Warum können Sie eine Spule nicht verwenden, um 5 Volt Gleichstrom in 12 Volt Gleichstrom umzuwandeln?

Warum können Sie nicht einfach einen Spulentransformator verwenden, wenn Sie anstelle eines Aufwärtswandlers 240 Volt aus einer Autobatterie holen möchten? Ich habe einen Thread gefunden, der mein Interesse geweckt hat - Wie wandle ich 5 V in 12 V um? . Ich möchte etwas Ähnliches tun, damit ich Dinge wie einen Laptop über einen tragbaren 5-V-Telefonakku aufladen kann.

Transformatoren haben keine feste Richtung. Sie könnten, wenn Sie ein Wechselstromsignal mit niedriger Spannung und hohem Strom an der Sekundärseite anlegen, ein Signal mit hoher Spannung und niedrigem Strom an der Primärseite erhalten. Aber es hängt von der Last ab, die Effizienz ist gering, sperrig. Wie bei i.stack.imgur.com/IsFNt.gif handelt es sich um einen Transformator, der "rückwärts" verwendet wird, um den Klingelton eines Telefons von einer 9-V-Quelle aus zu läuten.
Die 5-V-Batterie zum Laden eines Telefons gibt eine Gleichspannung aus. Sie müssten eine Wechselspannung in einer Spule erzeugen, um eine höhere oder niedrigere Wechselspannung zu erhalten.
Ich habe das entworfen: falstad.com/circuit/… in einem Zirkulationssimulator würde das funktionieren?
@ J. Clarke nein. nein wird es nicht. Nicht von einer DC-Batterie. Auch 18 Ampere bei 12 V für 100 mA bei 5 V? wow das ist schlimm.
@Passerby Warum funktioniert es nicht mit einer Gleichstrombatterie?
@J.Clarke Es gibt einige Konzepte, die verstanden werden müssen, bevor Sie auf Transformatoren, Wechselstrom, Gleichstrom usw. umsteigen. Wenn ich versuche, Ihnen zu erklären, warum Gleichspannungen nicht durch Transformatoren erhöht oder verringert werden können, würde ich das schaffen mehr Zweifel als Wissen. Mein Vorschlag ist also, dass Sie versuchen, einfachere Komponenten zu untersuchen, als direkt zu Transformatoren zu gehen. Es mag nicht so kompliziert erscheinen, aber Transformatoren sind in der Tat ein komplexes Thema. Überprüfen Sie Widerstände, Kondensatoren und hauptsächlich Induktivitäten, die die Grundlage von Transformatoren bilden.
@PDuarte Nur um das klarzustellen, ich habe Gleichstrom-Aufwärtswandler, Kondensatoren, Widerstände gelernt und gebaut und einfach gelernt, wie man Dioden und Wechselstrom-zu-Gleichstrom-Umwandlung verwendet, "drahtlose Elektrizität", wie eine Schienenkanone funktioniert und ein paar andere Komponenten wie Oszillatoren und Spannungsregler. Was soll ich jetzt lernen?
Soweit ich mich erinnere, ist der Ausgang eines Transformators proportional zur Ableitung des Eingangs. (Eingang -> Fluss, Flussänderung -> Ausgang). Die Ableitung einer Sinuswelle ist eine andere Sinuswelle, aber die Ableitung einer konstanten Funktion ist Null.
Immibis... Glaubst du nicht, dass das Wort Derivat für einen 15-Jährigen etwas technisch zu verstehen ist?
Ich verstehe alles, was auf dieser Seite gepostet wird. Ich habe Aspergus und einen hohen IQ, es ist sowohl ein Fluch als auch ein Segen;)
@J.Clarke Ich würde Ihnen also empfehlen, sich zunächst mit Induktivitäten und gegenseitiger Induktivität zu befassen. Sobald die gegenseitige Induktivität verstanden ist, ist es leicht herauszufinden, warum Transformatoren nur mit Wechselstrom funktionieren.
@soosai-Derivat ist wie eine Mittelschule oder Highschool-Mathematik.

