电流

电流、电压、电阻、功率是电子电路中的重要技术参数,相关参量都可以根据其基本原理计算得出。本文主要对电流、电压、电阻、功率参数换算关系及电路中的特性进行介绍。

一、电流、电压、电阻、功率关系式

电流、电压、电阻、功率等参数间有以下换算关系。

功率=电流*电压

功率=电压*电流

电流=电压/电阻

功率:符号P单位W;

电压:符号U单位V;

电阻:符号R单位Ω;

电流:符号I单位A;

二、电流、电压、电阻、功率在通用电路中的关联关系

01. 串联电路关联特性

在串联电路中电流、电压、电阻、功率等主要由以下关联关系。

电流处处相等:I1=I2=I;

总电压等于各用电器两端电压之和:U=U1+U2;

总电阻等于各电阻之和:R=R1+R2;

电路中电器两端电压之比等于电阻之比:U1:U2=R1:R2;

总电功等于各电功之和:W=W1+W2;

各电功之比等于电阻之比和端电压之比:W1:W2=R1:R2=U1:U2;

各功率之比等于电阻之比和端电压之比:P1:P2=R1:R2=U1:U2;

总功率等于各功率之和:P=P1+P2。

02. 并联电路关联特性

总电流等于各处电流之和:I=I1+I2;

各处电压相等:U1=U2=U;

总电阻等于各电阻之积除以各电阻之和:R=(R1R2)/(R1+R2);

总电功等于各电功之和:W=W1+W2;

电流之比等于电阻反比:I1:I2=R2:R1;

各电功之比等于电流之比和电阻反比:W1:W2=I1:I2=R2:R1;

各功率之比等于电阻反比和电流之比:P1:P2=R2:R1=I1:I2;

总功率等于各功率之和 P=P1+P2。

三、通用电路中相关参量的关系式

01. 电阻R

① 电阻等于材料密度乘以(长度除以横截面积):R=ρ×(L/S);
② 电阻等于电压除以电流:R=U/I ;
③ 电阻等于电压平方除以电功率:R=U^2/P;

02. 电功W

① 电功等于电流乘电压乘时间:W=UIT;
② 电功等于电功率乘以时间:W=PT;
③ 电功等于电荷乘电压:W=QU;
④ 电功等于电流平方乘电阻乘时间:W=I^2*RT(纯电阻电路);
⑤ 电功等于电压平方除以电阻再乘以时间:W=U^2*T/R(纯电阻电路);

03. 电功率P

① 电功率等于电压乘以电流:P=UI;
② 电功率等于电流平方乘以电阻:P=I^2*R(纯电阻电路);
③ 电功率等于电压平方除以电阻:P=U^2/R(纯电阻电路);
④ 电功率等于电功除以时间:P=W/T;

04. 电热Q

① 电热等于电流平方乘电阻乘时间:Q=I^2*Rt;
② 电热等于电流乘以电压乘时间:Q=UIT=W(纯电阻电路);
③ P、V、I三者之间的关系:

对于直流电来说——功率=电流×电压

对于交流电来讲——功率=电流×电压×功率因素(COSΦ)

例如——COSΦ设定为:0.75
1000W三相电流:1000W÷(380V×0.75)=3.5A(安培)
1000W单相电流:1000W÷(220V×0.75)=6.4A(安培)

交流电在通过纯电阻的时候,电能都转成了热能,而在通过纯容性或者纯感性负载的时候,并不做功。也就是说没有消耗电能,即为无功功率。当然实际负载,不可能为纯容性负载或者纯感性负载,一般都是混合性负载,这样电流在通过它们的时候,就有部分电能不做功,就是无功功率,此时的功率因数小于1,为了提高电能的利用率,就要进行无功补偿。

四线路功率负荷相关计算式

功率的基本计算公式为——功率W(P)=电流A(I)*电压V(U)。

我国的家用市电电压一般是220V,则家用线路负荷容量计算如下:

1.5平方毫米的线电流=10A;承载功率=10A*220V=2200W;

2.5平方毫米的线电流=16A;承载功率=16A*220V=3520W;

4 平方毫米的线电流=25A;承载功率=25A*220V=5500W;

6 平方毫米的线电流=32A;承载功率=32A*220V=7064W;

而不同制冷功率空调的驱动电功率如下:

比如:

三级能效空调1P=726W;

三级能效空调1.5P=1089W;

三级能效空调2P=1452W;

三级能效空调3P=2178W;

因为空调在开启的一瞬间最大峰值可以达到额定功率的2~3倍,依最大值3倍计算:

1P空调的开机瞬间功率峰值是726W*3=2178W,则选择不小于1.5平方的线。

1.5P空调的开机瞬间功率峰值是1089W*3=3267W,则选择不小于2.5平方的线。

2P的空调的开机瞬间功率峰值是1452W*3=4356W,则选择不小于4平方的线。

3P的空调的开机瞬间功率峰值是2178W*3=6534W,则选择不小于6平方的线。

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通常在开关电源起动时,可能需要输入端的主电网提供短时的大电流脉冲,这种电流脉冲通常被称为“输入浪涌电流(inrush current)”。输入浪涌电流首先给主电网中的断路器(main circuit breaker)和其它熔断器的选择造成了麻烦:断路器一方面要保证在过载时熔断,起到保护作用;另一方面又必须在输入浪涌电流出现时不能熔断,避免误动作。其次,输入浪涌电流会产生输入电压波形塌陷,使供电质量变差,进而影响其它用电设备的工作。

出现输入浪涌电流的原因

如图1所示的开关电源中,输入电压首先经过干扰滤波,再通过桥式整流器变成直流,然后通过一个很大的电解电容器进行波形平滑,之后才能进入真正的直流/直流转换器。输入浪涌电流就是在对这个电解电容器进行初始充电时产生的,它的大小取决于起动上电时输入电压的幅值以及由桥式整流器和电解电容器所形成回路的总电阻。如果恰好在交流输入电压的峰值点起动时,就会出现峰值输入浪涌电流。

