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张飞硬件90天学习笔记——第3天个人记录,完整请看我的个人主页

2021/12/29 12:04:07

开关电源:实现高效率,能用于大功率场合

高压降为低压的电源电路(BUCK电路):通过控制电子开关的开关来改变电压,

开关过程对输出电压有影响,

负载是一直在波动的,

输入电压对输出电压有影响。

调节一次所需要的时间T即周期越短,同样单位时间里调节的次数(即频率越大)越多,输出电压波动就越小,

MOS管的损耗:1.开关损耗(包括开通损耗和关断损耗)2.导通损耗:导通损耗与负载电流成正比

特点:在频率较高的情况下,开关损耗占比相对比较大;反之比较小。

IGBT开关器件:

特点:导通电流比较大;导通速度比较慢;导通压降为定值。开关速度慢即频率低,那它的“体积”就大,频率与体积成反比。

对开关器件而言,频率越高,开关损耗越大,温升越高。而温升过大又会影响器件的寿命,器件温度每升高10度,其可靠性下降一倍。

在BUCK电路中,使用电容的作用:1.使负载电压相对稳定;2.输出电压为想要的电压;3.在电子开关关断后,电容能够维持负载工作一小段时间。在开关刚开通时,电容电压为0,此时电容相当于短路,电流非常大,理论上为无穷大,实际为一个较大的定值,此时的电流称为浪涌电流,会烧坏开关等器件,不利于电路的稳定及寿命。此时在输出端串接电阻可以起到限流作用,但是电阻会消耗功率,会产生压降,此时需要寻找一个器件:既能起到阻碍电流变化,又能有电抗的特性,这个器件就是电感。

电感是能够阻碍电流变化的器件,且具有电抗特性,在理想状态下,其内阻为0,不消耗功率。

电感上的电压激变,而电容两端的电压又不激变,所以负载两端的电压仍是稳定的。但是在开关关断的短时间内右正左负的电压,且该电压随着电路中电流的越来越小而变得越来越大,电压经负载回到电源的负极再到电子开关,这个过程中电感电压可能会产生电弧,烧坏器件,影响电路的稳定。

电感与电容的特点:

电感上的电流是不能突变的
电感上的电压是可以激变的(电弧)
电容上的电压是不能激变的
电容上的电流是可以激变的(浪涌电流)
电感与与电容都是电抗元件,但没有损耗,并且能够储存能量
电容以电压形式储存能量,电感以电流形式储存能量

在开关导通状态下,输入功率等于负载功率;在开关关断状态下,输入功率为零;因此开关电源的效率较高。

核心是电感,电容的大小会影响负载的电压纹波。

电场:电压梯度。电感会为阻碍电流的变化会产生感应电动势-自感,且自感的大小与电流的变化率成正比。

每一个开关周期,电感电流的增加量等于电感电流的减少量,这样电流和电感才能达到平衡。

电源拓扑,BUCK电源拓扑;

电感使得电容上的电流不会产生浪涌电流;电容使得电压缓慢上升,电压不会迅速上升进而产生电弧;电感和电流组合使电流的上升和下降的变化率逐渐相等,最后使得电感上的电流趋于稳定。若不相等则电流会逐渐增大,最后会把电感等器件烧坏。

由电感的电流公式积分后得:di/dt=U电感/L。在电感电流上升阶段(开关闭合)电感两端的电压不断下降 ,使得电流变化率di/dt减小;而在电感电流下降阶段(开关关断)电感两端的电压不断增加,使得电流变化率di/dt增加,这样就能够在一段时间后,上升阶段电流变化率di/dt=下降阶段电流变化率di/dt,使电流相对稳定。

电流的峰值不为0,电感工作于连续模式,称为CCM
电流的峰值为0,电感工作于临界连续模式,称为BCM
电流间断的为0,电感工作于断续模式,称为DCM

电感的感应电压与电感电流的斜率有关,与电流大小无关
电感的感应电压由Vin和Vout决定
电感上的平均电流等于负载电流,因为是串联关系
连续模式和临界连续模式,电感的平均电流位于电感电流的几何中心
电感的感应电压与开关的动作相反(与电压方向相反)