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开关电源中的小启示
分类:技术应用   日期:2017-06-15   来源:
开关电源是一种看似简单,但却异常复杂的电子系统。其中包含着很多有意思的问题,我放在这里,促使自己思考思考:
1.一般buck系统输出电压和输入电压是按开关管占空比计算的。比如说,24V输入,输出12V,那么占空比应该是50%。这个理论推导大多数情况下是不遵守的。因为这个是在开关电源满量程下推导的。事实上,开关电源一般工作都会小于最大量程输出。这里有一个前提,就是一个周期内输入的能量会与输出的能量相抵消。如果不能抵消呢?那么开关电源就会进入打嗝模式(轻跳模式),即连续几个工作周期内有开关波形输出,然后连续几个周期内都没有开关波形。保证输入能量与输出能量相等。从理论上讲,可以认为是变成了频率更低,占空比更低的一个开关波形。也可以理解为,开关电源的拓扑结构中的开关管控制的精度有限,在一个周期内可能占空比的分辨率只能到0.5%,想要实现0.01%的精度,只能用更多的周期来逼近。比如说,5% 4% 4% 4%的四个连续开关周期组合成了一个4.25%的占空比。
这让我联想到,DLP 投影仪和背投彩色电视机,其实也是这个原理,DLP 的核心芯片只能让一个点变亮或者变灭,曝光灯光通过色轮投在DLP上,DLP 的反射光通过镜头射出。如果用高速摄像机 DLP 画面,那么应该是能看到不同颜色的单色画面。 通过人眼的暂留效应,进行空间合成。
软件中也是如此,体积和速度,软件可以用空间换时间,可以用时间换空间。
2.三种开关电源系统buck, boost, buck-boost,冷启动时,都是由0状态开始启动到工作状态。用于滤波的电容也是从0开始充电到规定的电压。事实上,如果不加以限制,能产生很大的 In rush 电流。对系统造成不可逆的损伤。同理,在负载变动,输出功率变化的情况下,都会出现 In rush 电流。 为什么会出现这种现象,还是控制电路的控制方法问题。一般开关电源的输出都是恒压源,只对电压做追踪控制。电压时控制目标,开关管流过去的不是电压,而是能量。应对能量加以控制和限制,而不是光秃秃的电压。
3.Invert 是一种非常复杂的电源,尤其三相电的高频PWM整流器是非常复杂的。控制方法多种多样,五花八门。但往往我们忽视了一些最基本的电路认识。为什么Invert电源能做到能量的双向流转?那是因为AC->DC时,外面的AC电源、电感、开关管组成了一个boost,向高压直流母线输入能量;DC->AC时,直流母线作为电源,通过电感,开关管组成一个buck,向AC电源供电。由于市电AC源可相当于一个巨大的负载,而boost和buck又是一种内阻可变的电源(适当的控制方法)。即使AC线电压来回翻转,也不会影响电路的工作。这些最基本的知识,让我明白了,再复杂的东西都是由简单的东西复合而成,基础往往比具体的技术更重要。
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