开关电源的技术闲思

    什么是电源：根据字面意思解释为提供电能的来源的装置。结合生活实际，我们能想到的电源有哪些。纽扣电池，铅酸电池，锂电池，手机充电器，电瓶车充电器等等。

    上述例子均属于广义的电源的定义，那对于我们电源工程师来说，什么是电源。我的定义是：将粗电加工提炼为精电的装置。这里的粗电泛指输入级电能，通常由电网提供，也包括由各类蓄电池等装置提供的直流电。而精电则表示经电源装置处理后为负载提供的电能，可以是直流电也可以是交流正弦波或方波等形式。

    很多时候，很多人学一门技术，首先卡住他的是什么，或者说扼杀他继续探索的动力的因素是什么。我觉得是该专业涉及到的各种专业术语及概念的解释。所谓专业术语，只不过是前人针对现实世界中的物体或现象所取的名称而已。

    我们可以换了思路去理解。我们首先要做的并不是去了解一大堆专业术语或记一大堆的概念，而是需要结合生活中的实例再配合适当的引导联想从直观上对某事物有所认识和了解。

    接下来我们从宏观或者说从电子行业的角度来了解一下电源专业的本质。

    电源是什么，根据上文的解释，我们可以说它的本质是对电能进行二次加工提炼，即所谓的将粗电变为精电（好比将铁矿加工为精铁）。

    知道该专业的核心，最大的好处是什么呢。很简单，那就是了解了这门专业的用途，明确了自己学习该专业的目的，不会再纠结与学习该专业的出路或者前途问题。讲到这里大家心里应该都清楚学习电源技术其实就是学习掌握一种处理电能的方法，牛逼吧？

    日常生活中，电能看不见摸不着，但又客观存在。通过学习电源技术，就能控制这看不见摸不着的玩意，是不是感觉高大上，有木有？

    物理世界的每个角落都充斥着能量，电能，光能，风能，热能等，而能量又可以以不同的形式相互转化。掌握了电源技术，也就掌握了一种能量处理的技能。

    当然这门技能从了解到熟悉到掌握到精通需要我们付出很多的辛劳，大家要有足够的心理准备。技术这条路是荆棘丛生，蜿蜒曲折的，也是繁花似锦，令人流连忘返的。

    红尘中的各路痴儿想在技术这条道上有所成就，唯有发下大愿，不辞辛劳，尝遍人间冷暖，待得动心忍性，增益其所不能，方能打通四肢百骸，洞悉本源，探得真经。

    铃木大拙先生将禅的意境分为三个阶段，第一阶段，看山是山，见水是水；第二阶段，看山不是山，见水不是水；第三阶段，看山还是山，见水还是水。

    在电源行业，我也将高手的成长分为三个阶段。第一阶段，我会电源设计；第二阶段，我精通电路设计；第三阶段，我就是电源，电源就是我。

    第一阶段表明你已进入电源设计这个行业，且能熟练运用前人总结的一些经验方法；第二阶段表明，你已具备成为真正的电源高手的素养，但还缺一些什么因素，比如思想概念的不成熟，某些技术难点还未真正把握等等，总之对电源技术的把握还差那么一点火候。

    第三阶段，你已经掌握电源行业的诸多技术，也攻克了很多的难点，就算面对一个新的知识点或难题，也只需根据过往的经验就能迅速理解或解决。对需要设计项目，你已经不再用人的思维方式去思考，而是从电源的角度去思考。这时你就是电源，电源就是你。

    记得早年看过的孙晓先生写的武侠小说《英雄志》，其中讲到两位剑术高手的对决，一位是昆仑派掌门卓凌昭，一位是华山派掌门宁不凡。卓凌昭说道：我就是剑神，剑神就是我。在场无数英雄豪杰均被其气势压倒，无人应答。此时宁不凡先生说道，我即是剑，剑即是我。此语一出，高下立分，全场折服，这才是真正的高手的素养。

