開關電源是一種看似簡單,但卻異常復雜的電子系統。其中包含著很多有意思的問題,我放在這里,促使自己思考思考:
1.一般buck系統輸出電壓和輸入電壓是按開關管占空比計算的。比如說,24V輸入,輸出12V,那么占空比應該是50%。這個理論推導大多數情況下是不遵守的。因為這個是在開關電源滿量程下推導的。事實上,開關電源一般工作都會小于最大量程輸出。這里有一個前提,就是一個周期內輸入的能量會與輸出的能量相抵消。如果不能抵消呢?那么開關電源就會進入打嗝模式(輕跳模式),即連續幾個工作周期內有開關波形輸出,然后連續幾個周期內都沒有開關波形。保證輸入能量與輸出能量相等。從理論上講,可以認為是變成了頻率更低,占空比更低的一個開關波形。也可以理解為,開關電源的拓撲結構中的開關管控制的精度有限,在一個周期內可能占空比的分辨率只能到0.5%,想要實現0.01%的精度,只能用更多的周期來逼近。比如說,5% 4% 4% 4%的四個連續開關周期組合成了一個4.25%的占空比。
這讓我聯想到,DLP 投影儀和背投彩色電視機,其實也是這個原理,DLP 的核心芯片只能讓一個點變亮或者變滅,曝光燈光通過色輪投在DLP上,DLP 的反射光通過鏡頭射出。如果用高速攝像機 DLP 畫面,那么應該是能看到不同顏色的單色畫面。 通過人眼的暫留效應,進行空間合成。
軟件中也是如此,體積和速度,軟件可以用空間換時間,可以用時間換空間。
2.三種開關電源系統buck, boost, buck-boost,冷啟動時,都是由0狀態開始啟動到工作狀態。用于濾波的電容也是從0開始充電到規定的電壓。事實上,如果不加以限制,能產生很大的 In rush 電流。對系統造成不可逆的損傷。同理,在負載變動,輸出功率變化的情況下,都會出現 In rush 電流。 為什么會出現這種現象,還是控制電路的控制方法問題。一般開關電源的輸出都是恒壓源,只對電壓做追蹤控制。電壓時控制目標,開關管流過去的不是電壓,而是能量。應對能量加以控制和限制,而不是光禿禿的電壓。
3.Invert 是一種非常復雜的電源,尤其三相電的高頻PWM整流器是非常復雜的。控制方法多種多樣,五花八門。但往往我們忽視了一些最基本的電路認識。為什么Invert電源能做到能量的雙向流轉?那是因為AC->DC時,外面的AC電源、電感、開關管組成了一個boost,向高壓直流母線輸入能量;DC->AC時,直流母線作為電源,通過電感,開關管組成一個buck,向AC電源供電。由于市電AC源可相當于一個巨大的負載,而boost和buck又是一種內阻可變的電源(適當的控制方法)。即使AC線電壓來回翻轉,也不會影響電路的工作。這些最基本的知識,讓我明白了,再復雜的東西都是由簡單的東西復合而成,基礎往往比具體的技術更重要。
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開關電源
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原文標題:開關電源中的小啟示
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