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为什么电路要设计得这么复杂?

作者:小编    发布时间:2023-09-30 06:32:19    浏览量:

  一个是温漂。。就是很多器件随着温度的变化会变化。你在室温下调通的电路,亿博电竞被太阳一照,或者是被西北风一吹,全乱了。。

  一个是干扰。就是电磁感应。比方说,你在屏蔽间里调通的电路。拿到外面。天上打个雷。又乱了。。甚至在极端情况下,你用手摸一下板子,都会触发。因为你也是一个导体。

  一个是噪声。就是我们用的交流电转换成直流电以后,电流电压都会有波动。一旦有波动。万一这个波动被电路自激放大。出来的信号又乱了。。

  一个是误差。就是这个世界上是没有400欧姆的电阻的。。只有270欧姆和470欧的电阻。。其他器件更是如此。。

为什么电路要设计得这么复杂?

  一个是频率特性。就是电容和电感还有三极管在低频信号和高频信号下的特性不同。也就是电容会通高频阻低频,而三极管在低频信号下和高频信号下的等效模型也不一样。出现米勒电容的现象。

  一个是误操作。我就干过不小心把12V的电瓶车电机的供电线V的电瓶车控制板上。亿博电竞

  因此上,我们要设计各种稳压电路,稳流电路,滤波电路,负反馈电路,就是为了让那个核心放大电路大爷能正常工作。。

  各位专家回答都很全面。我说一个角度,也是硬件人最讨厌的,就是要防tm的呆。

  要防同行硬件的呆:其实你看图纸很复杂,其实很多都是标注、提示,防止别人接手了你的设计要去改,不要忽略了你设计的考虑点。

  要防FW的呆:有些设计要考虑FW控制出错的后果,不烧板子,就要加保护电路。或者关键回路要加备份。

  要防加工制造的呆:这就太多了,放反、放错、插错线... 有时候就是要故意搞一些不同形状、规格的器件,让器件只能对的地方。

  总之,在硬件人眼里,全世界都得是没有下限的呆B。如果不这么考虑,哪天就一定会被某个呆B坑死。

  (2023-8-20)补充下,从技术层面讲是上面两句话, 如果从开公司的角度(商务角度),带着缺陷出厂是正常的(规避致命缺陷),看微软的一堆补丁,看大部分公司刚起步时候的山寨产品,公司是必须先活下来,才能谈进步,这是没办法的事情,做到80分的成本假设是1万元,做到90分的成本是1000万,做到99.999的成本是100个亿。量力而行而不是完美主义,不然都活不下去,就不用说发展了。

  所以作为软硬件工程师如果想自己做点东西售卖(个人创业者,独立创业者),先客服的一个魔障就是不要过度追求完美,必须控制风险的试错。大公司也是这么过来的,小公司不要以大公司的标准要求自身,如果小公司存在这样的领导者就是吹毛求疵,不自量力了。

  就这么简单,那么为什么要设计这么多的“没用”的东西?是因为故意把简单的事情搞复杂从而显得高端吗?

  首先,一个电源接在220V电网上,电流是不是像书上说的从0到某个固定值?不是,很多时候你把板子上电一瞬间是有一个很大的尖峰电流的,这个电流有可能会损坏后面的元器件,所以我需要一个器件来保证上电尖峰不能过大。

  如图,RT1是一个ntc热敏电阻,上电是温度低,电阻大,起到了限流作用,后续温度起来了,电阻减小,又回归“导线”的作用。

  那么电网的交流电压是不是一定220V不会变?不一定,电网时常有波动,甚至会有雷击这种极端情况发生,那么如果此时交流L N电压突然过大,那么极有可能损坏后续器件,那么我需要一个器件来保护后级,当这个电压过大时,能“短路”后级器件。那么RV1这个压敏电阻就是干这个的,正常220V时电阻很大,相当于开路,电压增大电阻减小相当于导线给后级短路了。

  电网220V上面一定没有干扰吗?是非常平滑的正弦波吗?非也,这么多用电器接入电网,电网上是有干扰的,这个电源本身就一定不会有干扰传回电网吗?也不是,如果不管这个干扰,那么干扰就会影响后级电路稳定性。

  所以,CX1和LF1构成了一个无源LC滤波,对干扰起到吸收作用。同理,下图也是一个π型LC滤波,进一步处理。但是这个电路还有另一个作用,交流信号经过整流桥以后是一个脉动的“馒头波”直流信号,需要把它处理成一个平滑的直流信号,否则开关管两端电压跳动过大对开关管本身还是后级电路稳定性是个很大的影响。这个电路中的电感和电容就可以把馒头波变成一个310v左右的直流电。

