如何减小电源内阻
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⾃激产⽣的原因及消除⽅法 由于⾃激对电路的危害,因此。
在设计和⽣产时要破坏形成⾃激的条件,减⼩或消除其对电路的危害。
下⾯介绍⾃激产⽣的原因及消除⽅法。
⼀、电源内阻引起的⾃激及消除 这种⾃激通常发⽣在两级低频放⼤电路中(见上图)。
电源的内阻总是存在的,当T1、T2中的信号电流流过电源内阻r时,都会在r上产⽣电压降,通常,T2中的电流⽐Tl中的⼤。
所以内阻上的压降也随T2信号电流的⼤⼩⽽发⽣变化。
内阻上电压的变化必然影响电源电压。
使得电源电压随着输⼊信号的⼤⼩⽽发⽣波动,波动的电源电压会加到T1的基极。
在单级放⼤电路中,输⼊电压与输出电压相位相反,⽽在两级放⼤电路中,由于两次反相,输出电压就与输⼊电压相位相同。
此时出现的正是信号的正反馈。
当此反馈量达到⼀定幅度时,也就是说,电源内阻⾜够⼤时。
电路就会发⽣由于电源内阻的耦合⽽产⽣的⾃激。
如果电源的内阻为零。
这种⾃激就不可能发⽣。
事实上。
任何电源内阻都不为零。
所以正反馈也不可能消除。
因此,只有提⾼电源电压的稳定度。
减⼩由电源内阻⽽形成正反馈信号的幅度,使它形不成⾃激。
通常的⽅法是(如上图中虚线所⽰)加⼊由R、C1~C3组成的去耦电路。
由于Cl与内组r构成的阻容滤波电路,已使电源供电电压的波动⼤为减⼩。
再加上R、C2作第⼆次滤波,则T1的⼯作电压波动更⼩。
C3的作⽤是有效滤除⾼频⼲扰。
防⽌⾼频⾃激。
⼆、地线内阻引起的⾃激及消除 地线也是有内阻存在的。
各级电流流经地线时会通过地线内阻造成不利耦合。
在数字电路和⾼频电路中。
由于任何导线都有电感,其阻抗远⼤于直流电阻。
其阻抗产⽣的影响也较⼤。
下图是由于公共地线的内阻引起⾃激的⽰意图。
电路的公共点都经过输⼊端的A点接地。
各级的信号电流也都由后级经A点⼊“地”。
再经电源构成回路。
图中AB、BC、CD各段导线总是有内阻的,BD各段因位于后级。
影响较⼩。
⽽AB段的电阻就不能忽略了。
当T2中放⼤后的信号电流通过AB端导线时的电压降的极性与Tl基极上输⼊信号是相同的。
电阻电路的电流放大与缩小分析电阻电路是电工学中最基本的电路之一,它由电源、电阻和导线组成。
在电阻电路中,电流的放大和缩小是我们经常需要考虑的问题。
本文将从电阻电路的工作原理和相关公式出发,分析电流的放大和缩小的影响因素,并探讨如何实现电流的放大或缩小。
一、电阻电路的基本原理电阻电路是由电源提供电压,电阻限制电流通过的电路。
根据欧姆定律,电流I通过电阻R的大小与电压V成正比关系,即I=V/R。
这个关系表明电流的大小受到电压和电阻两个因素的影响。
二、电流的放大与缩小因素1. 电压的变化:电压的增大会导致电流的放大,而电压的减小会导致电流的缩小。
这是由欧姆定律可以直接得出的结论。
2. 电阻的变化:电阻的增加会导致电流的缩小,而电阻的减小会导致电流的放大。
这是因为电阻与电流成反比关系,当电阻增加时,电流减小,反之亦然。
3. 电源的内阻:电源的内阻是指电流通过电源本身时所遇到的阻力。
内阻的存在会导致实际电源输出的电压发生变化,从而影响电流的放大或缩小。
4. 电路连接方式:在电阻电路中,电阻与电源的连接方式也会影响电流的放大或缩小。
串联电路中,电流通过每个电阻都相同,而并联电路中,电流分流到每个电阻上,导致电流的缩小。
三、实现电流的放大与缩小1. 放大电流:要实现电流的放大,可以采取以下方法:- 增大电压:通过增大电源的电压,可以使电流通过电阻时受到更大的推动力,从而实现电流的放大。
- 减小电阻:通过减小电阻的阻值,可以降低电流受到的阻碍,使电流增大。
- 并联连接:在电路中加入并联电阻,使电阻总值减小,电流分流更多,从而实现电流的放大。