Antworten (4)

Nur um das klarzustellen: Wir sprechen über die Umwandlung von 5 V DC in 12 V DC .
Die Frage von 2013 dreht sich um DC-DC. Außerdem gibt es einen DC-DC-Wandler .

Damit ein Transformator funktioniert, muss in ihm ein veränderliches Magnetfeld erzeugt werden. Der variierende Strom in der ersten Wicklung (der sogenannten "Primär"-Wicklung) erzeugt ein variierendes Magnetfeld, das wiederum eine elektromotorische Kraft in der Sekundärwicklung erzeugt. Dies passiert nicht, wenn die Primärseite mit reinem Gleichstrom gespeist wird.

Trotzdem ist es möglich, einen transformatorbasierten DC-DC-Wandler herzustellen. Gleichstrom wird zerhackt, so dass der Transformator mit variierendem Strom gespeist wird. Dies geschieht normalerweise mit Halbleiterschaltern. Der Ausgang der Sekundärwicklung des Transformators wird gleichgerichtet, wodurch eine Ausgangsgleichspannung erzeugt wird.

Für eine kleine Spannungserhöhung (Faktor 6x oder weniger) ist ein spulenbasierter Aufwärtswandler normalerweise praktischer als ein transformatorbasierter (im Allgemeinen, obwohl es wichtige Ausnahmen gibt).

Ich wusste nicht, dass Sie Tags einbetten können. Danke! :)
Wenn ich also einen Oszillator zwischen die 5-V-Gleichstromversorgung und die Spule stecke, könnte es funktionieren?
Wenn Sie den Ausgang des Oszillators in die Primärwicklung des Transformators einspeisen, sehen Sie Wechselstrom auf der Sekundärwicklung. Es könnte also funktionieren.

Sie fragen sich wahrscheinlich, warum Ihre Falstad-Schaltung zu funktionieren scheint. Das Problem liegt nicht am Simulator. CircuitLab zeigt das gleiche Verhalten.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Dies geschieht unter folgenden Bedingungen:

  1. Die DC-Quelle ist ideal (kein Widerstand).
  2. Der Transformator ist ideal (kein Verlust oder primärseitiger Widerstand).

Wenn Sie eine Spannung an eine Spule anlegen, steigt der Strom mit der Zeit an. Wenn es einen Widerstand gibt, wird sich der Strom schließlich ausgleichen (DC), an diesem Punkt tut die Induktivität nichts. Aber ohne Widerstand kann der Strom für immer ansteigen.

Bei einem idealen Transformator erzeugt dieser endlos ansteigende Strom auf der Sekundärseite eine Gleichspannung und einen Gleichstrom. Ideale Transformatoren arbeiten also bei Gleichstrom. Aber den idealen Transformator gibt es nicht. Fügen Sie einen kleinen Widerstand wie 0,1 Ohm zwischen Ihrer Spannungsquelle und dem Transformator hinzu, und Sie werden sehen, dass der sekundärseitige Ausgang ziemlich schnell abfällt.

Ich vermute, dass dies schon einmal gefragt wurde, aber ich habe es bei einer flüchtigen Suche nicht gefunden, also gebe ich hier eine kurze Antwort.

Spulen übertragen Energie nur dann effektiv, wenn sich der Strom durch die Spule ändert. In einem Gleichstromkreis ändert sich der Strom durch die Spule(n) nur merklich, unmittelbar nachdem der Stromkreis zum ersten Mal geschlossen wurde, und dann gleich wieder, nachdem der Stromkreis wieder geöffnet wurde. Der Strom baut sich auf, bis die Widerstandsverluste in der Spule oder die Quellenimpedanz die gesamte verfügbare Leistung verschwenden, ohne dass eine sinnvolle Energieübertragung von einer Spule zur anderen erfolgt.

Für eine (wahrscheinlich bessere) tiefergehende Erklärung sieht dieser Artikel interessant aus.

