение источника, контролируя фактическое напряжение непосредственно на нагрузке.
Например, если при рабочем токе на проводах теряется 1 В, повышение напряжения на выходных клеммах с 12 до 13 В позволит получить на нагрузке около 12 В — при сохранении этого тока и сопротивления соединений.
Такая коррекция подходит для предсказуемого режима работы. Если ток уменьшится, падение на проводах также уменьшится, а напряжение на нагрузке повысится. Поэтому нельзя просто добавить постоянный запас напряжения без учёта изменения нагрузки.
После замены проводов или изменения схемы подключения настройку проверяют заново. Напряжение должно оставаться в допустимых пределах для источника и подключённого оборудования.
В моделях с программной компенсацией задают сопротивление соединительных проводов. Источник учитывает текущий ток и автоматически увеличивает выходное напряжение на расчётную величину потерь.
В отличие от постоянной ручной поправки, такая компенсация изменяется вместе с током нагрузки.
Сопротивление цепи можно оценить по измеренному падению напряжения при известном ненулевом токе:
R = (U на клеммах источника − U на нагрузке) / I
Для расчёта учитывают оба силовых провода и контактные соединения. Полученное значение вводят в единицах, предусмотренных настройками прибора.
Точность компенсации зависит от правильности заданного сопротивления. После изменения длины, сечения или соединений его необходимо проверить. Завышенное значение может привести к избыточному напряжению на нагрузке.
Выносная обратная связь, или Remote Sense, позволяет источнику контролировать напряжение непосредственно в точке подключения нагрузки.
Для этого используют четыре провода: два силовых передают ток, а два измерительных подключают входы SENSE к клеммам нагрузки. Ток в измерительных проводах мал, поэтому падение напряжения на них значительно меньше, чем в силовой цепи.
Источник получает информацию о напряжении на нагрузке и корректирует выходное напряжение, компенсируя потери в пределах возможностей конкретной модели.
SENSE особенно полезна, когда ток меняется, а напряжение на нагрузке нужно поддерживать с высокой точностью. При этом она не устраняет нагрев силовых проводов и не увеличивает допустимые ток и мощность источника.
Наличие функции, допустимую величину компенсации и порядок подключения проверяют по паспорту. Измерительные провода SENSE не предназначены для передачи силового тока.
При небольших потерях часто достаточно правильно подобрать провода и обеспечить надёжные контакты. Для стабильной нагрузки может подойти ручная коррекция напряжения. При изменяющемся токе полезны программная компенсация или выносная обратная связь SENSE — если они предусмотрены выбранной моделью.