2. 缩小电流:要实现电流的缩小,可以采取以下方法:- 减小电压:通过减小电源的电压,可以降低电流通过电阻的推动力,从而实现电流的缩小。
- 增大电阻:通过增大电阻的阻值,可以提高电流受到的阻碍,使电流缩小。
- 串联连接:在电路中加入串联电阻,使电阻总值增大,电流受到更大的限制,从而实现电流的缩小。
电压并列运行的条件-概述说明以及解释1.引言1.1 概述电压并列运行是指将两个或多个电源或电路连接在一起,使它们能够同时工作。
在许多电力系统和电子设备中,电压并列运行是常见且重要的运行方式。
本文将探讨电压并列运行的条件和其在实际应用中的意义。
在电力系统中,电压并列运行可以增加供电的稳定性和可靠性。
当大型发电机组或变电站连接在一起时,它们可以共享负荷,减少单一设备的负担,从而提高系统的可靠性。
此外,电压并列运行还可以实现备用电源的自动切换,当一台电源出现故障时,其他电源可以立即接替其工作,确保供电的连续性。
要实现电压并列运行,需要满足一定的条件。
首先,各个电源或电路的电压幅值和频率必须相等。
这是因为如果电压幅值和频率不同,会导致电流分布不均匀,可能引起过电流或过载等问题。
其次,各个电源或电路的相位角差必须为零或接近零。
如果相位角差太大,会导致电流相互干扰,造成系统不稳定甚至损坏设备。
此外,电源或电路之间的电压波形应保持一致,避免引起电压跳变或谐波扭曲等问题。
电压并列运行在许多领域都有广泛的应用。
在电力系统中,电压并列运行可以实现电网的互联互通,提高电网的供电能力和可靠性。
在工业生产中,电压并列运行可以确保生产设备的持续运行,减少停机带来的损失。
在交通运输领域,电压并列运行可以实现多个电车或地铁车辆的供电共享,提高交通运输的效率和可靠性。
总而言之,电压并列运行是一种重要的电力运行方式,可以提高系统的稳定性和可靠性。
在实际应用中,实现电压并列运行需要满足一定的条件,并且具有广泛的应用前景。
通过进一步研究和探索,可以进一步优化电压并列运行的技术,提高电力系统的运行效率和供电质量。
1.2文章结构文章结构是指文章的组织和布局方式,它包括了大纲的条目、段落的层次结构以及整体的逻辑关系等。
一个良好的文章结构可以使读者更好地理解文章的内容,帮助文章逻辑清晰、条理分明地展示。
在本篇文章中,我们将按照以下结构组织文章内容:1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 并列运行的定义2.2 并列运行的条件3. 结论3.1 总结并列运行的条件3.2 对并列运行的意义和应用进行展望在引言部分,我们将对文章的背景和相关概念进行综述,为读者提供了解文章主题的基础知识。
pwm控制器的旁路电容
PWM控制器的旁路电容主要用于吸收PWM控制器产生的谐波电流,从而降低电磁干扰(EMI)。
同时,旁路电容还可以减小电源内阻,平滑电流,减少电压波动和噪声。
旁路电容的选择需要考虑多个因素,包括电容值、耐压值和温度稳定性等。
一般来说,电容值越大,能够提供的电流就越大,因此可以更好地吸收谐波电流。
但是,电容值也不能过大,否则会导致启动时浪涌电流过大。
此外,旁路电容的耐压值也需要考虑。
由于PWM控制器产生的谐波电流可能会超过电源电压的幅值,因此旁路电容的耐压值应该大于或等于电源电压的最大值。
最后,旁路电容的温度稳定性也是一个重要的考虑因素。
由于旁路电容通常安装在靠近散热器的位置,因此需要承受较高的温度。
因此,选择温度稳定性好的电容可以保证其性能的可靠性。
总之,选择合适的旁路电容可以有效地降低PWM控制器的电磁干扰和提高电源的稳定性。
内阻的名词解释内阻是电路中一种电阻性质,也是指电子器件内部的阻力。
它是指在电流通过电路时,由于电子在器件内部的移动和与其他物质的相互作用而产生的阻碍电流流动的现象。
