一、接口电路是电路中与用户或者外界媒介进行交互的部分，是内部核心敏感电路和外部设备进行信息交互的桥梁。接口电路一般分为输入接口电路和输出接口电路两种。接口电路的防护设计就是为了隔离外部危险的信号，防止外部干扰信息进入系统内部核心敏感电路，从而造成内部电路的永久损坏。 二、接口电路的分类：电源接口、网络接口、外壳接口、串行通信接口、并行通信接口、下载电路接口等。 三、接口电路的防护处理包括：接口滤波、ESD防护、防雷防浪涌、防反接、缓启动、热拔插等。 1. 网络接口设计： 一般在PHY芯片和外部RJ45接插件之间都需要一个网口变压器和共模扼流圈。 网口变压器的作用： (1)可以增强信号，使其传输距离更远。 (2)使PHY芯片与外部进行有效隔离，使其抗外部干扰能力增强(例如防雷击等)。 (3)当不同的PHY芯片的电平不匹配时(例如有的PHY芯片为2.5V，有的为3.3V)，起到电平匹配的作用。 网口变压器的中心抽头设计：与PHY芯片的类型有关，具体详见PHY芯片的datasheet。 (1)如果PHY芯片的驱动类型为电流驱动类型的，变压器的中芯抽头用一个0.1uF的电容接到GND即可。 (2)如果PHY芯片的驱动类型为电压驱动类型的，变压器的中芯抽头接到VCC即可。 2. 下载电路接口设计： 一般FPGA/ARM采用的程序下载接口都是JTAG接口。JTAG接口是经常使用的一类下载程序的接口，而且也是一类经常带电拔插的接口，而带电拔插会不可避免地产生一些静电或浪涌电流，因此如果不采取一些防护措施，极易因为ESD静电放射而击穿JTAG相关引脚，甚至损害CPU内部核心电路，从而造成内部电路的永久损坏。 如上图所示，采用钳位二极管对JTAG接口电路进行保护，一般钳位二极管采用肖基特二极管即可。当然JTAG下载器尽量不要带电拔插使用，做好断电后进行拔插操作，这样可以最大程度避免可能的损害发生。 3. CAN总线接口设计： CAN总线接口外部电路通过一对差分信号线和CAN收发器进行数据通信，因此在应用的过程中，通讯电缆很容易耦合外部的干扰从而对信号的传输产生影响，严重的会通过CAN接口电路传输到系统内部核心敏感电路中去，从而造成EMI问题。 如上图所示，CAN接口防护器件主要包括：滤波电容、共模电感、跨接电容、TVS管。 滤波电容C1,C2用于给干扰提供低阻抗的回流路径，选取范围为22pF~1000pF，典型值为100pF。 共模电感L1用于滤除差分线上的共模干扰，阻抗选取范围为120欧/100MHz~2200欧/100MHz，典型值为600欧/100MHz。 跨接电容C3,C4用于接口地和数字地之间的隔离，典型值为1000pF/2KV。 TVS管D1,D2用于防护静电放射ESD或瞬间的高能量冲击，使其线路的电压钳位在一个预定的数值内，从而确保后面的电路器件免受瞬态高能量的冲击而损坏。(TVS管功能类似钳位二极管或压敏电阻) 4. 外壳接口设计： 如果设备外壳与大地接地良好，则PCB也应该与外壳进行良好的单点接地，这时PCB的干扰会通过外壳接地良好消除，对PCB也不会产生干扰。如果设备外壳没有良好接大地，则PCB地与外壳地也不必互连。常见的外壳地与PCB地的单点接地电路主要采用阻容电路相连。 (1)、从EMC角度考虑，电容C1是用来泄放干扰的，系统(PCB端)的高频干扰噪声汇聚到GND，并通过电容C1流到PGND，由于PGND与大地进行良好接触，因此干扰噪声得到有效抑制，改善了EMC问题。 (2)、从ESD角度考虑，电阻R1是为了应付静电放电测试用的。如果仅仅使用电容构成浮地系统，ESD测试产生的电荷无处释放，会逐渐积累，当累积到一定的程度便会在PGND和GND最薄弱处击穿放电，这样会在短时间内在PCB上产生较大电流，足以损坏PCB上的电路与器件。因此通过电阻R1去慢慢释放ESD产生的电荷，以消除PGND和GND之间的压差是很有用的。 5. 电源防反接技术： 在电源供电的场合，经常碰到电源极性反接的情况，以至于造成不可逆的后果。 (1)、硬件防反接技术：电源的接插件防反接等硬件机械处理。 (2)、二极管防反接技术：利用二极管的单向导电性特性，防止电源的反接，但是此电路在实际中并不常用。因为二极管会存在导通压降，造成输出电压降低，而且当电源电流过大时二极管消耗的功率较大，造成无用功耗的增加。 (3)、MOS管防反接技术：由于MOSFET具有极低的导通电阻，因此即使电流很大损耗也较小，非常适合以最低的损耗来实现电源的防反接处理。如下图所示，NMOS管在接地回路，PMOS管在电源路径。但是实际应用中使用PMOS管的更为常用，因为NMOS管在接地回路会对参考地平面产生影响甚至破坏接地回路，因此PMOS更为合适。另外需要注意的是，实际电路MOS管的栅极要串接限流电阻进行保护。
目录 一、尖峰电压 Spike Voltage 减小电压尖峰 尖峰吸收缓冲电路 二、浪涌电流 Surge Current 浪涌保护器 线性浪涌抑制器 IC 一、尖峰电压 Spike Voltage 电压尖峰的特点是持续数十微妙及高达几百伏的电压，由雷击或负载阶跃的感应耦合产生，属于浪涌电压里的一种。电机、电容器和功率转换设备（如变速驱动器）是产生尖峰电压的主要因素。 通俗的说，就是在系统电压不稳，或者突然来电的时候，由于电子原件的电感、电容等原件的作用，会导致在系统中产生比正常工作的电压高许多甚至几倍十几倍的瞬间高电压，这个高电压的最高值就尖峰电压。 电压尖峰是电感续流引起的： 引起电压尖峰的电感可能是：变压器漏感、线路分布电感、器件等效模型中的感性成分等； 引起电压尖峰的电流可能是：拓扑电流、二极管反向恢复电流、不恰当的谐振电流等。 减小电压尖峰 减少电压尖峰的主要措施有： （1）减少可能引起电压尖峰的电感，比如漏感、布线电感等； （2）减少可能引起电压尖峰的电流，比如二极管反向恢复电流等； （3）将上述电感能量转移到别处。 采取上述措施后电压尖峰仍然不能接受，才考虑吸收电路。吸收是不得已的技术措施。 尖峰吸收缓冲电路 简单的缓冲电路是对冲击尖峰电流而言，电流尖峰的成因如下： （1）二极管（包括体二极管）反向恢复电流； （2）电容的充放电电流。这些电容可能是：电路分布电容、变压器绕组等效分布电容、设计不恰当的吸收电容、设计不恰当的谐振电容、器件的等效模型中的电容成分等。 缓冲的基本方法：在冲击电流尖峰的路径上串入某种类型的电感，常见于BUCK电路中。 注：由于缓冲电感的串入会显著增加吸收的工作量，因此缓冲电路一般需要与吸收电路配合使用；缓冲电路延缓了导通电流冲击，可实现某种程度的软开通（ZIS）。 尖峰电压吸收电路主要有三种设计方案： （1）利用齐纳二极管和超快恢复二极管（SRD）组成齐纳钳位电路； （2）利用阻容元件和超快恢复二极管组成的R、C、SRD软钳位电路； （3）由阻容元件构成RC缓冲吸收电路。 在开关电源电路中，通常经过稳压器7805后，在大的电解电容旁边加一个小的瓷片电容，小的电容滤除高的 dV/dt 尖峰电压。 二、浪涌电流 Surge Current 电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压，这种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压（或浪涌电流），是一种瞬变干扰。上文提到过，尖峰电压也是浪涌电压的一种。 在通常意义上，浪涌电流指电源接通瞬间，流入电源设备的峰值电流。由于输入滤波电容迅速充电，所以该峰值电流远远大于稳态输入电流。 浪涌导致的危害主要包括： （1） 存储器内数据丢失 （2） I/O接口电路复位，导致控制过程中断 （3） 线路板上的器件损坏 （4） 预置的校准值漂移 （5） 程序跑飞、系统死锁 （6） 变频器、直流电机驱动器等的输入整流模块故障 （7） 控制器发出错误指令，导致系统误动作 浪涌保护器 浪涌保护器（Surge Protection Device, SPD）是用来限制瞬态过电压及泄放相应瞬态过电流，保护电子电气设备安全的装置，又可称为电涌保护器（或防雷器、防雷保安器、避雷器等）。它至少应含有一个非线性元件。浪涌保护器实际上也是一种等电位连接器。 