開關電源的技術閑思
很多時候,很多人學一門技術,首先卡住他的是什么,或者說扼殺他繼續探索的動力的因素是什么。我覺得是該專業涉及到的各種專業術語及概念的解釋。所謂專業術語,只不過是前人針對現實世界中的物體或現象所取的名稱而已。
我們可以換了思路去理解。我們首先要做的并不是去了解一大堆專業術語或記一大堆的概念,而是需要結合生活中的實例再配合適當的引導聯想從直觀上對某事物有所認識和了解。
接下來我們從宏觀或者說從電子行業的角度來了解一下電源專業的本質。
電源是什么,根據上文的解釋,我們可以說它的本質是對電能進行二次加工提煉,即所謂的將粗電變為精電(好比將鐵礦加工為精鐵)。
知道該專業的核心,最大的好處是什么呢。很簡單,那就是了解了這門專業的用途,明確了自己學習該專業的目的,不會再糾結與學習該專業的出路或者前途問題。講到這里大家心里應該都清楚學習電源技術其實就是學習掌握一種處理電能的方法,牛逼吧?
日常生活中,電能看不見摸不著,但又客觀存在。通過學習電源技術,就能控制這看不見摸不著的玩意,是不是感覺高大上,有木有?
物理世界的每個角落都充斥著能量,電能,光能,風能,熱能等,而能量又可以以不同的形式相互轉化。掌握了電源技術,也就掌握了一種能量處理的技能。
當然這門技能從了解到熟悉到掌握到精通需要我們付出很多的辛勞,大家要有足夠的心理準備。技術這條路是荊棘叢生,蜿蜒曲折的,也是繁花似錦,令人流連忘返的。
紅塵中的各路癡兒想在技術這條道上有所成就,唯有發下大愿,不辭辛勞,嘗遍人間冷暖,待得動心忍性,增益其所不能,方能打通四肢百骸,洞悉本源,探得真經。
鈴木大拙先生將禪的意境分為三個階段,第一階段,看山是山,見水是水;第二階段,看山不是山,見水不是水;第三階段,看山還是山,見水還是水。
在電源行業,我也將高手的成長分為三個階段。第一階段,我會電源設計;第二階段,我精通電路設計;第三階段,我就是電源,電源就是我。
第一階段表明你已進入電源設計這個行業,且能熟練運用前人總結的一些經驗方法;第二階段表明,你已具備成為真正的電源高手的素養,但還缺一些什么因素,比如思想概念的不成熟,某些技術難點還未真正把握等等,總之對電源技術的把握還差那么一點火候。
第三階段,你已經掌握電源行業的諸多技術,也攻克了很多的難點,就算面對一個新的知識點或難題,也只需根據過往的經驗就能迅速理解或解決。對需要設計項目,你已經不再用人的思維方式去思考,而是從電源的角度去思考。這時你就是電源,電源就是你。
記得早年看過的孫曉先生寫的武俠小說《英雄志》,其中講到兩位劍術高手的對決,一位是昆侖派掌門卓凌昭,一位是華山派掌門寧不凡。卓凌昭說道:我就是劍神,劍神就是我。在場無數英雄豪杰均被其氣勢壓倒,無人應答。此時寧不凡先生說道,我即是劍,劍即是我。此語一出,高下立分,全場折服,這才是真正的高手的素養。
當你在某一行業浸淫很多年后,便會發現你已經和你所研究的對象水乳交融,合二為一。希望通過上述觀點的闡述對大家有所啟發和幫助。
我贊成樓主的觀點,即換思路去了解,而不是記住一大堆專業詞匯與一大堆概念,要活學活用,屬于思考問題,思維比知識更加重要,不能死教條理解,我發現一些人就是這樣,我列出了變壓器計算公式,與書本不一樣,莫名其妙,說我瞎編的,因為,怎么書本不是這樣的計算公式,書本采用高斯,存在分子7次方,這樣計算復雜,給簡化就好計算了,沒有多少次方存在,我采用特斯拉不行嗎,一些人懷疑,因為書本不是這樣的,問我是那本書的公式,真的不是哪本書,為了和計算,就簡化了,采用特斯拉,頻率兆赫,面積厘米,干掉7次方,好像不對了,本本主義,年隨便計算一下就知道了,一樣的,1特斯拉=10000高斯。什么我搞錯了,其實沒有。發現本本都是哪本書,這個活靈活現,理解了就行,沒有標準,而且,書本局限非常非常大,知識簡單那么一點點,其實 多著呢,必須實踐第一經驗第一。
