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硬件基础知识之电流

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本帖最后由 简单的李老头 于 2017-3-28 17:17 编辑

        大家一定很奇怪,我为什么讲这么原始的知识。
        我个人认为,电流如果大家不能够理解透彻,就无法深入学习其他硬件知识。
        初中讲过,导体中的自由电荷在电场力的作用下做有规则的定向运动就形成了电流。这里的关键是电场力。那么什么是电场力,大家都知道,因为导体两端存在电势差。
        但我想强调的是,电流是能量在导体中的表现形式,大家也都知道,电流是因为电子的流动。一个由稳定的分子群构成的导体,为什么会有电子流动,是因为电子太顽皮?当然不是,一个电子突然出现在稳定的群落,一定会被其他电子排斥和攻击,而其他的电子核也想收下它当小弟。
        所以当一个电子突然有一天被加持了能量,就想吃了菠菜的大力水手,想到处看看,就不可避免的进入其他分子的地盘,战斗是不可避免的,作为本能,它会找寻防御薄弱的环节进行突破,在突围战斗中,不可避免的就会受伤,如果没有新的能量的注入,无法及时回血,就会被其他原子核俘虏,成为别人的小弟,只能期待逃跑了。
        在战斗的过程中受伤,就是能量损失,如果在超导体里,电子不需要拼死战斗就可以一直运动下去,但实际上,任何电子在运动过程中,都会损失能量,只是大小而已。
        这个防御薄弱的环节,在电子学上就是阻抗最小的路径,就像水流,往低处流就是它的本能。在低频的情况下,最小阻抗路径就是流经的导体,而在高频(超过1MHz)的情况下,最小流经也许就不是你设计的路径了,这个时候分布参数就会起作用,频率越高,电流的路径就越来越依赖分布参数。
        我们一直惧怕模拟电路,觉得不可思议,根据学校的知识计算出来的数据,在模拟电路上根本就行不通,其实不是理论错了,是我们掌握的理论不够。在接下来的帖子里,我会尽量用简单的知识,希望可以帮助到大家。
        最后,请大家记得,电流是能量的表现形式,会本能的找寻阻抗最小的路径。


        在留言区,有一些讨论个人觉得很有价值,大家不妨看看。

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沙发
kk的回忆| | 2017-3-27 10:23 | 只看该作者
通俗易懂,有助于理解

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板凳
kk的回忆| | 2017-3-27 10:58 | 只看该作者
我想问一个问题,过载情况下,就把电源电压拉下来的情况。比如说一个电源供电能力只有1A,但是负载需要2A的供电电流,这电路以导通,就会出现电源电压掉下来的情况,我在想,既然电源只有1A的供电能力,即时负载需要2A电流,可是电源不能提供,他就提供1A电流,维持电路导通啊,为什么会出现电源电压掉下来的现象,这时候负载是不是流过2A的电流?我也有种认识,对于一个5V,1A的电源来说,它可以提供5V,1A或者1A以下的维持电流,超过1A的电流就不能保持5V的状态。而不是说不能提供1V,5A的维持电流,这样理解也可以吗?

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地板
简单的李老头|  楼主 | 2017-3-27 13:11 | 只看该作者
kk的回忆 发表于 2017-3-27 10:58
我想问一个问题,过载情况下,就把电源电压拉下来的情况。比如说一个电源供电能力只有1A,但是负载需要2A的 ...

传统的电源拓扑结构是负反馈电路。核心是PWM控制器,反馈网络其实是一个电压比较差值电路,输出的电压高了,超过设定值,那么就会有一个反向电平,PWM控制器就会调制输出占空比,也就是高电平的时间适当缩短,这样输出的能量就会降低,电压也会降低。
针对你的问题,首先必须要理解电源是一个能量变换器,它把输入能量以负载可以接受的形式输出给负载。电源的关键参数是输出功率,当你的负载加大(电流加大),这个时候,如果超过了最大功率,电源就无法提供你需要的能量,功率不变,那么电压一定会下降。

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简单的李老头|  楼主 | 2017-3-27 13:13 | 只看该作者
这里我强调一个观点,电路分析的核心是能量的传递,电流和电压是当前负责上能量的表现形式。
以后我们会讲到EMC和电源/信号完整性,都是基于能量的传递。

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6
jrcsh| | 2017-3-27 16:11 | 只看该作者
不影响~~~~ 学习数字电路

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7
山东电子小菜鸟| | 2017-3-27 23:44 | 只看该作者

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山东电子小菜鸟| | 2017-3-28 11:59 | 只看该作者

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9
cjseng| | 2017-3-28 12:39 | 只看该作者
kk的回忆 发表于 2017-3-27 10:58
我想问一个问题,过载情况下,就把电源电压拉下来的情况。比如说一个电源供电能力只有1A,但是负载需要2A的 ...

通常电源可以看成一个理想电压源串联了一个电阻对外供电,所以电流越大,输出的电压越低,因为在电阻上产生了压降。

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10
简单的李老头|  楼主 | 2017-3-28 13:38 | 只看该作者
cjseng 发表于 2017-3-28 12:39
通常电源可以看成一个理想电压源串联了一个电阻对外供电,所以电流越大,输出的电压越低,因为在电阻上产 ...

这是一种直观的理解。
还可以这样理解。电源输出端滤波电路其实就是一个积分电路,单位面积(最大功率)不变,横轴电流值变大,纵轴电压就会变低。

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11
简单的李老头|  楼主 | 2017-3-28 13:50 | 只看该作者
cjseng 发表于 2017-3-28 12:39
通常电源可以看成一个理想电压源串联了一个电阻对外供电,所以电流越大,输出的电压越低,因为在电阻上产 ...

