开关电源（主要电感的理解）

如梦001

已于 2023-09-26 10:25:45 修改

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文章标签：智能硬件嵌入式硬件

于 2023-09-21 22:41:30 首次发布

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线性电源的特点

通过AC端，经过桥式电路，转换为DC15V，DC5V。1、负载功率越大，效率越低，负载功率越小，效率越高。2、自身承担多余的电压实现降压

大功率（大电流的时候不用线性电源）损耗大

back电路：把高压电转换为低压电

如何实现back电路：

1、需要对电压进行检测。2、反馈到输入端。3、根据反馈的结果，进行开关调节。1、调节过程的电压有波动：纹波（有波动，沿着5V波动，最高与最低之间，是合理的，太低，当不能维持负载使用的时候，危险。过高，对于器件而言，会损坏器件）2、输入对电压的影响。3、负载突然变大/变小

1、调节时间会对输出产生影响。（相应时间）单位时间内调节一次需要的时间越短，纹波越小（时间周期T，频率f），单位时间内调节的次数，称之为频率

开关（不断的开和关）：三极管，MOS管，Igbt（开关器件）（1、导通电流大，可以做大功率器件。2、导通速率慢<MOS管，开关频率较低（体积大）。3、导通压降为一定值（导通损耗比较低））

MOS管损耗：1、导通损耗。导通损耗与负载电流成正比。2、MOS管的开关损耗（完全导通：Vds=0V，完全关断：Ids=0A）频率越大，损耗越大

体积与开关频率的关系

1、成本。2、周期（频率）。3、体积。体积越大，频率越低，成本月高；体积越小，成本越低，频率越快。4、需要把能量拆分成若干个包分批次运输

优点：1、负载电压相对稳定。2、Vout是我们想要的值（+5V）。3、在关断阶段，电容能够维持负载正常的工作（电容供电）

缺点：在电容对负载电路刚开始充电的时候（会出现浪涌电流），电流理论上是无穷大的，会对电容进行损坏和对电路产生影响

当开关开通的时候，Vout=Vin+Ur，Ur以发热的形式出现，非理想的状态！要想达到理想状态，就需要把阻抗元件，换成感抗元件

back电路中，最核心的器件：电感L：阻碍电流变化的器件是不可突变的

当刚开始充电的时候，UL=Vin，缓慢的对电容进行充电，电流是缓慢上升的。但是电压会发生畸变，对负载有影响，又由于有电容的存在，Vout稳定

电感电压的电弧作用：在开关断开的时候，电感上面的电是减小的，电感会阻碍原来的电流减小，就会努力的产生一个较高的电压，但是开关是断开的，是+-两端没有连接的，就会在这里产生较高的电压，开关就会损坏

1、电感上面的电流是不能突变的。2、电容上面的电压是不能突变的。3、电感上面的电压是可以突变的。（会产生电弧）4、电容上面的电流是可以突变的。（浪涌电流）5、电感和电容都是电抗器件，无损耗且可以储存能量。6、电容以电压的形式储存能量，电感以电流形式来储存能量

续流回路：在开关断开之后，电感感应出的电流释放的回路

电感

自感的大小与电流的变化率成正比

1、开关闭合的瞬间，电感上面会感应出一个很高的电压，引起感应电势的产生，上正下负。电流由0往上升，实际值很小，电阻上面几乎没有压降，电源电压全部加在电感上面，电感为了维持电流为0，感应电压接近15V，为了不让电感感应出这么大的电流，电感上面的电压需要下降，电感本身需要不断的增加电流，以维持感应电动势的存在，尽可能的维持电流现状，电感上面的电流就会缓慢的上升

电容电压= $Vin(1-e^{-t/RC })$

电感电流= $Vin*(1-e^{-tR/L })$

电感电流由R所决定，R越大，电流越小，R越小，电流越大

当R=0的时候，1、感应电动势必须等于外部电压。2、电流的变化率不变，电感的电流以相等的斜率递增，来维持感应电压不变。1、1 电感的电流以固定的斜率递增。1、2 电感的电流可以升高到无穷大

电感电流的上升速率：

$I(t)=Vin/R*(1-e^{-tR/L })$

两边同时对时间取微分： $\frac{dI}{dt}=Vin/L$ （电感方程）

电感电流的下降速率： $\frac{dI}{dt}=Vin/L$ （Vin=感应电动势）

在每一个周期内，电感电流的增加量=电感电流的减少量，最终达到动态平衡。

斜率与电流的关系

当开关ON的状态下，电流上升的斜率是Vin/L

当开关为OFF的状态下，电流下降的斜率为0.7/L

电感上面的电流是一直往上升的，最终电感会损坏。所以要改变电感的上升量，使得上升量=下降量

1、上升阶段的斜率变化(由陡变缓）

$U_{L}=V_{in}=+15V$

$I_{L}=\frac{V_{in}}{L}=\frac{+15V}{L}$

$I_{L}=\frac{10V}{L}$

2、电感的下降斜率变化（由缓变陡）

$I_{C}=\frac{0.7V}{L}$

$I_{C}=\frac{2.7V}{L}$

$I_{C}=\frac{5.7V}{L}$

电感工作的模式：

1、电感的电流连续工作模式（CCM）：电流的峰值为0 ，既达不到最大值也不会降为0。

2、电感的电流临界连续模式（BCM）：电感电流下降到0A（下峰值）。

3、电感的电流断续模式（DCM）：电感的电流在一个周期的时间里，有一段时间为0。

总结：1、电感的感应电压与电感的电流斜率有关系，与电流的大小没有关系

2、感应电压与开关动作总是相反

3、电感的电压实际上是由Vin和Vout所决定的

4、电感上面的平均电流=负载上面的电流

5、电感的平均电流位于电感形状电流形状几何中心

伏秒法则：使电感达到稳定工作的时刻

$V=\frac{L\Delta I}{\Delta t}$ ， $\frac{\Delta I}{\Delta t }$ 为变化量。电感导通时两端的电压*导通时间=关断时刻电感两端的电压*关断时间，公式表示： $V_{on}*t_{on}=V_{off}*t_{off }$ （等效成电感中的电流相等）电感电流的复位