許多人把學習電源技術當成學習電腦與程序,這個死記硬背,牢牢記住,但無線電知識就不是這樣的學習方法。其實,應試教育就是分數第一,都是形成了僵化思維教條主義了,不鼓勵思考與創新,就說說山西的一個命題,老人跌倒該不該扶,標準答案就是必須即撒謊正確答案,還有四川達州,老太婆自己跌倒叫學生扶了一下就訛上了,沒有監控,麻煩了,挨了老爸一巴掌,心靈創傷了,還是老師再次提問學生再次碰到該不該扶,學生異口同聲該伏,明明就是撒謊唯心,那么,我國教育都存在標準答案,把學生都養成生搬硬套死板都什么都需要標準答案,即死讀書書呆子相當不少了,這個是一個非?,F實的問題,應試教育不鼓勵創新,需要與書本高度一致,當年我高中老是丟分,粗心漏了一個字,還是四個等式變成三個,這里扣那里丟,明明做出來分數七七八八丟,其實,只要做出來就可以了,框框套套,八十年代考了幾次大學,意外丟分不少,當然,我首先文科不行那么就是我文采表達不怎么好的原因了,數理化分數高另一邊丟了,總分上不去了。
電源的分類與區別
從電路原理的角度來看,電源大至分為三種,線性電源,開關電源,電荷泵。在實際應用中,使用較多的是前兩種。
線性電源和開關電源的區別是什么,從字面意思看就是線性與開關的區別。那電源的線性特性和開關特性到底代表著什么意思呢。
大家結合自己已有的知識再加一點聯想做一道選擇題。
半導體器件中,哪些器件既具備線性特性又具備開關特性。我給大家一點提示,常規的半導體器件有二極管,三極管,可控硅等。
答案顯而易見,在上述三種半導體器件中,唯有三極管既具備線性特性又具備開關特性。
知道了這個答案,其實我們也就清楚了線性電源和開關電源的區別。
線性電源和開關電源的區別其實只不過是三極管工作在不同的狀態而已。當三極管工作與線性區,就是線性電源,工作與開關區就是開關電源。
至此,諸位看官對線性電源和開關電源的差別有了一定的認識,但是這樣的解釋又帶來了另一個疑惑。既然線性電源和開關電源的區別可以歸結為是三極管工作與不同狀態的區別,那三極管的線性特性和開關特性是什么意思,能否詳加解釋。
有此疑問,恭喜你,非常好,說明你已經在開動自己的腦袋思考了。師者,所以傳道授業解惑也。通過簡單的問題引導大家思考,乃至深入的思考,我覺得這是較好的學習方法。針對三極管的線性特性和開關特性,我來一一解釋。
首先解釋線性特性。線性,提到這兩個字,我們首先能想到什么。高中數學中經常提到的線性方程,直線,斜線等。不錯,能想到這些知識點就足夠了。那三極管的線性特征是什么,用數學的語言描述此時三極管的特性可以近似為一條直線或者斜線。這樣的解釋是否覺得抽象,沒有問題,再從另一個角度解釋。我們用替換法來說明問題。
通過兩電阻串聯,可以實現電壓分壓。計算公式為Vout=Vin*(R2/(R1+R2)),具體如下圖
由計算公式及仿真電路可知,想實現輸出電壓可調,只需要調節電路中R2的阻值,通過一電位器代替R2,便可實現輸出電壓可調。電位器阻值的變化是循序漸進的,也即是說是線性的。
通過電阻及電位器實現輸出電壓可調的電源我們可以認為是最簡單的線性電源。雖然他可以實現輸出電壓可調的功能,但是他存在一個問題。輸出電壓每次都需要手動調節電位器,才能實現,不方便也不可靠。有沒有其它的辦法呢。
答案是有的,將電位器換成三極管就行了。
書接上回,前次我們解釋了線性電源的原理,今天我們講講開關電源的原理。
先從字面上解釋,開關電源的核心就是開關二字,由前文可知線性就是三極管工作與線性狀態,顯而易見的,所謂開關就是三極管工作與開關狀態。
結合生活中的常識來解釋解釋。日常生活中,大家提到開關,可能首先想到的就是家用電器上的開關機鍵,通俗的說法就是電源鍵。打開開關,家用電器開始工作,斷開開關,則停止工作。此處的開關的受控源是家用電器,控制源是我們的手指。
家用電器的開關鍵有什么特性呢,和三極管的開關有什么關聯呢?