  那么在开关管开关时其实就是重复一个上下电过程,上面说过了,变压器绕组上会产生尖峰电压,这个电压高了会击穿mos管,因为这里的mos不是教科书上的理想器件,是有耐压极限的,所以我需要一个电路来吸收这个尖峰电压。下图是一个经典的RCD吸收电路,利用二极管反向钳位的原理,电容充电,电阻构成泄放回路来吸收这个尖峰。

  到了最核心的开关mos了,反激电源说白了就是mos的导通,那么我们为什么不直接放个mos在哪儿,要用一个芯片呢?那我问你mos开关栅级需要一个信号吧,这里开关管需要承受的电压接近400V,这么大功率的mos常规的单片机5v,3.3v驱动信号根本驱动不了,所以我还需要一个驱动电路,那么很方便的是,现在有这类开关电源芯片能把驱动和mos集成在一起,一个芯片搞定,就是这部分

  芯片本身也需要供电啊,肯定不能直接接交流220或者310v的直流,这类芯片供电常规来说需要5到12v,具体看型号,所以我需要一个12v的电源,那么很巧的是我们就是一个产生12v的电路那么我需要把变压器次级产生的12v又引回初级侧来,所以变压器需要一个辅助绕组,R6和D3,还有电容C4,EC5起到了稳定这个电压的作用。

  那么次级按照我们希望产生了12v直流,具体多少看变压器变比,那么产生的这个12v就直接供给负载了吗?我们都知道,如果负载大了,电压就会被“拉低”,电压都不稳定,还谈什么电源?那怎么办?

  第一是,是加电容,大电容就像一个蓄水池,“旱季”能及时补充水源,如下图。当然加一个电感,构成π型滤波,又进一步让12v干扰变小,一举两得。

  这个处理方法并不是万全之策,关键还是开关mos的导通,不然为啥叫开关电源,我们都知道,反激式电源说白了就是mos导通时,变压器次级产生反电动势(这也是名字由来),亿博电竞开关二极管反向截止,mos截止,此时开关二极管正向导通,次级绕组又作为储能电感通过二极管向后级供电,所以关键核心就是开关mos和开关二极管,开关二极管先不说,那么我改变mos导通周期,使其截止的时间加长,那么供能时间就长,带载能力就足,就好像水源足,不怕你人多来喝,反之亦然。

  所以关键是能让这个mos的导通信号根据负载12v的变化同步变化,所以我们用tl431自带2.5v可编程基准的原理,在外围电阻分压偏置,设置一个简单的比较器,如下图。

  12v被拉低时,光耦导通,能产生一个信号,这个信号再给到开关芯片,开关芯片实时调控mos导通,以达到稳压目的。

  为什么要用光耦呢?我们前面说了这是一个隔离式的电源,初级和次级不能有直接的电气连接,包括反馈信号。所以反馈信号同样需要光耦隔离。

  至于前面说到很重要的开关二极管,我们知道它在一个开关周期中需要反向截止,那么现实二极管同样有耐压极限,在高压mos开关过程中原边产生的过冲尖峰一样会窜到次级,所以开关二极管也需要一个阻容吸收回路。如下图

  所以至此,这样一个完整的220v转12v隔离反激式DCDC开关电源才算完成。

  它只有五个器件,它也能产生12v直流,它简单到高中生都能看懂大概,但是你使用时:

  1、你需要致电国家电网,要求发到你家里的电必须是完美的220v正弦且不能有任何高频干扰的完美交流电。你使用该产品时全市其他人都必须停电,否则,干扰太大。

  2、你需要想办法穿越时空,你用的mos和开关二极管必须是室温超导材料研制以后的绝对教科书式理想器件。

  3、你必须警告使用你这个电路的人,负载必须任何时候保持恒定,不能高,不能低,不能突变,否则,这个12v会变成多少没人说的清。

  4、你使用前,你必须另外花钱买一个高压mos的驱动器,接在上图ctr引脚,否则,整个电路无任何功能。

  不是说原理很复杂,真的需要这一大堆东西,而是因为在教材上的理想原理图和现实中实际的东西是两个概念。

  对于题主来说,图1够复杂了。但对于本专业的人士来说,图1的电路十分简单。其实,图1所示的电路各个部分功能是很清晰的,并不复杂。这些局部电路确保了总电路完成电动机的保护功能。

  一个比喻:汽车内部部件对于外行来说够复杂的,但对于专家来说并不复杂。汽车的内部结构设计,是为了实现汽车的功能,并满足人们的舒适度要求,满足人们的操动要求而复杂起来的。

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