线性浪涌抑制器 IC LT4363 高压浪涌抑制器： 在正常操作情况下，一个外部 N 沟道 MOSFET 被驱动至全通，并充当一个具非常小电压降的传输器件。如果输出电压上升至高于由 FB 引脚上的电阻分压器设定的稳压值，MOSFET 就调节 OUT 引脚上的电压，从而使负载电路能够在瞬态事件发生期间继续运行。 SNS 和 OUT 引脚之间的可选电阻器用来控制过流事件，电流限制环路控制 MOSFET 上的栅极电压，以将电阻器两端的检测电压限制到 50mV。 无论过压还是过流事件都会启动一个电流源给连至 TMR 引脚的电容器充电。充电电流与输入至输出电压差有关，以使定时器周期随着日益严重的故障而缩短，从而确保 MOSFET 保持在其安全工作区之内。
由于关乎车辆的性能和成本，汽车零部件的集成化、标准化一直是业界努力的方向，要实现快速的产品迭代和平台化应用，标准化和集成化都是两大利器。所谓集成化，就是对原本分立的系统进行集成，从而使得汽车相关组件数量精简，体积变小，质量变轻，效率提升。比如比亚迪基于“e 平台”打造的电动汽车，正是通过高度集成、一体控制，实现了整车重量的减轻、整车布局的优化，能耗效率的提升和可靠性的提高，最终加速推动电动汽车的普及。 高压充配电总成三合一一般包括车载充电机（OBC）、高压配电盒（PDU）以及DC-DC转换器。有些充配电总成还会在三合一的基础之上再集成双向交流逆变式电机控制器(VTOG)，也就是俗称的四合一。 一.车载充电机的组成和原理 车载充电机内部可分为主电路、控制电路、线束及标准件三部分。主电路前端将交流电转换为恒定电压的直流电，主电路后端为DC/DC变换器，将前端转出的直流高压电变换为合适的电压及电流供给动力蓄电池。 车载充电机控制电路具有控制场效应管开关，它与BMS之间进行通信，监测充电机工作状态以及与充电桩握手等。线束及标准件用于主电路与控制电路的连接，固定元器件及电路板。车载充电机工作原理如图所示。 转化原理:220Vac经过EMI滤波电路滤波，通过一次AC-DC转换器整流，将AC整流为DC，后经PFC功率因数校准电路进行升压，再送往开关和变压器变频升压，经过LLC过第二次整流滤波后输出高压直流给动力电池充电（第一次220Vac整流到310Vdc，电压不够，要升压转化两次） 二.高压配电盒 电动汽车高压配电箱(PDU)又称为高压配电盒，是高压系统分配单元。电动汽车具有高电压和大电流的特点，通常配备300V以上的高压系统，工作电可达200A以上，可能危及人身安全和高压零部件的使用安全性。因此，在设计和规划高压动力系统时，不仅要充分满足整车动力驱动要求，还要确保汽车运行安全、驾乘人员安全和汽车运行环境安全。 新能源汽车通常在大功率的电力环境下运行，有的电压高达700V以上，电流高达400A，对高压配电系统的设计及零部件的选用提出了巨大的挑战。高压电源通过高压电缆直接进入高压控制盒后根据各车型系统的需要分配到系统高压电气部件，并且需要保证整个高压系统及各高压电器设备的安全性、绝缘性、电磁干扰屏蔽性等要求。 三.DC-DC转换器 1.功能 (1)驱动直流电机在小功率直流电机驱动的转向、制动等辅助系统中，一般直接采用DC/DC电源变换器供电。 (2)向低压设备供电向电动汽车中的各种低压设备如车灯等供电。 (3)给低压蓄电池充电在电动汽车中，需要高压电源通过降压型 DC/DC转换器给低压蓄电池充电，将动力电池的400V/800V的高压直流电转化为12V低压直流电给低压蓄电池充电。 (4)不同电源之间的特性匹配以燃料电池电动汽车为例，一般采用燃料电池组和动力电池的混合动力系统结构。在能量混合型系统中，采用升压型DC/DC 转换器;在功率混合型系统中，采用双向型DC/DC 转换器。 2.工作原理 3.工作原理简图 4.转换器内部 5.工作条件及判断 工作条件: (1)高压输入范围为DC290~420V (2)低压输入范围为DC9~14V 判断DC/DC是否工作的方法 第一步，保证整车线束正常连接的情况下，上电前使用万用表测量铅酸蓄电池端电压，并记录 第二步，打开到“on档”整车上电，继续读取万用表数值，查看变化情况，如果数值在13.8~14V之间，判断为DC工作 四.