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如何成为一名合格的硬件工程师:电源概念

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电源变换可以简单分为如下四大块:

a: AC- DC 交流➡️直流 俗称整流

最常见的AC-DC转换设备就是常用的手机充电器,家用插座提供220V 交流电,经过充电器后就输出5V直流电,然后经过USB线缆给我们手机充电。大家经常听到的快慢充,在于输出电流不一样,1A、2A甚至更高5A;当然也有输出10V直流电的高压快充。

这里面各大手机厂商快充技术百花齐放,体现在手机充电器不同的设计,不要小看小小一个手机充电器,要求的电源专业知识可不少哦,要做到更小更薄功率又高,那绝对是很有挑战的。


电源整流:手机充电器

b:DC-AC 直流➡️交流 俗称逆变

最常见‬的‬DC-AC转化换‬设备‬就是‬近些年‬比较‬火的‬光伏‬逆变器‬:将太阳能电池板产生的直流电 (DC) 转换为交流电 (AC) ,再并入公共电网,供应家庭、工业和商业等‬用途。

说着‬好像‬简单‬,但实际‬转换‬的‬交流电‬,要‬与公共电网等压、同频、同相,输出能力‬也‬有‬要求,设备‬是‬一个‬相当‬复杂‬的‬系统‬。国内厂商‬诸如‬‬华为‬、阳光‬电源‬等‬,在‬光伏‬并网‬逆变器‬这块‬是‬技术‬领先者‬‬,随着‬清洁‬能源‬、碳‬中和‬等‬概念‬,更‬是引来‬‬多方‬竞逐‬‬。

电源逆变-光伏太阳能板下方的逆变器

当然开大卡车的司机有时也会配个车用逆变器,用来煮饭、烧菜等;现在也比较火热的户外电源市场,也属于逆变范畴,理想汽车甚至号称它直接提供户外移动电源

电源逆变-车载用逆变器,提供交流插座

c:DC-DC 直流➡️直流 俗称斩波

最常见的DC-DC设备如电瓶车,靠电瓶给车上设备提供需要的电源,从直流48V变换到直流12V、5V等其他不同电压,属于降压变换。

DC-DC降压变换技术细分一般有开关电源SMPS (Switch Mode Power Supply)和线性电源LDO (Low Drop Output) 两种,LDO应用相对简单点,基本设置下反馈电阻值即可,输入和输出电流基本相等,输出只能低于输入;SMPS应用则相对复杂些,除了反馈电阻值设置,输入/输出电感、电容、环路补偿都要详细计算。


DC斩波:LDO应用


DC斩波:DC-DC应用

SMPS要细分除了有降压(buck)电路,还有升压(boost)电路、升降压(buck-boost)、Sepic、Zeta电路等,这些都属于非隔离类型;如果加上隔离型,又有反激(fly back)电路、正激(forward)电路、半桥(half-bridge)电路、全桥(full-bridge)电路、推挽(push pull)电路、LLC电路等。


DC-DC电路拓扑:非隔离型


DC-DC电路拓扑:隔离型

SMPS各种电路,再结合不同的控制技术,不同的组合技术,不同的补偿方案,是一门很深的学科

DC-DC新技术:两路Buck并联

d:AC-AC 交流➡️交流 俗称交流调压

最常见的AC-AC设备如变频电源、交流调压、电力电子变压器等,一般应用在以变频或恒频交流电源的二次电能变换场合。从实现方案看,有直接变换和间接变换两种形式,如从AC➡️DC➡️AC 这种有个中间DC环节的就属于间接变换。

AC调压:电力电子变压器

本文所列电源内容还只是简单描述,如果读到研究生,发现有一门学科-电力电子与电力传动,是专门研究电源不同方向的,可在细分领域了解更多。