    当你在某一行业浸淫很多年后，便会发现你已经和你所研究的对象水乳交融，合二为一。希望通过上述观点的阐述对大家有所启发和帮助。

我赞成楼主的观点，即换思路去了解，而不是记住一大堆专业词汇与一大堆概念，要活学活用，属于思考问题，思维比知识更加重要，不能死教条理解，我发现一些人就是这样，我列出了变压器计算公式，与书本不一样，莫名其妙，说我瞎编的，因为，怎么书本不是这样的计算公式，书本采用高斯，存在分子7次方，这样计算复杂，给简化就好计算了，没有多少次方存在，我采用特斯拉不行吗，一些人怀疑，因为书本不是这样的，问我是那本书的公式，真的不是哪本书，为了和计算，就简化了，采用特斯拉，频率兆赫，面积厘米，干掉7次方，好像不对了，本本主义，年随便计算一下就知道了，一样的，1特斯拉=10000高斯。什么我搞错了，其实没有。发现本本都是哪本书，这个活灵活现，理解了就行，没有标准，而且，书本局限非常非常大，知识简单那么一点点，其实 多着呢，必须实践第一经验第一。

    许多人把学习电源技术当成学习电脑与程序，这个死记硬背，牢牢记住，但无线电知识就不是这样的学习方法。其实，应试教育就是分数第一，都是形成了僵化思维教条主义了，不鼓励思考与创新，就说说山西的一个命题，老人跌倒该不该扶，标准答案就是必须即撒谎正确答案，还有四川达州，老太婆自己跌倒叫学生扶了一下就讹上了，没有监控，麻烦了，挨了老爸一巴掌，心灵创伤了，还是老师再次提问学生再次碰到该不该扶，学生异口同声该伏，明明就是撒谎唯心，那么，我国教育都存在标准答案，把学生都养成生搬硬套死板都什么都需要标准答案，即死读书书呆子相当不少了，这个是一个非常现实的问题，应试教育不鼓励创新，需要与书本高度一致，当年我高中老是丢分，粗心漏了一个字，还是四个等式变成三个，这里扣那里丢，明明做出来分数七七八八丢，其实，只要做出来就可以了，框框套套，八十年代考了几次大学，意外丢分不少，当然，我首先文科不行那么就是我文采表达不怎么好的原因了，数理化分数高另一边丢了，总分上不去了。

电源的分类与区别

    从电路原理的角度来看，电源大至分为三种，线性电源，开关电源，电荷泵。在实际应用中，使用较多的是前两种。

    线性电源和开关电源的区别是什么，从字面意思看就是线性与开关的区别。那电源的线性特性和开关特性到底代表着什么意思呢。

    大家结合自己已有的知识再加一点联想做一道选择题。

    半导体器件中，哪些器件既具备线性特性又具备开关特性。我给大家一点提示，常规的半导体器件有二极管，三极管，可控硅等。

    答案显而易见，在上述三种半导体器件中，唯有三极管既具备线性特性又具备开关特性。

    知道了这个答案，其实我们也就清楚了线性电源和开关电源的区别。

    线性电源和开关电源的区别其实只不过是三极管工作在不同的状态而已。当三极管工作与线性区，就是线性电源，工作与开关区就是开关电源。

    至此，诸位看官对线性电源和开关电源的差别有了一定的认识，但是这样的解释又带来了另一个疑惑。既然线性电源和开关电源的区别可以归结为是三极管工作与不同状态的区别，那三极管的线性特性和开关特性是什么意思，能否详加解释。

    有此疑问，恭喜你，非常好，说明你已经在开动自己的脑袋思考了。师者，所以传道授业解惑也。通过简单的问题引导大家思考，乃至深入的思考，我觉得这是较好的学习方法。针对三极管的线性特性和开关特性，我来一一解释。

    首先解释线性特性。线性，提到这两个字，我们首先能想到什么。高中数学中经常提到的线性方程，直线，斜线等。不错，能想到这些知识点就足够了。那三极管的线性特征是什么，用数学的语言描述此时三极管的特性可以近似为一条直线或者斜线。这样的解释是否觉得抽象，没有问题，再从另一个角度解释。我们用替换法来说明问题。

    通过两电阻串联，可以实现电压分压。计算公式为Vout=Vin*(R2/(R1+R2)),具体如下图

    由计算公式及仿真电路可知，想实现输出电压可调，只需要调节电路中R2的阻值，通过一电位器代替R2，便可实现输出电压可调。电位器阻值的变化是循序渐进的，也即是说是线性的。