Könnte das: falstad.com/circuit/… funktionieren?
Ich habe es in einem Schaltungssimulator entworfen, die Glühbirne ist nur eine Dummy-Last und die Gleichspannungsversorgung wäre ein 5-V-Telefonakku. Könnte ich damit 12-V-Geräte mit niedriger Wattleistung aufladen (sehr niedrige Wattleistung von weniger als 10 W)
@J.Clarke Nein, Transformatoren funktionieren nicht für Gleichstrom. Sie können nicht einfach Dinge in einen Simulator werfen, Sie müssen eine Schaltung entwerfen und dann den Simulator verwenden, um zu überprüfen , ob sich Ihr Design wie erwartet verhält.
+1 @uint128_t Ich stimme zu. Simulatoren können Ihre kleinen Fehler durchaus abfangen , sind aber oft nicht darauf programmiert, größere Dinge (wie das Einspeisen von Gleichstrom in einen Transformator) zu "fangen", von denen die Designer einfach nicht erwartet haben, dass irgendjemand es versucht. In diesem Fall sieht es so aus, als wäre genau das mit Ihrer Simulation passiert.
@J.Clarke Dies ist auch ein geeigneter Zeitpunkt, um darauf hinzuweisen, dass dieser Simulator Müll ist, da er Transformatoren eindeutig nicht genau modelliert. Es gibt viele andere Simulatoren, die wesentlich leistungsfähiger sind, LTSpice ist kostenlos und relativ einfach zu bedienen. Mein obiger Punkt gilt jedoch immer noch: Ein Simulator wird besser verwendet, um nach Fehlern in einem Design zu suchen, und nicht, um eine Schaltung von Grund auf neu zu entwerfen.
@uint128_t Vielleicht ist es nicht ganz so dumm, wie ein "erster Blick" uns glauben machen würde. Ich bemerke, dass er eine Diode und eine Kappe installieren musste, um es zum "Glitch" zu bringen. Ich habe keine spezifischen Werte angezeigt, aber der Simulator könnte eine Wechselstromtransformation vorhersagen, indem er die Kappe und die Last als "Tank" -Resonator verwendet, um Schwingungen zurück zur Batterieseite zu treiben, wo die nichtlineare Wirkung der Diode möglicherweise auftreten könnte genug verstärken, um die Schwingungen und damit die wechselstromgekoppelte Leistungsübertragung aufrechtzuerhalten. Damit zeigt es offensichtlich nicht die erklärte Absicht des OP.
@RobhercKV5ROB Hmm, interessant. Ich wusste nicht, dass die Diode und die Kappe notwendig sind, damit dieses Verhalten funktioniert. Das ist merkwürdiges Verhalten.
@ uint128_t Ich garantiere nicht, dass das funktioniert ... nur eine Vermutung, dass diese Komponenten so aussehen, als würden sie es plausibler machen und erklären könnten, warum ein vernünftiger Simulator zeigen könnte, dass die Schaltung funktioniert . Was die Herstellung eines Schwingkreises betrifft, der wirklich alles erreichen würde, bin ich mir nicht sicher, ob ich bereit wäre, so oder so zu wetten, aber es sieht so aus, als hätte er eine Ähnlichkeit (abzüglich des Transistors) mit dem selbsterregenden "Mikro-SSTC". Tesla-Spulentreiberschaltungen, die ich gesehen habe, wie diese: hackadaycom.files.wordpress.com/2014/12/diagram.png - - Ich bin mir nicht sicher, ob ich darauf wetten würde, dass es im IRL funktioniert;)
Sie sagen, der Strom durch die Spule ändert sich erst nach dem Schließen des Stromkreises merklich. Ist das nicht gegen das Verhalten eines Induktors? Der Strom soll exponentiell von 0 anwachsen, bevor er sich auf einen Wert einpendelt, der dem nahe kommt, was er wäre, wenn der Induktor nicht vorhanden wäre. Übersehe ich etwas?
@TisteAndii Das ist eigentlich genau der Punkt, den ich zu vermitteln versuchte. Sofern Sie keine (physikalisch MASSIVE) Induktivität mit unangemessen hohem Wert haben, wird sich der Strom durch die Induktivität von einer Gleichstromquelle viel zu schnell auf einen (unglaublich nahen) reinen Widerstandswert einpendeln, um als Transformator wirklich von Nutzen zu sein ( bei den meisten vernünftigen leiterplattenmontierten Induktivitäten würde dies wahrscheinlich nur wenige Millisekunden dauern).
Ok ... Sie meinen die Induktivität an der Primärwicklung des Transformators ... der Strom in der Primärwicklung pendelt sich zu schnell ein, um eine EMK in der Sekundärwicklung zu induzieren, oder?
@TisteAndii, um eine *anhaltende*/nützliche EMF in der Sekundarstufe zu induzieren, ja.

