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功率变换中的电容、电感和电压、电流

在功率变换讨论中,人们问题很自然地注重于电压。那为什么不注重考虑电流而以电流变换器为例进行介绍呢?

人们生活、交往、享受的环境是一个以电压而非电流为主导的世界。例如,我们使用的电气装置都由电压源供电,负载决定供电电流大小。许多国家使用110V、115V交流电网,也有国家使用220V、240V交流电网。当室内电取暖器接入电网时,将从电网获取10~20A的大电流,而电网电压依然不变。类似地,带定时功能的收音机从电网获得的电流只需要几百毫安,电网电压依然不变,这就是电压源的定义。相反,若墙上有一输出为20A的电流源插座,由定义可知它可输出20A的电流,它甚至能根据需要调整电压以保持输出电流。即使不接任何用电设备,它也会放电以保持20A电流。因此,实际生活中很少使用电流源。

我们知道,电容与电压而不是与电流直接相关。C=Q/V,其中C为电容,Q为电容两端电荷时,V为电容两端电压,这使电容与电压有自然却不易察觉的关系。因此,我们乐于认识电容就不足为奇了。

然而,在开关电源中电容并非唯一的功率元件。在了解了电容与电压的紧密关系后,仔细分析离线式电源电路原理图及其元件,就不会对电路中输入输出端都有电容感到奇怪了。同时可以看到输入输出端还有电感。电感的功能类似于电流源,众因此而忽略了基与电压的关系。事实上,要很好掌握功率变换,我们需要同时理解电容和电感这两个关键元件。

面对这个表面看起来为电压和电容的世界,我们需要转变观念以更好地掌握电感。例如,大部分电源工程师可以正确列出buck变换器占空比方程,即输入、输出电压方向,甚至可以推导出此方向。但是,我们会惊奇地发现他们明显缺乏对电感的认识。我们要尽早意识到此问题并加以改正。



西方节选自《精通开关电源设计》,由镭之源激光电源整理

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