图1 开关电源输入端简图

限制开机浪涌电流的五种对策大比拼

方案一

最常用的输入浪涌电流限制方法:串联负温度系数热敏限流电阻器(ntc)

图2 串联NTC限制开机浪涌电流

串联负温度系数热敏限流电阻器ntc无疑是目前为止最简单的抑制输入浪涌电流的方法。因为ntc电阻器会随温度升高而降低。在开关电源起动时,ntc电阻器处于常温,有很高的电阻,可以有效地限制电流;而在电源起动之后,ntc电阻器会由于自身散热而迅速升温至约110ºc,电阻值则减少到室温时的约十五分之一,减少了开关电源正常工作时的功率损耗。

优点:

电路简单实用、成本低

缺点:

1. ntc电阻器的限流效果受环境温度影响较大:如果在低温(零下)起动时,电阻过大,充电电流过小,开关电源可能无法起动;如果在高温起动,电阻器的阻值过小,则可能达不到限制输入浪涌电流的效果。

2. 限流效果在短暂的输入主电网中断(约几百毫秒数量级)时只能部分地达到。在这个短暂的中断期间,电解电容器已被放电,而ntc电阻器的温度仍很高,阻值很小,在需要电源马上重新起动时,ntc无法有效地实现限流作用。

3. ntc电阻器的功率损耗降低了开关电源的转换效率。

方案二

在做微小功率的开关电源时,直接使用功率电阻限制浪涌电流。

图3 直接串联功率电阻限制浪涌电流(只适合微小功率开关电源)

优点:

电路简单、成本低、对浪涌电流的的限制方面几乎不受高低温的影响

缺点:

只适合微小功率开关电源

对效率影响很大

方案三

NTC热敏电阻与普通功率电阻并联的方式来限制浪涌电流

图4 NTC热敏电阻与功率电阻并联的方式来抑制开机浪涌电流

常温起机时,功率电阻与热敏电阻并联后的阻值来限制浪涌电流,在低温起机时NTC热敏电阻的阻值急剧升高但功率电阻阻值基本是不变的能保证低温启动,不过在高温实验时浪涌电路也很大。

优点:

简单实用、对于常温和低温起机时效果不错

缺点:

效率影响较大

高温浪涌电流大

方案四

串联固定电阻器配合晶闸管,来限制输入浪涌电流

图5 串联固定电阻器配合晶闸管来限制开机浪涌电流

上电时,Vs截止,电流经过R1,R1起到限流作用,达到一定条件,VS导通,将R1断路。是效率损失大大降低。

优点:

功耗低

对浪涌电流的的限制方面几乎不受高低温的影响

缺点:

体积大、成本高

方案五

利用MOSFET开关管及延时网络电路进行浪涌电流抑制浪涌电流

图5 利用开关管延时电路进行浪涌电流抑制浪涌电流

电路工作的基本原理是:由于DC-DC开关电源的输入端接有容性滤波电路,当开机加电瞬间由于需要为滤波电容C1、C2充电,所以瞬间产生较大的浪涌电流,此时在母线输入的地线上介入的MOSFET(VT1)的漏原极之间并未导通,随着R2、R3、DZ1及CA1组成的延时电路给MOSFET(VT1)的栅极加电,是MOSFET(VT1)的漏源极逐渐导通,从而有效减小了开机瞬间由输入端的容性滤波电路充电而产生的浪涌电流值。当电路进入稳定工作状态下,其漏源极始终处于导通状态。

由于实际的开关电源产品产品设计中对于浪涌电流抑制不尽相同,可通过调节CA1的具体参数而获得不同的浪涌电流抑制的结果。

优点:

功耗低

常温、低温、高温对浪涌电流的限制效果都特别好

缺点:

体积大

成本高

小结

对于各种浪涌电流限制方案各自有各自的优势没有绝对的哪种方案更好,根据要求来选择对于各种电源产品的要求都不一样选择适合的就好。

来源:电源研发精英圈

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1、按理说,一个东西的负载电流,应该是它供给外部的电流,这时候也就是流出时,应该为正。

2、外接电阻一般是上拉,通常情况这种接法输出高电平时,内部输出开关管是截止状态,如果该引脚上有负载的话,负载电流经上拉电阻提供,引脚内部基本上不存在电流出入,(所以低功耗)

3、这么讲下去,当该脚输出低电平时(内部开关管导通,电压接近地),电流经电阻流入内部,这时候应该在单片机的相关技术文档中会详细说明单片机的工作电流,但总的来说,每个端口电流不要超过20毫安,否则容易使得器件损坏。描述为负

。IO口的灌电流最大30ma左右,拉电流更小了

一般来说上拉或下拉电阻的作用是增大电流,加强电路的驱动能力

比如说51的

还有,p0口必须接上拉电阻才可以作为io口使用

上拉和下拉的区别是一个为拉电流,一个为灌电流

一般来说灌电流比拉电流要大

也就是灌电流驱动能力强一些

拉电流与灌电流

51系列单片机的拉电流和灌电流是不同的。根据我的使用经验,标准I/O口的拉电流不大于1mA,灌电流最大约为10mA左右,P0口的驱动能力更差一些。

拉电流和灌电流是衡量电路输出驱动能力的参数,这种说法一般用在数字电路中。由于数字电路的输出只有高、低(0,1)两种电平值,高电平输出时,一般是对负载提供电流,其提供电流的数值叫“拉电流”;低电平输出时,一般是要吸收负载的电流,其吸收电流的数值叫“灌电流”。

文章来源:玩转单片机

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