双向交流逆变式电机控制器 该控制器为电压型逆变器，利用IGBT将直流电转化成交流电，其主要功能是通过收集挡位信号、加速踏板信号、制动踏板信号等来控制电机，根据不同工况控制电机的正反转、功率、扭矩、转速等，即控制电机的前进、倒退、维持车辆的正常运转。此外，还具备充电控制功能，能进行交直流转换，双向充放电控制，它主要负责充电功率大于3.3KW的交流电（含单相和三相交流电）转换为高压直流电为动力蓄电池充电。该控制器总成分为上、中、下3个单元，上、下层为电机控制单元和充电控制单元，中间层为水道冷却单元。
直流稳压电压电源的设计思路是将220V,50HZ交流电通过变压器降为合适交流电压值，然后经过整流电路将交流电转为直流电，再通过滤波电路滤除直流电中的交流成分，最后通过集成稳压器构成的稳压电路转化为稳定直流电输出。集成稳压器具有体积小、重量轻、安装和调试方便、可靠性和稳定性高等优点。 1.整流电路设计 方案一:采用半波整流电路 半波整流电路如图2所示，半波整流电路只利用电源输出电压的正半周，电源的利用效率非常低，会带来很大的资源浪费，它仅在高电压、小电流等少数情况下使用，--般半波整流电路电源电路中很少使用。 图2 半波整流电路图 方案二:采用全波整流电路 全波整流电路图见如图3所示，全波整流电路中的每个整流二极管上流过的电流只是负载电流的--半，比半波整流小--倍，它所使用的整流器件较半波整流时多一倍。全波整流电路的整流电压脉动较小，变压器的利用率比半波整流时高很多，整流器件所能承受的反向电压较高。但是全波整流电路需要特制的变压器才能正常工作，变压器二次绕组需要-一个中心抽头，制作起来会比较麻烦。 图3 全波整流电路图 方案三:采用桥式整流电路 桥式整流电路如图4所示，这种整流电路使用普通的变压器，比一般的全波整流电路多用到了两个整流二极管。因为整流二极管以四个连接成电桥形式，所以称这种整流电路为桥式整流电路。桥式整流电路使用的整流器件较一般的全波整流电路多一倍，但是其每个器件所承受的反向电压较小，在直流稳压电源的设计当中得到广泛使用。 图4 桥式整流电路图 综合考虑以上3种方案的优缺点，决定采用方案三:桥式整流电路。 2.滤波电路设计 方案一:采用电感滤波电路 电感滤波电路如图5所示，电感滤波电路是利用电感对脉动直流的反向电动势来达到滤波的作用，电感量越大，其滤波效果越好。电感滤波电路带负载能力比较好，多用于负载电流较大的场合。如果忽略电感线圈的直流电阻，负载上的直流电压与不加滤波时负载上的直流电压基本相同。电感滤波电路输出电压没有电容滤波高。在电感滤波电路中，峰值电流很小，整流管的导电角较大，输出特性比较平坦，但是由于铁心的存在，笨重、体积大，容易引起电磁干扰，电感滤波电路用只用在低电压、大电流场合。 图5 电感滤波电路 方案二:采用RC滤波电路 RC滤波电路如图6所示，它是由两个电容和一个电阻组成，又称π型RC滤波电路。这种滤波电路由于增加了一个电阻R1，使交流纹波都分担在R1.上。R1和C2越大其滤波效果越好，但R1过大又会造成压降过大，减小了输出电压。在RC滤波电路中，一般R1应远小于R2。 图6 RC滤波电路图 方案三:采用LC滤波电路 LC滤波电路如图7所示，LC滤波电路是-种与RC滤波电路相对的滤波电路，此滤波电路的优点是综合了电容滤波电路纹波小和电感滤波电路带负载能力强的特性。 图7 LC滤波电路图 方案四:采用电容滤波电路 电容滤波电路如图8所示，电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。电容滤波电路简单，纹波较小，负载直流电压比较高，它适用于负载电压较高，负载变动不大的场合，使用电容滤波电路也减轻了电路设计工作。由于电感的体积和制作成本等原因，滤波电路多采用电容滤波。 图8电容滤波电路 基于以上的电路对比分析，选用电容滤波电路。 3.稳压电路设计 稳压电路的作用是为电路提供更加稳定的直流电。