内阻的大小对于电路的稳定性和性能起着重要的影响。
1. 内阻的概念和分类内阻通常分为两种类型:实际内阻和短路内阻。
实际内阻是指电源内部的电阻,它由电源本身结构及内部元件材料性质决定。
实际内阻越小,电压稳定性越高,电源输出的电流能够更好地满足负载要求。
短路内阻是指电源输出端短路时,电流通过电源内部的等效电阻。
短路内阻决定了短路电流的大小,一般情况下,短路内阻越小,电源输出的短路电流越大。
2. 内阻对电源电压的影响内阻对电源电压的影响主要体现在电压降和输出电流的衰减方面。
电源内阻相对较大时,电路负载的工作电压将会下降,影响电路的正常运行。
此外,负载电流较大时,内阻将导致电源输出电压的衰减。
因此,电源的内阻应该足够小,以保持电路的正常工作。
3. 内阻对电源输出功率的影响内阻还会影响电源的输出功率。
根据功率公式,P=V×I,输出功率等于电源电压乘以电源输出的电流。
当电源内阻较大时,电源的输出电流减小,从而导致输出功率下降。
因此,为了提高电源的输出功率,需要减小电源的内阻。
4. 内阻对电路稳定性的影响电路的稳定性是指电流和电压在电路中传输过程中的可靠性和稳定性。
内阻越大,电路中压降也会越大,导致电压波动更加明显。
这将导致电路的稳定性下降,影响电路的工作效果。
因此,为了提高电路的稳定性,内阻应该尽量减小。
5. 如何减小内阻(1)合理设计和选择电源:选择低内阻的电源可以减小电路中的电压降和电源输出功率的损失。
(2)优化电路布局:合理布置电路元件以减小电流通过的路径长度,减小电路中的压降。
(3)选择优质元件:选用低内阻、低损耗的电子元件,如电源电容,可以降低整个电路的内阻。
总结:内阻作为电路中不可忽视的元素,对电路的性能和稳定性起着重要作用。
平衡电桥实验技术常见问题解答引言:平衡电桥是一种常见的实验技术,广泛应用于物理、化学和生物学等领域的研究中。
但是,在进行实验过程中常常会遇到一些技术问题。
本文将就平衡电桥实验中常见的问题进行解答,希望能帮助读者更好地理解和掌握这一实验技术。
1. 什么是平衡电桥?平衡电桥是一种利用电阻平衡原理来测量电阻的电路。
它由电源、待测电阻、标准电阻和灵敏电流表构成。
通过调节标准电阻的值,使电流表读数为零,即达到电桥平衡状态。
此时,可以通过计算标准电阻的值来推算待测电阻的未知值。
2. 平衡电桥实验中常见的误差来源有哪些?平衡电桥实验中常见的误差来源主要有以下几个方面:(1)电源电压波动:电源电压的波动会导致平衡电桥偏离平衡状态,影响测量结果。
(2)电流计的灵敏度:电流计的灵敏度不同,读数误差也不同。
选择合适的电流计可以减小误差。
(3)电源内部电阻:电源内部电阻会引入额外的电阻,从而影响电桥的平衡状态。
(4)接线误差:接线不牢固或接触不良会导致电流流失,影响平衡状态的达成。
(5)温度变化:温度变化会导致电阻值的变化,进而影响平衡电桥的测量结果。
3. 如何减小平衡电桥实验中的误差?为了减小平衡电桥实验中的误差,可以采取以下措施:(1)使用稳定的电源:选择稳定的电源,减小电源电压波动对实验结果的影响。
(2)选择合适的电流计:根据实际需要选择合适的电流计,使其灵敏度适当,能够准确测量出实验数据。
(3)选择低内阻的电源:选择具有低内阻的电源,可以减小电源内部电阻对实验结果的干扰。
(4)严格接线:确保接线牢固、接触良好,避免电流流失。
(5)控制温度变化:在实验过程中尽量控制温度的变化,以减小温度对电阻值的影响。
4. 如何判断平衡电桥已经达到平衡状态?判断平衡电桥已经达到平衡状态可以按照以下方法操作:(1)观察电流计的读数:当电流计的读数为零时,可以判定电桥已经达到平衡状态。
(2)调节标准电阻:通过调节标准电阻的值,使电流计的读数接近于零。
