開關電源是模擬電路設計中不可跨越的一道門檻,同時很多朋友對開關電源設計感到神秘而好奇,究其原因,是因為對電感,電容,電阻等一些列元器件的本質屬性還不是特別清晰。
今天和大家分享的就是在功率變換中的一些本質性概念和理解。
1.功率變換器:??
是將能量進行轉換的電路設計。其目的是將原有能量經過變換器的加工,成為負載能夠使用的能量。??
常見的功率變換器就是各種的工業開關電源,各種家用設備的適配器等等:
?2.功率變換器具體工作過程:??
是從上一級電源吸取能量,通過開關管(如晶體管)將原有能量切割成一份一份的能量包,再通過電感電容這樣的儲能但是理論上不消耗能量的元器件將能量匯總,在輸出端匯總以后的能量(如形成的電源),便是后級負載需要使用的能量,最終這些能量供給負載消耗。
總結:輸入源-》功率變換-》輸出端匯總-》負載消耗
3.功率變換器為什么主要構成是開關管和電感電容???
功率變換目的是為后端提供高效的能量,因此首先選擇無阻性【理論上】消耗的電感和電容作為主要儲能元器件,能量一旦流經較大電阻,必定是電壓和電流形式,這樣會產生功率損耗,進而會提高溫度,而這就意味著能量轉換效率降低。因此在功率電源變換器中主要拓撲元器件便使用了開關管,電感和電容這類的儲能而不消耗能量的元器件。
4.功率變換器的效率為什么達不到百分之百???
這個問題可以簡單的在宏觀上利用能量守恒來解釋,那就是常溫環境下能量的轉換必然帶有損失,比如器件發熱,這部分能量也來自上一級的能量,因為能量是不能憑空出現和消失的。??
輸入的能量=損耗的能量+給后級負載提供的能量。??
從具體元器件上看,雖然我們是用的主要元器件是無損的電感和電容,但是開關管,電感,電容這些器件是實際的元器件,并不是理想的模型。
因此在開關管開關時有損耗,有導通內阻,電感有DCR,電容有ESR,而且實際電路也不是只由這三種元器件構成,因此在電路中到處都有阻值很小電阻的存在,這些電阻在能量流過時,會產生一定的損耗,其中大部分都會變成熱量損耗掉。因此效率上不能夠達到100%。??
雖然目前的電源還不能夠達到100%的效率,但是目前的設計可以達到90%以上,一般應用場景也夠用了,而且隨著技術的提高,效率也在不斷的上升。
我們工程師在設計時,考慮的是要在效率和成本之間尋求最優點,而且在商用產品上,產品上市時間也是一定的優勢因素考量。???
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