整流滤波电路的输出电压和理想直流电源还有一定的差距，主要因为两方面的原因:第一，当负载电流发生变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出的直流电压将会随之发生变化;第二，当电网电压有波动时,整流电路的输出电压与变压器副边电压有直接的关系，因此输出直流电压也会发生变化。 根据设计任务的要求，利用可调式三端集成稳压器LM317和LM337组装的电路可对称输出士5v的直流电压。进一步改进为组装输出连续可调的士1.2v-士7v。 4.可调式三端集成稳压器 可调式三端集成稳压器克服了固定三端稳压器输出电压不可调的缺点,同时有继承了三端固定式集成稳压器的一些优点。可调式三端集成稳压器CW317 和CW337是一种悬浮式串联调整稳压器, 317系列集成稳压器能够输出连续可调的正电压，337系列集成稳压器能够输出连可调的负电压。它们的外形如图9所示，内部电路如图10所示，典型应用电路如图11所示。 图9 CW317和CW337外形图 图10 可调式三端集成稳压器内部原理图 图11 CW317和CW337典型应用电路 在实际的应用当中，为了使电路正常工作,一般317和337系列稳压器输出电流不小于5mA。其输入电压范围在2~40V之间,输出电压可在1.25V~37V之间调整,负载电流可达到1.5A,因为调整端的输出电流非常小且恒定,可将其忽略不计,这样输出电压可用下式（1）表示: （1） 在上式中，1.25V是集成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压，此电压加于给定电阻R1两端，会产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器Rp,通常电阻R1:取值为120Ω ~ 240Ω,根据LM317输出电压表达式，取: R1=2.2k, R2=2k。Rp一般使用精密电位器，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。 可调式稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。LM317系列和1M337系列的引脚功能基本相同。 LM317的一-些特性参数如下: (1)输出电压可调范围: 1.2V~37V; (2)输出负载电流: 1.5A; (3)输入与输出工作压差U=Ui-U。: 3~40V。 5.集成稳压器的参数关系 在直流稳压电源的设计当中，集成稳压器的输出电压Uo应与稳压电源要求的输出电压的大小及范围相符。稳压器的最大允许电流I < Io max，稳压器的输入电压Ui以满足下式（1）。 Uo max+ (Ui-Uo) min ≤ Ui ≤ Uo min+ (Ui-Uo) max (1) 在式(1)当中，Uo max 为稳压电源的最大输出电压; Uo min 为稳压电源的最小输出电压; (Ui-Uo) min为稳压器的最小输入输出压差; (Ui-Uo) max 为稳压器的最大输入输出压差。 可调式三端集成稳压器输出电压Uo满足下式（2） Uo = 1.25 × ( 1 + RpR1 )（2） 电路进行电路仿真 1.直流电压输出电路仿真 采用Multisim仿真软件对所设计的电路进行电路仿真，仿真运行结果如图12: 图12 士1.2v-士7v直流电压对称输出电路Multisim仿真效果 士1.2v直流电压输出万用表显示如图13所示，士1.2v直流电压输出示波器显示如图14所示，士7v直流电压输出万用表显示如图15所示，士7v直流电压输出示波器显示如图16所示。 图13 士1.2v直流电压输出万用表显示 图14 士1.2v直流电压输出示波器显示 图15 士7v直流电压输出万用表显示 图16 士7v直流电压输出示波器显示