由電路模型可知,開關斷開,LED燈熄滅,開關閉合,LED發光。電路模型很簡單,我們發散一下思維,想想這樣的開關有哪些局限性。
我先針對該電路模型提一個要求,別管我提的要求的合理性。我希望該電路通電10min,斷開10min,周而復始。這個問題很簡單,控制者只需要卡準時間,10min開,10min關即可。
接著來,難度增加一點,我希望該電路通電1min,斷開1min,周而復始。按照同樣的方式,控制者只需要卡準時間,1min開,1min關即可,是不是感覺有點累了。
接著來,難度再增加一點,我希望該電路通電1s,斷開1s,周而復始。按照同樣的方式,控制者只需要卡準時間,1s開,1s關即可,手指是不是累得有點不行了。
最后,難度再提升一個檔次,我希望該電路通電10ms,斷開10ms,周而復始。按照同樣的思維方式來玩的話,控制者是不是已經奔潰了。1s鐘開關一次已經是接近人類的極限了,還要再提升一個檔次,根本反映不過來啦。
顯而易見,這樣的開關屬于機械式開關,其開關速度受制與控制者手指的開關頻率。
這樣的開關除了受制與控制者的反應速度外,還有一個缺陷。因為他為機械式裝置,必然存在著開關磨損。隨著使用次數的增加,他的可靠性會越來越低。那有沒有一種裝置可以代換呢。答案是有的,使用三極管替換機械式開關即可。
三極管相較于機械式開關,其開關速度提高了很多倍,且由于三極管為電子裝置,從原理上講,就不存在所謂的開關損耗。不過其控制相對較復雜一點,如下圖電路模型所示(采用NPN型三極管,高電平控制其開,低電平控制其關):
控制端為低電平,也就是三極管斷開
上文解釋了一通,總結起來就幾句話。三極管開關類似于機械式開關,只不過其開關速度更快,體積更小,且不存在機械磨損,就這么簡單。有了上述解釋,開關電源的概念也呼之欲出了。
開關電源就是一類基于三極管工作與開關狀態的電源,其通過三極管的開關作用,將一大波的電能截取為一小波一小波的電能,最終實現電能的傳輸。開關電源還有一個名稱叫做斬波電源,是不是更形象更生動。
至此,我們對線性電源及開關電源的概念有了一點認識。接下來我們講什么呢,就此打住。
欲知后事如何,且聽下回分解。
既然是閑思,我不妨再提出一些看法,中國幾十年來發展太快了,本來差距非常大,慢慢輸小了,粗放型大水漫灌,依靠人口紅利與廉價勞動力,好像都可以賺錢,多年來所謂血汗工廠,變成了世界工廠,集中低端低技術低勞動力,成為習慣也成了嚴重的慣性思維,即不注重創新與發明,都是給發達國家打工,廉價產品出口多,進口少,那么,貿易順差外匯最高達到近4億元,現在還有三億美元,什么都短平快,無論老板還是打工,如何快速回報快速致富,一味急功近利都急于求成,甚至如何投機取巧,最短時間獲得最大回報,如何夢想賺錢像火箭那么快,虛體經濟虛火上升,傳銷多年來一直屢禁不止,就是速度,實體太慢不耐煩,就是希望閃電戰一樣迅速致富,大家耐不住心,什么物美價廉其實,有數量沒有質量,如果偷工減料粗制濫造,因為,正規產品小企業沒有優勢,即成本高,沒有利潤,而且,不正當競爭