电源等效内阻电源等效内阻电源等效内阻是指在实际电路中,由于电源内部的一些物理特性,导致电源输出的电压和电流与理论值有所偏差的现象。
这种偏差可以通过等效内阻来描述。
一、等效内阻的概念1.1 等效内阻定义等效内阻是指在实际电路中,由于电源输出端存在一定的内部阻抗,使得实际输出的电压和理论值有所偏差。
这种偏差可以通过等效内阻来描述。
1.2 等效内阻单位等效内阻的单位为欧姆(Ω)。
1.3 等效内阻与负载之间的关系在实际使用中,负载对于等效内阻有很大影响。
当负载较小时,等效内阻会变得更加显著。
因此,在设计和使用电路时,需要考虑负载对于等效内阻的影响。
二、计算方法2.1 直流情况下的计算方法在直流情况下,可以通过以下公式计算出直流情况下的等效内阻:R = (V_0 - V_L) / I_L其中,R:等效内阻(Ω)V_0:电源的开路电压(V)V_L:负载的实际电压(V)I_L:负载的实际电流(A)2.2 交流情况下的计算方法在交流情况下,等效内阻可以通过以下公式计算:Z = (V_0 - V_L) / I_L其中,Z:等效内阻(Ω)V_0:电源的开路电压(V)V_L:负载的实际电压(V)I_L:负载的实际电流(A)三、影响因素3.1 电源类型不同类型的电源其内部结构和物理特性不同,因此其等效内阻也会有所不同。
3.2 工作状态在不同工作状态下,如开机、关机、待机等状态下,电源输出端的等效内阻也会有所变化。
3.3 温度温度对于电子元器件具有很大影响,因此在高温环境下,电源输出端的等效内阻也会发生变化。
四、减小等效内阻的方法4.1 选择合适的电源类型和规格在设计和选择适合自己需求的电源时,需要考虑其输出端的等效内阻。
一般来说,高品质、高性能、大功率、低噪声的电源等效内阻会更小。
4.2 降低负载在实际使用中,负载对于等效内阻有很大影响。
当负载较小时,等效内阻会变得更加显著。
因此,在设计和使用电路时,需要考虑负载对于等效内阻的影响。
电池内阻变化规律摘要:一、电池内阻的概念与影响1.电池内阻的定义2.电池内阻的影响二、电池内阻的变化规律1.充电时电池内阻的变化2.放电时电池内阻的变化3.光照强度对硅光电池内阻的影响三、电池内阻变化对电器性能的影响1.电动势变化2.负载变化时路端电压变化3.欧姆表测量结果的变化四、减小电池内阻的方法与应用1.并联电池组减小内阻2.充电时的内阻管理正文:电池在我们的日常生活中扮演着至关重要的角色,无论是手机、电动汽车还是各类电子设备,都离不开电池的支持。
电池的性能受到许多因素的影响,其中内阻就是一个关键因素。
本文将探讨电池内阻的变化规律,以及它对电器性能的影响和如何减小内阻的方法。
首先,我们来了解一下电池内阻的概念。
电池内阻是指电池内部的电阻,包括电阻和电容等。
它的大小直接影响到电池的输出电压和电流,从而影响到电器的使用寿命和性能。
电池内阻的影响是不可忽视的。
内阻大的电池,其电动势会逐渐降低,导致电池性能下降。
另一方面,内阻大的电池,在负载变化时,路端电压变化会比较大,从而影响电器的正常工作。
电池内阻的变化规律分为充电和放电两个阶段。
在充电过程中,电池内阻会逐渐减小,这是因为充电过程中,电池内部的化学反应会使得电池内部的电阻减小。
反之,在放电过程中,电池内阻会逐渐增大,因为电池内部的化学反应会产生电阻。
此外,光照强度也会对硅光电池的内阻产生影响。
当光照强度增大时,硅光电池的内阻会减小。
这是因为光照会使电子从价带跃迁到导带,载流子密度增加,从而电阻减小。
电池内阻的变化对电器性能有着重要的影响。
首先,电动势会随着电池内阻的变化而变化。
当电池内阻增大时,电动势会降低,导致电器性能下降。
其次,当电池内阻较大时,负载变化时路端电压变化会比较小,这会对电器的正常工作产生影响。
此外,欧姆表在使用一段时间后,电池电动势变小、内阻变大,需要重新调零。