目录 驱动电路的介绍 驱动电路隔离措施 驱动电路隔离技术 双极性晶体管驱动电路的要求 驱动电路实质 led驱动电路的应用 驱动须知 电路组成 驱动电路 驱动电路的介绍 驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号，对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号，以保证器件按要求可靠导通或关断。 优良的驱动电路对变换器性能的影响: 驱动电路 1.提高系统可靠性 2.提高变换效率(开关器件开关、导通损耗) 3.减小开关器件应力(开/关过程中) 4.降低EMI/EMC 驱动电路隔离措施 驱动电路为什么要采取隔离措施 安规问题，驱动电路副边与主电路有耦合关系，而驱动原边是与控制电路连在一起， 主电路是一次电路，控制电路是ELV电路， 一次电路和ELV电路之间要做加强绝缘，实现绝缘要求一般就采取变压器光耦等隔离措施。 驱动电路采取隔离措施的条件 需要隔离 控制参考地与驱动信号参考地（e极） 同—驱动电路无需隔离； 无需隔离 控制参考地与驱动信号参考地（e极）不同—驱动电路应隔离。 驱动电路隔离技术 驱动电路隔离技术一般使用光电耦合器或隔离变压器（光耦合；磁耦合）。 [1] 由于 MOSFET 的工作频率及输入阻抗高，容易被干扰，故驱动电路应具有良好的电气隔离性能，以实现主电路与控制电路之间的隔离，使之具有较强的抗干扰能力，避免功率级电路对控制信号的干扰。 光耦隔离驱动可分为电磁隔离与光电隔离。采用脉冲变压器实现电路的电磁隔离，是一种电路简单可靠，又具有电气隔离作用的电路，但其对脉冲的宽度有较大限制，若脉冲过宽，磁饱和效应可能使一次绕组的电流突然增大，甚至使其烧毁，而若脉冲过窄，为驱动栅极关断所存储的能量可能不够。光电隔 离，是利用光耦合器将控制信号回路和驱动回路隔离开。该驱动电路输出阻抗较小，解决了栅极驱动源低阻抗的问题，但由于光耦合器响应速度较慢，因而其开关延迟时间较长，限制了适应频率。 典型光耦内部电路图 光耦指的是可隔离交流或直流信号KCB EA。 1.由IF控制Ic；电流传输比CTR-Current Transfer Ratio 2.输入输出特性与普通三极管相似,电流传输比Ic/IF比三极管“β ”小; 3.可在线性区， 也可在开关状态。驱动电路中， 一般工作在开关状态。 光耦的特点： 光耦基本电路 1. 参数设计简单 2. 输出端需要隔离驱动电源 3. 驱动功率有限 磁耦合-变压器隔离 受高频调制的单向脉冲变压器隔离电路 磁耦合：用于传送较低频信号时—调制/解调 磁耦合的特点: 1.既可传递信号又可传递功率 2.频率越高,体积越小-适合高频应用 双极性晶体管驱动电路的要求 最佳驱动特性和驱动电流波形 最佳驱动 1.开通时：基极电流有快速上升沿和过冲—加速开通，减小开通损耗； 2.导通期间：足够的基极电流，使晶体管任意负载饱和导通—低导通损耗； 关断前调整基极电流，使晶体管处于临界饱和导通—减小ts， 关断快; 3.关断瞬时： 足够、反向基极电流—迅速抽出基区剩余载流子，减小ts ；反偏截止电压，使ic迅速下降，减小if。 恒流驱动电路 恒定电路即基极电流恒定，功率管饱和导通。 恒流驱动优点：优点：电路简单； 普通恒流驱动电路 恒流驱动缺点：轻载时深度饱和，关断时间长。 驱动电路实质 编辑 播报 驱动电路放电 驱动电路的实质是给栅极电容充放电。 [2] 开通： 1.驱动电压足够高，一般>10V；（减小RDS(on)) 2.足够的瞬态驱动电流，快的上升沿；(加速开通） 3.驱动电路内阻抗小。 (加速开通） 关断： 1. 足够的瞬态驱动电流，快的下降沿； (加速关断） 2. 驱动电路内阻抗小。 (加速关断） 3. 驱动加负压。 (防止误导通） LED驱动电源为什么要用恒流源？ LED灯具已经走进千家万户，一些爱动手的朋友可能拆开过。你会发现它的主要结构包括LED灯板、散热外壳、驱动电源。灯板表面贴装的LED灯珠，是实际发光的部件。LED灯珠需要直流供电，必须把电网提供的交流电转换为直流电才能供灯珠工作。这就需要驱动电源。而LED驱动电源却不是我们日常生活中见到的恒压电源，而是恒流电源。 原因：就要从LED灯珠的伏安特性说起。LED灯珠的伏安特性曲线与普通二极管相似，都是指数曲线，也就是说当工作电压达到开启电压后LED灯珠开始有电流流过。随着电压的升高，电流按指数规律上升。