,惡性競爭價格戰,發現如果方便模仿的市場飽和的非???,甚至一下子新產業賣成了白菜價,好了,一些企業與打工仔,今年屬雞明年屬鴨,看到什么好賺錢,立馬改行,形容打一槍換一個地方,沒有了工匠精神,老生常談升級轉型,姍姍來遲,為什么,因為,升級首先技術提高,不是拔苗助長一步到位,但需要一步到位,就急躁了,浮躁了,如果樹必須四年時間,想一年兩年時間做不到,大家誤以為是,一概唯物主義人民幣如何來的快,這樣,提高技術技能首先學問,學問需要刻苦耐心,嘔心瀝血,沒有認真付出就沒有成果,勞動還是勞動付出,快速就是都好像,哪有心思做學問,結果,就是老外有新技術產品,我們束手無策無能為力,做不出來的呀,首先,還是學問問題糾結了。
過去認為中國人勤勞勇敢,吃苦耐勞,我看如今蕩然無存,懶惰,如何生財有道快速致富,滿腦子就是想不勞而獲,輕松賺大錢,而不是注重學問,都說差不多就可以了,太慢了,等不及了,怎么歪招,一概短平快,欲速則不達呀,結果老是升級轉型可能重重,許多所謂轉型其實轉行而不是轉型,喜歡好大喜功,浮躁形態什么忽悠什么騙你沒商量,層出不窮,這個就是中國的技術我老是說的非常非常的落后,為什么,其實,就是簡單事實真相的這么一回事了,大家想想一下是不是非?,F實的問題,因為,做學問辛苦懶了,只有抄襲模仿是王道,但許多不是那么方便的,看得到做不到的事情多著呢,干巴巴結果一事無成的多,學者也不做學問,這個就是為什么書城新手新技術內容非常少,你去看看,如今買到的幾乎一概十年前的內容,好像新技術內容非常欠缺,大家不了解也搞不懂新技術知識內容,因為資料也非常匱乏,怎么可以提高科技含量,這個就成了真正的還是低端低技術含量的多,成了好像真正新技術應用停滯不前一樣,真的確實如此,只有重復一句話,急功近利急于求成,普遍好像就是浮躁社會浮躁的人了,是不是這個樣子的呀。
書接上回,繼續開講。今天給大家講講有關能量的相關概念。
前回我們講到電源本質上是一種能量處理裝置,它的作用即是電能提煉加工傳輸。既然涉及到能量,我們就有必要補充了解一下能量的概念。
浩瀚無邊的宇宙,其本源是什么,是能量。不管是恒星,行星,還是黑洞,其本源不過是能量不同形式的表現而已。
拋開我們已有的對各類事物的概念,想一想各種生物(包括人類),水,空氣,土壤,火,雷電,風這些到底為何物。我來告訴大家,他們只是能量的不同形式的表現而已。
既然事事物物其實都只不過是能量的不同表現形式,那能量有哪些特性呢?
第一,因為能量可以以不同的形式表現,則不同形式的能量之間必然可以相互轉化傳輸。
第二,因為不同形式的能量之間可以相互轉化傳輸,則必然存在各類介質,有的利于能量的傳輸,有的不利于能量的傳輸,也就是所謂的能量的良導介質和不良導介質。對電能來說,分別對應著導體,半導體,絕緣體等。
第三,不同形式的能量之間可以相互轉化傳輸,這一規則揭示了能量的另一特性。即有的形式的能量利于存儲,有的形式的能量不利于存儲。對于電能來說,如果想儲存電能,怎么辦。很簡單,電池,蓄電池,鋰電池等皆可以實現電能的存儲。