那么,如何减小电池内阻呢?一种方法是并联电池组。
当电池并联时,总的内阻会减小,每个电池的容量不变,但电池组容量增加,可以对外提供更大的电流,从而提高电器的性能。
电源的内阻影响电源是我们日常生活中不可或缺的设备之一。
无论是手机、电脑还是其他家用电器,它们都需要电源作为能量的供给。
然而,电源并非完美无缺的,它们都存在一个重要的特性,即内阻。
本文将探讨电源内阻对电器工作的影响,并分析其原因和解决方法。
一、内阻的定义和原理电源内阻是指电源在正负极之间存在的阻抗,它是由电源内部元件以及导线等因素导致的。
内阻可以看作是电源的内部阻力,它与电源的稳定性和输出电流能力有直接关系。
当我们连接一个电器到电源上时,电流会从电源的正极流入电器,然后从电器的负极返回电源。
在这个过程中,电流必须经过电源内部的导线和元件,同时还要克服电源内部的阻抗,即内阻。
内阻的存在会导致电源输出电流和电压的衰减,从而影响电器的工作效果。
二、内阻对电器的影响1. 输出电流衰减电源的内阻会导致输出电流的衰减。
当电流通过内阻时,会产生一定的电压降,使得电器实际接收到的电压小于电源输出电压。
因此,电源的内阻越大,输出电流越小,从而限制了电器的工作效果。
2. 电压波动内阻也会导致电源输出电压的波动。
当电器的负载变化时,电源需要根据负载的要求来调整输出电流。
然而,由于内阻的存在,当负载变化较大时,电源无法迅速响应,导致输出电压发生波动。
这种电压波动会对电器的正常工作产生负面影响,甚至可能损坏电器。
三、减小内阻的方法要想减小电源的内阻,可以从以下几个方面着手:1. 优化电源设计在电源设计时,可以选择低电阻率的导线和元件,以减小内阻的大小。
此外,合理布局电路板、增加散热设计等也能改善电源的内部阻抗。
2. 使用高品质电源选择质量较好的电源设备,其内阻一般会相对较小。
因此,在购买电源时,应尽量选择有口碑的品牌和高性能的产品。
3. 电源配备合适的电缆电源与电器之间的连接电缆也会对内阻产生影响。
使用合适的电缆可以减小连接线路的电阻,从而降低内阻。
4. 调整电器负载对于在同一电源上连接多个电器的情况,可以调整各电器的连接顺序,以减小负载变化对电源的影响。
电源的内阻影响电源作为现代生活中不可或缺的一部分,对我们的日常生活和工作起到了至关重要的作用。
然而,电源并非完美无缺,其中存在着一个重要的参数——内阻。
本文将探讨电源的内阻对电力传输和电器使用的影响,并提供一些具体示例。
一、内阻的概念和作用内阻是指电源本身电动势和输出电流之间的电压降。
与理想电源不同,真实世界中的电源都会存在内阻。
内阻的主要作用包括两个方面:1. 限制输出功率:内阻会导致电源在输出电流较大时电压下降,从而限制了电源的输出功率。
例如,当我们使用电池来给手机充电时,手机的额定电流较大,电源的内阻导致输出电压下降,最终使得手机的充电速度变慢。
2. 影响稳定性:内阻会影响电源输出电压的稳定性。
当电源内阻较大时,对外部负载变化更敏感,输出电压容易出现波动。
这在一些对电压稳定性要求较高的场合可能会带来问题,如精密仪器和某些电子设备。
二、电源内阻的影响1. 电源电压下降:电源内阻会导致电源在输出电流较大时电压下降。
这对电力传输和电器使用都会带来影响。
例如,当我们使用长电线将电源连接到较远的电器时,电线的电阻会造成电压降低,而电源本身的内阻又会进一步降低电压,导致电器无法正常工作。
2. 电源损耗增加:内阻会导致电源在电能传输过程中产生较大的能量损耗。
电源本身的内阻会转化为热能,造成电源自身发热并减少可用能量的比例。
这也意味着在同样的输入功率下,电源内阻较大的电源会产生更大的能量损失。
3. 效率降低:电源的内阻会降低其整体效率。
在输送电能的过程中,由于能量损耗转化为热能,电源的效率会降低。