Ich glaube, ich habe meine Frage gelöst, indem ich einfach einen Aufwärtswandler verwende (dumm, ich: p), weil es nicht sehr optimal ist, es auf andere Weise zu tun. Sie können jedoch Folgendes tun:
Gleichstromquelle -> Oszillator -> Transformator -> Gleichrichter -> Ausgang

Wenn Sie einen DC/DC-Wandler mit Flyback-Topologie verwenden, ist dies ziemlich genau das, was er intern tut (obwohl eine vollständige Beschreibung der Funktion der Flyback-Topologie etwas komplexer ist). - FYI, die meisten tragbaren (batteriebetriebenen) 5-V-Ladegeräte für Mobiltelefone verwenden bereits einen DC-DC-Wandler, um den 1,2-4,2-Batterieausgang (abhängig von den verwendeten Batterien) auf den 5-V-Ausgang zu erhöhen. Möglicherweise finden Sie es effizienter, eine Batterie und einen 12-V-Aufwärtswandler zu kaufen, um sie selbst zusammenzustellen, als DC/DC-Wandler in Kaskade zu schalten, indem Sie die Leistung des Zellenladegeräts "erneut verstärken".
@RobhercKV5ROB Danke, das ist genau die Art von Antwort, nach der ich suche. Ein Aufwärtswandler baut also einfach eine elektrische Ladung (elektromagnetisches Feld) in der Induktorspule auf, dann unterbricht der Mosfet die Stromversorgung, wodurch er abstürzt, und die Ladung fließt mit einer höheren Spannung / Ampere durch den Draht zurück und wird durch einen Kondensator geglättet nach dem Weg? ist das richtig?
So funktioniert ein DC/DC-Wandler mit einer einzelnen Induktivität (egal ob Boost-, Buck- oder Buck-Boost-Topologie) (naja, technisch gesehen handelt es sich eher um ein Magnetfeld als um eine elektrische Ladung). In diesen Schaltungen wird der Induktor "geladen", während das Schaltgerät (normalerweise MOSFET) "an" ist, und entlädt sich dann durch die Last und die Diode, wenn das Schaltgerät "aus" ist. - Dieser Wikipedia-Artikel erklärt die Theorie wahrscheinlich besser als ich es in Kommentaren hier kann: en.wikipedia.org/wiki/DC-to-DC_converter#Electronic_conversion
Beim zweiten Lesen ist ein weiteres technisches Detail, dass in einem Aufwärtswandler der Mosfet normalerweise den Induktor mit GND verbindet, wenn er leitet, und die Quelle immer in den Induktor einspeist (während die Diode verhindert, dass sich der Kondensator durch den MOSFET entlädt. In den meisten / Bei allen "normalen" Einzelinduktor-Wandlern ändert der Strom durch den Induktor niemals die Richtung, obwohl in Buck-Boost-Topologien mit einem Induktor die Polarität des Induktorstroms für die Last umgekehrt erscheint , im Gegensatz zu seinem Aussehen für die Stromversorgung.
Warum können Sie eine Spule nicht verwenden, um 5 Volt Gleichstrom in 12 Volt Gleichstrom umzuwandeln?
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