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高频开关电源调整功率高的原因
摘要:开关调整器功率高的原因之一是利用了开关管(而不是等效成电阻的晶体管,拜见LDO)。现代开关电源功率高的另一个根本原因是有用利用了电容和电感。电容和电感是电抗元件,它们具有共同的储能才能。它们从来不耗费能量(最少本身不耗费能量),仅把输入的能量贮存起来!电阻元件会耗费能量,并且惋惜的是它不能储能。
开关调整器功率高的原因之一是利用了开关管(而不是等效成电阻的晶体管,拜见LDO)。现代开关电源功率高的另一个根本原因是有用利用了电容和电感。电容和电感是电抗元件,它们具有共同的储能才能。它们从来不耗费能量(最少本身不耗费能量),仅把输入的能量贮存起来!电阻元件会耗费能量,并且惋惜的是它不能储能。
电容贮存的能量称为静电能,巨细等于(1/2)×C×V2,其间C为电容量(单位为F),V为电容两头电压。电感贮存的能量称为磁能,巨细等于(1/2)×L×I2,其间L为电感量(单位为H),I为(恣意给定时间)流过电感的电流。
但问题是:除了显着的功率要素外,从原理上讲,真的需求电抗元件吗?例如,线性调整器就不是真的需求输入或输出电容,由于串联导通器材(如BJT)完全用于封阻过剩的电压。可是,对开关调整器而言,推论大不相同。其作业方式符合通常开关功率改换逻辑,总结如下。
需求用开关管来建立输出电压操控,完成电压调整。它作业在开关状况,原因是:操控器材的损耗等于其两头电压与流过电流的乘积,即V×I。所以,假如V或I为零(或很小),那么损耗就为零(或很小)。经过不断地在ON(导通)和OFF(关断)两种开关状况之间改换,就能下降损耗。与此同时,经过操控导通时间与关断时间之比,就能依据均匀能量流理论来调整输出。
每次开关动作都能有用断开输入或输出(不管作业在ON状况仍是OFF状况)。可是,输出(负载)一直需求接连的能量流。因而,需求在改换器的某些位置引进储能元件。特别是在输入输出断开时,需求用输出电容来保持稳定的负载电压。
一旦引进电容,就需求约束其间流过的浪涌电流。一切直接接入直流电源的电容都会遭遇不可控的浪涌电流。它不只致使噪声和电磁搅扰,并且会下降功率。当然,可以简略有利地势用电阻来按捺浪涌电流,实际上前期的桶式调整器即是选用这种方法(如图1-2所示)。
不幸的是,电阻总要耗费功率。所以,开关管上削减的损耗也许终究会被电阻上添加的损耗抵消掉。因而,为了最大极限地进步功率,改换过程中只运用电抗元件。从原理上讲,电抗元件不只可以储能,并且不耗费任何能量。所以,电感(和电容)变成终究的选择,并且电感的无损限流(约束电流上升率)才能正好能按捺电容的浪涌电流。
上述逻辑分析会跟着评论的深入而逐步明晰。并且,一旦电感储能,就不能简略地开释。需求慎重处理!事实上,这正是往后设计有用改换器时要做的作业。
电容贮存的能量称为静电能,巨细等于(1/2)×C×V2,其间C为电容量(单位为F),V为电容两头电压。电感贮存的能量称为磁能,巨细等于(1/2)×L×I2,其间L为电感量(单位为H),I为(恣意给定时间)流过电感的电流。
但问题是:除了显着的功率要素外,从原理上讲,真的需求电抗元件吗?例如,线性调整器就不是真的需求输入或输出电容,由于串联导通器材(如BJT)完全用于封阻过剩的电压。可是,对开关调整器而言,推论大不相同。其作业方式符合通常开关功率改换逻辑,总结如下。
需求用开关管来建立输出电压操控,完成电压调整。它作业在开关状况,原因是:操控器材的损耗等于其两头电压与流过电流的乘积,即V×I。所以,假如V或I为零(或很小),那么损耗就为零(或很小)。经过不断地在ON(导通)和OFF(关断)两种开关状况之间改换,就能下降损耗。与此同时,经过操控导通时间与关断时间之比,就能依据均匀能量流理论来调整输出。
每次开关动作都能有用断开输入或输出(不管作业在ON状况仍是OFF状况)。可是,输出(负载)一直需求接连的能量流。因而,需求在改换器的某些位置引进储能元件。特别是在输入输出断开时,需求用输出电容来保持稳定的负载电压。
一旦引进电容,就需求约束其间流过的浪涌电流。一切直接接入直流电源的电容都会遭遇不可控的浪涌电流。它不只致使噪声和电磁搅扰,并且会下降功率。当然,可以简略有利地势用电阻来按捺浪涌电流,实际上前期的桶式调整器即是选用这种方法(如图1-2所示)。
不幸的是,电阻总要耗费功率。所以,开关管上削减的损耗也许终究会被电阻上添加的损耗抵消掉。因而,为了最大极限地进步功率,改换过程中只运用电抗元件。从原理上讲,电抗元件不只可以储能,并且不耗费任何能量。所以,电感(和电容)变成终究的选择,并且电感的无损限流(约束电流上升率)才能正好能按捺电容的浪涌电流。
上述逻辑分析会跟着评论的深入而逐步明晰。并且,一旦电感储能,就不能简略地开释。需求慎重处理!事实上,这正是往后设计有用改换器时要做的作业。