这也意味着相同的输入功率下,电源内阻较小的电源比内阻较大的电源更加高效。
三、减小内阻的方法尽管内阻对电源性能有一定的负面影响,但我们可以通过一些方法来减小内阻,提升电源的性能:1. 选择低内阻的电源:在购买电池或电源时,可以选择那些内阻较小的型号。
这样可以减小电压下降和能量损耗,提高电源的性能。
2. 优化电路设计:在电源和负载之间使用合适的电线材料和连接方式,减小电线自身的电阻,从而降低电源内阻对电压降低的影响。
如何减小电源内阻DC-DC转换器非常普遍地应用于电池供电设备或其它要求省电的应用中。
类似于线性稳压器,DC-DC转换器能够产生一个更低的稳定电压。
然而,与线性稳压器不同的是,DC-DC转换器还能够提升输入电压或将其反相至一个负电压。
还有另外一个好处,DC-DC 转换器能够在优化条件下给出超过95%的转换效率。
但是,该效率受限于耗能元件,一个主要因素就是电源内阻。
电源内阻引起的能耗会使效率降低10%或更多,这还不包括DC-DC转换器的损失!如果转换器具有足够的输入电压,输出将很正常,并且没有明显的迹象表明有功率被浪费掉。
幸好,测量输入效率是很简单的事情(参见电源部分)。
较大的电源内阻还会产生其它一些不太明显的效果。
极端情况下,转换器输入会进入双稳态,或者,输出在最大负载下会跌落下来。
双稳态意指转换器表现出两种稳定的输入状态,两种状态分别具有各自不同的效率。
转换器输出仍然正常,但系统效率可能会有天壤之别(参见如何避免双稳态)。
只是简单地降低电源内阻就可以解决问题吗?不然,因为受实际条件所限,以及对成本/收益的折衷考虑,系统可能要求另外的方案。
例如,合理选择输入电源电压能够明显降低对于电源内阻的要求。
对于DC-DC转换器来讲,更高的输入电压限制了对输入电流的要求,同时也降低了对电源内阻的要求。
从总体观点讲,5V至2.5V的转换,可能会比3.3V 至2.5V的转换效率高得多。
必须对各种选择进行评价。
本文的目标就是提供一种分析的和直观的方法,来简化这种评价任务。
如图1所示,任何常规的功率分配系统都可划分为三个基本组成部分:电源、调节器(在此情况下为DC-DC转换器)和负载。
电源可以是一组电池或一个稳压或未经稳压的直流电源。
不幸的是,还有各种各样的耗能元件位于直流输出和负载之间,成为电源的组成部分:电压源输出阻抗、导线电阻以及接触电阻、PCB焊盘、串联滤波器、串联开关、热插拔电路等的电阻。
这些因素会严重影响系统效率。
图1. 三个基本部分组成的标准功率分配系统计算和测量电源效率非常简单。
EFFSOURCE = (送入调节器的功率)/(VPS输出功率) x 100%:假设调节器在无负载时的吸取电流可以忽略,电源效率就可以根据调节器在满负载时的VIN,与调节器空载时的VIN之比计算得出。
调节器(DC-DC转换器)由控制IC和相关的分立元件组成。
其特性在制造商提供的数据资料中有详细描述。
DC-DC转换器的效率EFFDCDC = (转换器输出功率)/(转换器输入功率) x 100%:正如制造商所说明的,该效率是输入电压、输出电压和输出负载电流的函数。
许多情况下,负载电流的变化量超出两个数量级时,效率的变化不超出几个百分点。
因为输出电压固定不变,也可以说,在超过两个数量级的―输出功率范围‖内,效率仅变化几个百分点。
当输入电压最接近输出电压时,DC-DC转换器具有最高的效率。
如果输入的改变还没有达到数据资料所规定的极端情况,那么,转换器的效率常常可以近似为75%至95%之间的一个常数:本文的讨论中,将DC-DC转换器看作为一个双端口黑匣子。
如对DC-DC转换器的设计细节感兴趣,可查阅参考文献1–3。
负载包括需要驱动的设备和所有与其相连的耗能元件,例如PC板线条电阻、接触电阻、电缆电阻等等。