    通过电阻及电位器实现输出电压可调的电源我们可以认为是最简单的线性电源。虽然他可以实现输出电压可调的功能，但是他存在一个问题。输出电压每次都需要手动调节电位器，才能实现，不方便也不可靠。有没有其它的办法呢。

    答案是有的，将电位器换成三极管就行了。

    咱们讲到将电位器替换为三极管，可以实现输出电压可调，且不需要手动调节。这什么意思。

    各位看官，大家都知道电位器通常三个极，我们可以理解为输入端，输出端，调节端。同样的道理，常规的三极管也有三个极，输入极，输出极，控制极。从形态上二者便可以很方便的实现替换。不同之处在于电位器的调节端是由人手控制的，而三极管的控制极是由电源的输出采样电压实现控制。

    上文铺了那么多的文笔解释线性电源的原理，其实总结起来很简单。线性电源的原理就类似与电阻器与电位器分压实现输出电压可调的原理，就这么简单。

    书接上回，前次我们解释了线性电源的原理，今天我们讲讲开关电源的原理。

    先从字面上解释，开关电源的核心就是开关二字，由前文可知线性就是三极管工作与线性状态，显而易见的，所谓开关就是三极管工作与开关状态。

    结合生活中的常识来解释解释。日常生活中，大家提到开关，可能首先想到的就是家用电器上的开关机键，通俗的说法就是电源键。打开开关，家用电器开始工作，断开开关，则停止工作。此处的开关的受控源是家用电器，控制源是我们的手指。

    家用电器的开关键有什么特性呢，和三极管的开关有什么关联呢？

    先说说家用电器自带的开关的特点。从外形上看，他也具备三个端口，分别是输入端，输出端，控制端。如下图电路模型所示：

开关断开

    由电路模型可知，开关断开，LED灯熄灭，开关闭合，LED发光。电路模型很简单，我们发散一下思维，想想这样的开关有哪些局限性。

    我先针对该电路模型提一个要求，别管我提的要求的合理性。我希望该电路通电10min，断开10min,周而复始。这个问题很简单，控制者只需要卡准时间，10min开，10min关即可。

    接着来，难度增加一点，我希望该电路通电1min，断开1min,周而复始。按照同样的方式，控制者只需要卡准时间，1min开，1min关即可，是不是感觉有点累了。

    接着来，难度再增加一点，我希望该电路通电1s，断开1s,周而复始。按照同样的方式，控制者只需要卡准时间，1s开，1s关即可，手指是不是累得有点不行了。

    最后，难度再提升一个档次，我希望该电路通电10ms，断开10ms,周而复始。按照同样的思维方式来玩的话，控制者是不是已经奔溃了。1s钟开关一次已经是接近人类的极限了，还要再提升一个档次，根本反映不过来啦。

    显而易见，这样的开关属于机械式开关，其开关速度受制与控制者手指的开关频率。

    这样的开关除了受制与控制者的反应速度外，还有一个缺陷。因为他为机械式装置，必然存在着开关磨损。随着使用次数的增加，他的可靠性会越来越低。那有没有一种装置可以代换呢。答案是有的，使用三极管替换机械式开关即可。

    三极管相较于机械式开关，其开关速度提高了很多倍，且由于三极管为电子装置，从原理上讲，就不存在所谓的开关损耗。不过其控制相对较复杂一点，如下图电路模型所示（采用NPN型三极管，高电平控制其开，低电平控制其关）：

控制端为低电平，也就是三极管断开

    上文解释了一通，总结起来就几句话。三极管开关类似于机械式开关，只不过其开关速度更快，体积更小，且不存在机械磨损，就这么简单。有了上述解释，开关电源的概念也呼之欲出了。

    开关电源就是一类基于三极管工作与开关状态的电源，其通过三极管的开关作用，将一大波的电能截取为一小波一小波的电能，最终实现电能的传输。开关电源还有一个名称叫做斩波电源，是不是更形象更生动。

