开关电源的作用和原理

开关电源是一种看似简单，但却异常复杂的电子系统。其中包含着很多有意思的问题，我放在这里，促使自己思考思考：

1.一般buck系统输出电压和输入电压是按开关管占空比计算的。比如说，24V输入，输出12V，那么占空比应该是50%。这个理论推导大多数情况下是不遵守的。因为这个是在开关电源满量程下推导的。事实上，开关电源一般工作都会小于最大量程输出。这里有一个前提，就是一个周期内输入的能量会与输出的能量相抵消。如果不能抵消呢？那么开关电源就会进入打嗝模式（轻跳模式），即连续几个工作周期内有开关波形输出，然后连续几个周期内都没有开关波形。保证输入能量与输出能量相等。从理论上讲，可以认为是变成了频率更低，占空比更低的一个开关波形。也可以理解为，开关电源的拓扑结构中的开关管控制的精度有限，在一个周期内可能占空比的分辨率只能到0.5%，想要实现0.01%的精度，只能用更多的周期来逼近。比如说，5% 4% 4% 4%的四个连续开关周期组合成了一个4.25%的占空比。

这让我联想到，DLP 投影仪和背投彩色电视机，其实也是这个原理，DLP 的核心芯片只能让一个点变亮或者变灭，曝光灯光通过色轮投在DLP上，DLP 的反射光通过镜头射出。如果用高速摄像机 DLP 画面，那么应该是能看到不同颜色的单色画面。通过人眼的暂留效应，进行空间合成。

软件中也是如此，体积和速度，软件可以用空间换时间，可以用时间换空间。

2.三种开关电源系统buck, boost, buck-boost，冷启动时，都是由0状态开始启动到工作状态。用于滤波的电容也是从0开始充电到规定的电压。事实上，如果不加以限制，能产生很大的 In rush 电流。对系统造成不可逆的损伤。同理，在负载变动，输出功率变化的情况下，都会出现 In rush 电流。为什么会出现这种现象，还是控制电路的控制方法问题。一般开关电源的输出都是恒压源，只对电压做追踪控制。电压时控制目标，开关管流过去的不是电压，而是能量。应对能量加以控制和限制，而不是光秃秃的电压。

3.Invert 是一种非常复杂的电源，尤其三相电的高频PWM整流器是非常复杂的。控制方法多种多样，五花八门。但往往我们忽视了一些最基本的电路认识。为什么Invert电源能做到能量的双向流转？那是因为AC->DC时，外面的AC电源、电感、开关管组成了一个boost，向高压直流母线输入能量；DC->AC时，直流母线作为电源，通过电感，开关管组成一个buck，向AC电源供电。由于市电AC源可相当于一个巨大的负载，而boost和buck又是一种内阻可变的电源(适当的控制方法)。即使AC线电压来回翻转，也不会影响电路的工作。这些最基本的知识，让我明白了，再复杂的东西都是由简单的东西复合而成，基础往往比具体的技术更重要。

责任编辑：彭菁