其实我一直不太赞成教科书上用理想电压源的理论来讲述电源。
这样的拓扑结构需要老师能够把物理知识讲透,不然很容易混乱。
比如理想电压源、最大输出功率、阻抗匹配、最大效率、欧姆定律,这些知识如果不讲透,不串联起来,就会是知识永远是知识,但形成不了生产力。

请原谅我的直接。因为我下决心写关于硬件知识的初衷就是希望能够让从事硬件电路设计的工程师从最基础、最核心上去理解电路,运用电路,起码不会再觉得模拟电路是走钢丝。

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cjseng| | 2017-3-28 16:46 | 只看该作者
5V/1A的电源为什么不能输出5V/2A呢?我认为就是内阻在作怪,这内阻包括但不限于电流检测电路自动降低输出电压,这个检测并降低电压的电路,我也把它看成内阻的一部分。
输出端电压反馈,从而稳定输出电压,这部分电路也看成内阻。
总之:电源内部本身固定的内阻,加上电压、电流负反馈电路变化的内阻,形成一个综合的内阻,从而阻止了电源不能输出任意大的电流。

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13
简单的李老头|  楼主 | 2017-3-28 17:12 | 只看该作者
本帖最后由 简单的李老头 于 2017-3-28 17:13 编辑
cjseng 发表于 2017-3-28 16:46
5V/1A的电源为什么不能输出5V/2A呢?我认为就是内阻在作怪,这内阻包括但不限于电流检测电路自动降低输出电 ...

你说的都对。
但这就是我们最好不要用理想电压源来分析的原因。
理想电压源首先假设了一个稳定的电压+内阻,但实际我们用到的DC-DC是用变压器传递能量的,不是电压,电压只是一种表现形式,而且在变压器的副边是以PWM波形形式输出的,后级电路的主要功能是积分(教科书说是滤波)。

如果按照能量传递来理解的话,功率有最大值,积分的最大值是确定的,输出的电流和电压就是这个最大值的乘数和被乘数。

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cjseng| | 2017-3-28 17:34 | 只看该作者
简单的李老头 发表于 2017-3-28 17:12
你说的都对。
但这就是我们最好不要用理想电压源来分析的原因。
理想电压源首先假设了一个稳定的电压+内阻 ...

不对,AC/DC接在电网上的话,可以看成能量输入是无限大的

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15
简单的李老头|  楼主 | 2017-3-28 17:39 | 只看该作者
本帖最后由 简单的李老头 于 2017-3-28 17:41 编辑
cjseng 发表于 2017-3-28 17:34
不对,AC/DC接在电网上的话,可以看成能量输入是无限大的

即使是AD/DC,它一定会有一个最大负载,不然回烧毁的,常用的就是电流过载保护,很简单,就串一个小电阻,然后检测电阻两端电压,超限就断PWM或者降低PWM的占空比。

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16
xukun977| | 2017-3-28 18:43 | 只看该作者
cjseng 发表于 2017-3-28 16:46
5V/1A的电源为什么不能输出5V/2A呢?我认为就是内阻在作怪,这内阻包括但不限于电流检测电路自动降低输出电 ...

No,原因是:他是个电压源!于是若电压任务没完成,心里难受!而电流不是核心任务,由限流辅助单元负责监督!
假设原先负载是5欧姆,突然变成2.5欧姆,于是为了完成电压任务,电流要升到2A,而电流监督单位发现了,反客为主,说不行,不能升,你想失火不成?这事我说了算,于是立马启动安保措施,拉闸限电,于是电压下来了。。。具体下来多少,看具体措施吧。

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17
cjseng| | 2017-3-28 22:39 | 只看该作者
xukun977 发表于 2017-3-28 18:43
No,原因是:他是个电压源!于是若电压任务没完成,心里难受!而电流不是核心任务,由限流辅助单元负责监 ...

我认为这就是电流监督单元给加大了电源内阻从而导致输出电压降低嘛。
对于线性电源来说,就是加大了调整管的内阻,对于开关电源来说,就是降低PWM占空比。

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18
雪山飞狐D| | 2017-3-28 23:00 | 只看该作者
kk的回忆 发表于 2017-3-27 10:58
我想问一个问题,过载情况下,就把电源电压拉下来的情况。比如说一个电源供电能力只有1A,但是负载需要2A的 ...

你这个是电源本身自带内阻的概念。。。

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kk的回忆| | 2017-4-13 15:11 | 只看该作者
xukun977 发表于 2017-3-28 18:43
No,原因是:他是个电压源!于是若电压任务没完成,心里难受!而电流不是核心任务,由限流辅助单元负责监 ...

那我请问一下,启动启动安保措施,拉闸限电,于是电压下来了,这个时候电流就没有过流,那电源还能不能再根据负载情况再升上去的,还是说如果电压再升上去,就又发现过流了,就又启动安保措施,拉闸限电,于是电压下来,然后就在这个动态的过程中反复切换,只是这个过程很迅速,而呈现在仪表上就是,电压掉下来了,不知道我这样理解对不对的?

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20
maychang| | 2017-4-13 15:44 | 只看该作者
kk的回忆 发表于 2017-4-13 15:11
那我请问一下,启动启动安保措施,拉闸限电,于是电压下来了,这个时候电流就没有过流,那电源还能不能再 ...

各种设计都有。
有的电源设计成限制电流。输出电压降下来,电流保持在安全范围内。
有的电源设计成过流后立即关断,一点电流也不能输出,即使过载已经消除。想要电源在过载消除后重新工作,必须关掉电源重新启动。
有的电源设计成减流。过流后输出电流小于额定值,但过载消除后可以重新正常输出。
当然,也有电源设计成你所说的不断在两个状态之间振荡。这种通常称为“打嗝”式。

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