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一切都与二元论有关。使用理想的组件,您可以制造出理想的SMPS型电压转换器(=使用电感器来完成工作)。您不能使用开关(飞跨)电容器来制造理想的电压转换器。这并不是说宇宙对电容器不公平:您可以使用开关电容器来制造理想的电流转换器,而使用电感器是不可能的。
我无法不理会数学,但是电容器和电压源的问题是这样的:采用具有一定源阻抗(=串联电阻)的电压源。在其上连接一个电容器并对其加载无限的时间(任何有限的时间也可以)。计算作为串联电阻的函数的串联电阻的能量损失量。现在从数学上考虑该方程式的极限是零电阻。您会发现能量损失将保持不变。直观上这是因为较小的电阻会导致较高的初始负载电流,并因此导致较高的RI 2损耗。
管理摘要:您不能将理想的电压源连接到电容器,因为这将导致无限大的电流,这本身是不可能的,并且会导致无限的磁场,从而破坏宇宙(开玩笑,请记住,这是管理摘要)。但是您可以根据需要尽可能接近地实现这一理想,结果仍然是相同的:在给电容器充电时会损失固定的能量。因此:对不起老板,没有理想的飞跨电容器电压转换器。
当从恒定电压源为恒定电压负载供电时,无电感器电荷泵不能达到100%的效率。如果源电流和电压波形与负载电流和电压波形具有适当的关系,则使用理想组件制造的无电感器电荷泵可能具有100%的效率。源电压或负载电压可以是恒定的DC,但不能两者都恒定(在琐碎的情况下,两个电压相同且电荷泵无需执行任何操作)。
注意:包含内部电流源的电荷泵可以将输入功率从恒压源转换为外部恒压负载,效率为100%,其中从一个内部电流源汲取的任何能量为更换下。另一方面,这种电流源将简单地代替电感器。
对于升压转换器,您可以设计具有理想组件的转换器,并且所有方程式仍然有意义,电压和电流仍然有限。通过这些电压和电流,您可以获得100%的效率。
具有零杂散电阻的电荷泵根本无法以这种方式进行分析。尝试这样做会导致荒谬的答案。通过完美的开关将完美的电容器连接到完美的电压源时会发生什么?尝试计算当前结果会导致除数为零。同样的问题也适用于连接两个理想电容器。
假设我们有一个充电到给定电压的电容器,然后通过一个电阻将其连接到更高电压的电压源。现在让我们假设我们让它充满电(暂时忽略这样做将花费无限时间)。我们发现,改变电阻器的值不会改变效率,从电压源汲取的总能量保持不变。然而,效率取决于电容器的起始电压与电压源的电压之间的比率。当电压差趋于零时,较小的电压差将导致趋于100%的较高效率。
在我们的电荷泵中,没有无限的充电/放电时间,因此电阻的确会影响效率,但是随着电阻趋于零效率(对于有限的电压差),其有限数量趋于小于100%。
在每个开关周期传输的电荷与电容上电容的电压变化有关。为了将有限的平均电流传输到负载,我们要么需要每个周期传输有限的电荷,要么需要拥有无限多个周期。
因此,制造100%有效的电荷泵将需要一个无限大的电容器或一个无限高的开关频率。
好吧,这实际上取决于我们对“理想组件”的追求。如果二极管的正向压降为0伏,BJT的基极阈值为0伏,饱和度为0伏,电流增益无限,而FET的栅极阈值为0伏,Rds为0欧姆,那么很可能是可以实现100%高效的换油泵。
即使在升压转换器的情况下,除非开关FET和反激二极管在我上面所描述的意义上是理想的,否则效率也不是100%。同样,电感器的DC R必须等于0。