因为DC-DC转换器的输出电阻已包含在制造商提供的数据资料中,故在此不再赘述。
负载效率EFFLOAD = (送入负载的功率)/(DC-DC转换器的输出功率) x 100%:优化系统设计的关键在于分析并理解DC-DC转换器与其电源之间的相互作用。
为此,我们首先定义一个理想的转换器,然后,计算电源效率,接下来,基于对典型的DC-DC转换器(在此以MAX1626降压调节器为例)的测试数据,对我们的假设进行验证。
一个理想的DC-DC转换器具有100%的效率,工作于任意的输入和输出电压范围,并可向负载提供任意的电流。
它也可以任意小,并可随意获得。
在本分析中,我们只假设转换器的效率恒定不变,这样输入功率正比于输出功率:对于给定负载,该式说明输入电流-电压(I-V)间的关系是一条双曲线,并在整个范围内表现出负的微分电阻特性(图2)。
该图还给出了DC-DC转换器的I-V曲线随着输入功率的增加而发生的变化。
对于具有动态负载的实际系统,这些曲线也是动态变化的。
也就是说,当负载要求更多电流时,功率曲线会发生移动并远离初始位置。
从输入端口,而非输出端口,考察一个调节器,是一个新颖的视点。
毕竟,设计调节器的目的是为了提供一个恒定的电压(有时是恒定电流)输出。
其参数主要是用来描述输出特性(输出电压范围、输出电流范围、输出纹波、瞬态响应等等)。
而在输入端口,会表现出一些奇特的特性:在其工作范围内,它象一个恒功率负载(参考文献4) 。
恒功率负载在电池测量仪或其它一些设计中非常有用。
图2. 这些双曲线代表DC-DC转换器的恒功率输入特性现在,我们有了足够的信息来计算电源自身的耗散功率及其效率。
因为电源电压的开路值(VPS)已经给出,我们仅需找出DC-DC转换器的输入电压(VIN)。
从等式[5]解出IIN:IIN还可以根据VPS、VIN和RS求出:联合等式[6]和等式[7]可以解出VIN:为便于理解其意义,采用图形表示等式[6]和等式[7]是非常直观的(图3)。
电阻负载线代表等式[7]的所有可能解,而DC-DC I-V曲线则是等式[6]的所有可能解。
它们的交点就代表联立方程的解,确定了在DC-DC转换器输入端的稳定电压和电流。
因为DC-DC曲线代表恒定的输入功率,(VIN+)(IIN+) = (VIN-) (IIN-)。
(下标―+‖和―-‖表示式[8]给出的两个解,并对应于分子中的±符号。
)图3. 该图在DC-DC转换器的I-V曲线上附加了一条和电源内阻有关的负载线最佳工作点位于VIN+/IIN+,工作于该点时从电源吸取的电流最低,也就使IIN2RS 损耗最小。
而在其它工作点,VPS和VIN之间的所有耗能元件上会产生比较大的功率损耗。
系统效率会明显地下降。
不过可以通过降低RS来避免这个问题。
电源效率[(VIN/VPS) x 100%] 只需简单地用VPS去除等式[8]得到:从该方程很容易得到能量损耗,并且图3分析曲线中的有关参数也可以从中得到。
举例来说,如果串联电阻(RS)等于零,电阻负载线的斜率将会变为无穷大。
那么负载线就成为一条通过VPS的垂直线。
在此情况下,VIN+ = VPS,效率为100%。
随着RS从0Ω增加,负载线继续通过VPS,但越来越向左侧倾斜。
同时,VIN+和VIN-汇聚于VPS/2,这也是50%效率点。
当负载线相切于I-V曲线时,方程[8]只有一个解。
对于更大的RS,方程没有实数解,DC-DC转换器将无法正常工作。
如何比较上述理想输入曲线和一个实际的DC-DC转换器的真实情况?为解答这个问题,我们对一个标准的MAX1626评估组件(图4)进行测试,它被配置为3.3V输出,输出端接一个6.6Ω的负载电阻,测试其输入I-V曲线(图5)。
立即可以发现一些明显的非理想特性。
例如,对于非常低的输入电压,输入电流是零。
