Лабораторный БП vs Закон Ома
Что-то я совсем загрузился... Растолкуйте кто может: Возможна ли действительно независимая регулировка тока и напряжения на участке цепи?
1) Существуют и продаются повсюду лабораторные БП с возможностью отдельной регулировки напряжения и (ограничения) силы тока.
2) По закону Ома для участка цепи напряжение и сила тока на нагрузке связаны однозначно, и если в нее не вмешиваться, одно пропорционально другому с известным коэффициентом.
3) Сила тока в нагрузке ограничена не только напряжением, но и подводимой мощностью.
Таким образом, если напряжение на выходе гипотетического БП составит 10 В, его внутреннее сопротивление 1 Ом, и сопротивление нагрузки тоже 1 Ом, то по цепи должен течь ток 10/(1+1)=5 А. Развивая мощность 5*10=50 Вт. Но если на входе БП питает источник мощностью всего, скажем, 10 Вт, чему будет равна сила тока на выходе? И не нарушится ли при этом закон Ома? Другой пример - замкнутая на низкоомную нагрузку повышающая обмотка трансформатора. Казалось бы ток должен быть очень большим, но это не так.
Вопрос важен, в частности, для гальванотехники, где важно поддерживать и напряжение и ток на строго определенных значениях. Можно ли, если не увеличить ток сверх U/Rнагрузки, то хотя бы ограничить его не трогая ни U ни R (не путем уменьшения напряжения при слишком малом R, а путем дозирования мощности или заряда, который доступен для протекания через цепь в единицу времени)?
ШИМ позволяет контролировать средний ток за некоторый промежуток времени, но среднее напряжение также изменяется, а пульсации не всегда приемлемы.
Для лабораторного БП внутренним сопротивлением пренебрегаем т.к. оно достаточно мало. При токе ниже заданного поддерживается постоянное выходное напряжение. Когда сила тока достигает заданного значения ограничения при дальнейшем снижении сопротивления нагрузки выходное напряжение снижается на столько, что бы сила тока оставалась на заданном уровне. Иначе говоря, пока сопротивление нагрузки велико блок питания является стабилизатором напряжения, при малом сопротивлении нагрузки - стабилизатор тока.
Например установили выходное напряжение 10В и ограничение тока 1А. Подключаем нагрузку 20Ом и получаем напряжение на нагрузке 10В ток 0,5А. Подключив нагрузку 5 Ом получим ток 1А при напряжении 5В. Никакого нарушения закона Ома.
Вот только непонятно что в данном случае означает подводимая мощность, обычно, в таких случаях говорят о потребляемой мощности, которая зависит от параметров нагрузки. Если говорят, что мощность блока питания 10Вт, то имеется в виду, что при попытке подключить к нему бОльшую нагрузку произойдёт синижение выходного напряжения (ограничение тока), или сработает защита и он совсем отключится, или же он будет работать в недопустимом режиме и в итоге выйдет из строя.
А удерживать одновременно силу тока и напряжение на заданных значениях при различных сопротивлениях нагрузки никак не получится.
AlexF: Но если на входе БП питает источник мощностью всего, скажем, 10 Вт, чему будет равна сила тока на выходе?
Да просто упадет входное напряжение и ваш БП выйдет из режима стабилизации. А уж что он собой будет представлять в этом режиме и какое у него будет внутреннее сопротивление при этом, зависит от его схемотехники. Случай нетипичный и использовать такой режим в качестве рабочего как-то чтой-то не того. А самое главное, непонятно, зачем???
AlexF: важно поддерживать и напряжение и ток на строго определенных значениях
Что-то одно. Или... или... 
А вот и мой ответ, пока готовил, уже два появилось.
AlexF: Что-то я совсем загрузился... Растолкуйте кто может: Возможна ли действительно независимая регулировка тока и напряжения на участке цепи?
Какая тут независимая регулировка, все три параметра связаны, схема такая: к блоку питания подключен резистор, измеряем ток в цепи и напряжение на резисторе, I – ток, U – напряжение, R – сопротивление. Блок питания может работать в одном из двух режимов: или как стабилизатор напряжения, или как стабилизатор тока.