    至此，我们对线性电源及开关电源的概念有了一点认识。接下来我们讲什么呢，就此打住。

    欲知后事如何，且听下回分解。

既然是闲思，我不妨再提出一些看法，中国几十年来发展太快了，本来差距非常大，慢慢输小了，粗放型大水漫灌，依靠人口红利与廉价劳动力，好像都可以赚钱，多年来所谓血汗工厂，变成了世界工厂，集中低端低技术低劳动力，成为习惯也成了严重的惯性思维，即不注重创新与发明，都是给发达国家打工，廉价产品出口多，进口少，那么，贸易顺差外汇最高达到近4亿元，现在还有三亿美元，什么都短平快，无论老板还是打工，如何快速回报快速致富，一味急功近利都急于求成，甚至如何投机取巧，最短时间获得最大回报，如何梦想赚钱像火箭那么快，虚体经济虚火上升，传销多年来一直屡禁不止，就是速度，实体太慢不耐烦，就是希望闪电战一样迅速致富，大家耐不住心，什么物美价廉其实，有数量没有质量，如果偷工减料粗制滥造，因为，正规产品小企业没有优势，即成本高，没有利润，而且，不正当竞争，恶性竞争价格战，发现如果方便模仿的市场饱和的非常快，甚至一下子新产业卖成了白菜价，好了，一些企业与打工仔，今年属鸡明年属鸭，看到什么好赚钱，立马改行，形容打一枪换一个地方，没有了工匠精神，老生常谈升级转型，姗姗来迟，为什么，因为，升级首先技术提高，不是拔苗助长一步到位，但需要一步到位，就急躁了，浮躁了，如果树必须四年时间，想一年两年时间做不到，大家误以为是，一概唯物主义人民币如何来的快，这样，提高技术技能首先学问，学问需要刻苦耐心，呕心沥血，没有认真付出就没有成果，劳动还是劳动付出，快速就是都好像，哪有心思做学问，结果，就是老外有新技术产品，我们束手无策无能为力，做不出来的呀，首先，还是学问问题纠结了。

    过去认为中国人勤劳勇敢，吃苦耐劳，我看如今荡然无存，懒惰，如何生财有道快速致富，满脑子就是想不劳而获，轻松赚大钱，而不是注重学问，都说差不多就可以了，太慢了，等不及了，怎么歪招，一概短平快，欲速则不达呀，结果老是升级转型可能重重，许多所谓转型其实转行而不是转型，喜欢好大喜功，浮躁形态什么忽悠什么骗你没商量，层出不穷，这个就是中国的技术我老是说的非常非常的落后，为什么，其实，就是简单事实真相的这么一回事了，大家想想一下是不是非常现实的问题，因为，做学问辛苦懒了，只有抄袭模仿是王道，但许多不是那么方便的，看得到做不到的事情多着呢，干巴巴结果一事无成的多，学者也不做学问，这个就是为什么书城新手新技术内容非常少，你去看看，如今买到的几乎一概十年前的内容，好像新技术内容非常欠缺，大家不了解也搞不懂新技术知识内容，因为资料也非常匮乏，怎么可以提高科技含量，这个就成了真正的还是低端低技术含量的多，成了好像真正新技术应用停滞不前一样，真的确实如此，只有重复一句话，急功近利急于求成，普遍好像就是浮躁社会浮躁的人了，是不是这个样子的呀。

    书接上回，继续开讲。今天给大家讲讲有关能量的相关概念。

    前回我们讲到电源本质上是一种能量处理装置，它的作用即是电能提炼加工传输。既然涉及到能量，我们就有必要补充了解一下能量的概念。

    浩瀚无边的宇宙，其本源是什么，是能量。不管是恒星，行星，还是黑洞，其本源不过是能量不同形式的表现而已。

    抛开我们已有的对各类事物的概念，想一想各种生物（包括人类），水，空气，土壤，火，雷电，风这些到底为何物。我来告诉大家，他们只是能量的不同形式的表现而已。

    既然事事物物其实都只不过是能量的不同表现形式，那能量有哪些特性呢？

    第一，因为能量可以以不同的形式表现，则不同形式的能量之间必然可以相互转化传输。

    第二，因为不同形式的能量之间可以相互转化传输，则必然存在各类介质，有的利于能量的传输，有的不利于能量的传输，也就是所谓的能量的良导介质和不良导介质。对电能来说，分别对应着导体，半导体，绝缘体等。

    第三，不同形式的能量之间可以相互转化传输，这一规则揭示了能量的另一特性。即有的形式的能量利于存储，有的形式的能量不利于存储。对于电能来说，如果想储存电能，怎么办。很简单，电池，蓄电池，锂电池等皆可以实现电能的存储。