内置的欠压锁定(表示为VL)保证DC-DC 转换器对于所有低于VL的输入电压保持关断,否则,在启动阶段会从电源吸出很大的输入电流。
图4. 用以表达图3思想的标准DC-DC转换电路图5. 在VMIN以上,MAX1626的输入I-V特性非常接近于90%效率的理想器件当VIN超过VL时,输入电流向最大值攀升,并在VOUT首次到达预定输出电压(3.3V)时达到最大。
相应的输入电压(VMIN)是DC-DC转换器产生预定输出电压所需的最低值。
当VIN > VMIN时,90%效率的恒功率曲线非常接近于MAX1626的输入曲线。
与理想曲线的偏离,主要是由于DC-DC转换器的效率随输入电压的变化发生了微小改变。
电源设计者必须保证DC-DC转换器永远不进入双稳态。
当系统的负载线与DC-DC转换器曲线的交点位于或低于VMIN/IMAX (图6)时就有可能形成双稳态。
图6. 从该图可以更为清楚地观察到造成双稳态甚至三稳态的相交点取决于负载线的斜率和位置,一个系统可能会有两个甚至三个稳态。
应该注意的是,较低的VPS可能会使负载线只有一个位于VL和VMIN间的单一交点,导致系统处于稳态,但却不能正常工作!因此,作为一个规则,负载线一定不能接触到DC-DC转换器曲线的顶端,而且不能移到它的下方。
在图6中,负载线电阻(RS,数值等于-1/斜率) 有一个上限,称为RBISTABLE:电源内阻(RS)应该始终小于RBISTABLE。
否则的话,就有严重降低工作效率或使DC-DC转换器完全停止工作的危险。
对于一个实际系统,将[9]式所表示的电源效率及其内阻之间的关系,用图形表示出来会更有助于理解(图7) 。
假设有下列条件:图7. 该电源效率随电源内阻变化曲线说明,对于一个给定的RS值,可能会有多个效率值VPS = 10V 开路电源电压VMIN = 2V 保证正常工作所需的最小输入电压PIN = 50W 输入DC-DC转换器的功率(POUT/EFFDCDC)利用[12]式,可计算出RBISTABLE为0.320Ω。
方程[9]的图形表明,电源效率随着RS的增加而跌落,在RS = RBISTABLE时跌落达20%。
注意:该结论并不具有普遍性,对于每个应用,必须分别进行计算。
RS的来源之一,是所有电源无法避免的、有限的输出电阻,它可通过负载调整来确定,后者通常定义为:负载调整=所以,一个具有1%负载调整的5V/10A电源,输出电阻仅5.0mΩ—对于10A负载还不算大。
搞清楚多大的电源内阻(RS)可以接受,以及该项参数对于系统效率有什么样的影响,是很有必要的。
前面已经提到,RS必须低于RBISTABLE,但是,究竟应该低多少?要回答这个问题,可以根据[9]式,解出RS和EFFSOURCE的关系,并分别求出EFFSOURCE为95%、90%和85%时的对应值。
RS95是在给定的输入输出条件下,95%电源效率所对应的RS。
考虑以下四个采用普通DC-DC转换器的应用实例。
实例1:从5V输入提供3.3V 输出,负载电流2A 。
对于95%的电源效率,需要特别注意的是,保持5V电源和DC-DC转换器输入端之间的电阻远低于162mΩ。
注意到RS90 = RBISTABLE。
这样的RS90值同时说明,效率会同样容易地从90%变为10%!需要注意的是,系统效率(而非电源效率)是电源效率、DC-DC转换器效率和负载效率三者的乘积。
实例1. 采用MAX797或MAX1653 DC-DC转换器的应用(IOUT = 2A)VPS VOUT IOUT VMIN EFFDCDC POUT RBISTABLE RS95 RS90 RS855V 3.3V 2A 4.5V 90% 6.6W 0.307Ω0.162Ω0.307Ω0.435Ω实例2:除输出电流容量外(从2A变为20A),基本类同于实例1。