--
I=U/R
Изменяем напряжение (в случае, если блок питания работает как стабилизатор напряжения), изменяется ток (при постоянном сопротивлении).
--
U=I*R
Изменяем ток (в случае, если блок питания работает как регулируемый стабилизатор тока), изменяется падение напряжения на резисторе (при постоянном сопротивлении).
--
I=U/R
Изменяем сопротивление, изменяется ток, при постоянном напряжении на резисторе (в случае если блок питания работает как стабилизатор напряжения).
--
U=I*R
Изменяем сопротивление, изменяется падение напряжения на резисторе, (в случае если блок питания работает в режиме стабилизации тока).
--
AlexF: 1) Существуют и продаются повсюду лабораторные БП с возможностью отдельной регулировки напряжения и (ограничения) силы тока.
При превышении нагрузки, блок питания переключается с режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока.
AlexF: 2) По закону Ома для участка цепи напряжение и сила тока на нагрузке связаны однозначно, и если в нее не вмешиваться, одно пропорционально другому с известным коэффициентом.
Подчиняется закону Ома, только при расчетах нужно учитывать еще и внутренне сопротивление источника питания. Если блок питания - стабилизатор напряжения, то его внутреннее сопротивление равно нулю, а если БП стабилизатор тока (или не стабилизированный), тогда Rвнутр. больше нуля.
AlexF: 3) Сила тока в нагрузке ограничена не только напряжением, но и подводимой мощностью.
Мощность блока питания прямо связана с внутренним сопротивлением источника питания. Чем больше внутреннее сопротивление, тем меньше мощность.
В реальном (не идеальном источнике питания) ток в нагрузке можно увеличивать до тех пор, пока падение напряжение на внутреннем сопротивлении источника питания не увеличится до значения, когда не будет хватать напряжения на нагрузке. В этом случае блок питания перестанет стабилизировать напряжение.
AlexF: Таким образом, если напряжение на выходе гипотетического БП составит 10 В, его внутреннее сопротивление 1 Ом, и сопротивление нагрузки тоже 1 Ом, то по цепи должен течь ток 10/(1+1)=5 А. Развивая мощность 5*10=50 Вт. Но если на входе БП питает источник мощностью всего, скажем, 10 Вт, чему будет равна сила тока на выходе? И не нарушится ли при этом закон Ома?
Нет, ток будет равнятся 10 А, в случае если блок питания стабилизирует напряжение на выходе (на нагрузке 1 Ом). Реально картина выглядит так: При токе 10 А, 10 Вольт упадет на внутреннем сопротивлении источника. Значит ЕДС (электро движущая сила, или напряжение на холостую) источника питания должно быть больше 20-ти вольт, возьмем 25 В. Пять вольт должны падать на последовательно включенном стабилизаторе. Можно посчитать по закону Ома сопротивление регулирующего элемента стабилизатора R=U/I = 5/10=0,5 Ом. Теперь проверим еще раз закон Ома. I=U/R= (10+5+10)/(1+0,5+1)=10 Амер. Мощности тоже будут распределяться на три части, при том на внутреннем сопротивлении источника питания будет выделяться столько же, как и в нагрузке.
А если блок питания сможет дать только 10 Вт, то блок питания выйдет из режима стабилизации, и не даст 10 В на нагрузке 1 Ом, и закон Ома не нарушится.
AlexF: Вопрос важен, в частности, для гальванотехники, где важно поддерживать и напряжение и ток на строго определенных значениях.
Ток можно поддерживать стабилизатором тока, но напряжение будет гулять в зависимости от состояния жидкости и площади электродов. Просто можно ограничить напряжение сверху, чтоб не превышало какого-то макс. значения
Спасибо всем! Разобрался - теперь можно конструировать БП
АК: При превышении нагрузки, блок питания переключается с режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока.
Не все блоки питания способны переходить в режим стабилизации тока, при превышении нагрузки. Может срабатывать защита (отключение выхода), при превышении тока.