開關電源的作用和原理

開關電源是一種看似簡單，但卻異常復雜的電子系統(tǒng)。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(tǒng)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(xù)幾個工作周期內有開關波形輸出，然后連續(xù)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(xù)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(tǒng)buck, boost, buck-boost，冷啟動時，都是由0狀態(tài)開始啟動到工作狀態(tài)。用于濾波的電容也是從0開始充電到規(guī)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(tǒng)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。

責任編輯：彭菁