1）因为LED灯珠工作过程中会发热，若选用恒压电源供电，随着温度的上升，特性曲线左移，电流会进一步上升，温度会更高。这是一个正反馈的过程，不利于工作状态的稳定，容易烧坏灯珠。 2）而选用恒流电源供电后，灯珠工作发热，特性曲线左移，因电流不变，灯珠承受的电压降低，实际功率下降，发热量降低，这是一个负反馈的过程，有利于工作状态的稳定。即使有一颗灯珠发生短路损坏，其他灯珠依然能正常工作。 led驱动电路的应用 LED的应用离不开它所需要的驱动控制电路，通过驱动电路来获得良好而平稳的电流，使LED显示更加均匀、漂亮，满足各种场合的应用要求。 [3] 一是尽可能保持恒流特性，尤其在电源电压发生±15%的变动时，仍应能保持输出电流在±10%的范围内变动。二是驱动电路应保持较低的自身功耗，这样才能使LED 的系统效率保持在较高水平 驱动须知 LED在具体的使用时，要注意驱动电路的选用。 LED 驱动电路除了要满足安全要求外，另外的基本功能应有两个方面： 根据能量来源的不同，LED驱动电路总体上可分为两类，一是AC/ DC转换，能量来自交流电，二是DC/ DC转换，能量来自干电池、可充电电池、蓄电池等。 根据LED驱动原理的不同，又可以分为线性驱动电路和开关驱动电路。 电路组成 在需要使用比较多的led产品时，如果将所有的LED串联，将需要LED驱动器输出较高的电压：如果将所有的LED并联，则需要LED驱动器输出较大的电流。将所有的LED串联或并联，不但限制着LED的严使用量，而且并联LED负载电流较大，驱动器的成本也会增加，解决办法是采用混联方式。串、并联的LED数量平均分配，这样，分配在一个LED串联支路上的电压相同，同一个串联支路中每个LED上的电流也基本相同，亮度一致，同时通过每个串联支路的电流也相近。 [1] 驱动电路 近年来，高亮度LED照明以高光效、长寿命、高可靠性和无污染等优点正在逐步取代白炽灯、荧光灯等传统光源。在一些应用中，希望在某些情况下可调节灯光的亮度，以便进一步节能和提供舒适的照明。常见的调光有双向可控硅调光、后沿调光、ON/OFF调光、遥控调光等。可控硅调光器在传统的白炽灯等调光照明应用已久，且不用改变接线，装置成本较低，各品牌可控硅调光器的性能和规格相差不大，但是其直接应用在LED驱动场合还存在着一系列问题。 调光原理 市面上大多数可控硅调光器基本结构如图1所示，其工作原理如下：当交流电压加双向可控硅TRIAC两端时，由于Rt、Ct组成的RC充电电路有一个充电时间，电容上的电压是从0V开始充电的，并且TRIAC的驱动极串联有一个DIAC(双向触发二极管，一般是30V左右)，因此TRIAC可靠截止。当Ct上的电压上升到30V时，DIAC触发导通，TRIAC可靠导通，此时TRIAC两端的电压瞬间变为零，Ct通过Rt迅速放电，当Ct电压跌落到30V以下时，DIAC截止，如果TRIAC通过的电流大于其维持电流则继续导通，如果低于其维持电流将会截止。电感L和电容C的作用是减小电流和电压的变化率，以抑制电磁干扰EMI问题。 图1 可控硅前沿调光器若直接用于控制普通的LED驱动器，LED灯会产生闪烁，更不能实现宽范围的调光控制。原因归结如下： (1)可控硅的维持电流问题。目前市面上的可控硅调光器功率等级不同，维持电流一般是7～75mA(驱动电流则是7～100mA)，导通后流过可控硅的电流必须要大于这个值才能继续导通，否则会自行关断。 (2)阻抗匹配问题。当可控硅导通后，可控硅和驱动电路的阻抗都发生变化，且驱动电路由于有差模滤波电容的存在，呈容性阻抗，与可控硅调光器存在阻抗匹配的问题，因此在设计电路时一般需要使用较小的差模滤波电容。 (3)冲击电流问题。由于可控硅前沿斩波使得输入电压可能一直处于峰值附近，输入滤波电容将承受大的冲击电流，同时还可能使得可控硅意外截止，导致可控硅不断重启，所以一般需要在驱动器输入端串接电阻来减小冲击。 (4)导通角较小时LED会出现闪烁。当可控硅导通角较小时，由于此时输入电压和电流均较小，导致维持电流不够或者芯片供电Vcc不够，电路停止工作，使LED产生闪烁。 可控电源 线性调光存在的问题，即人眼在低亮度情况下对光线的细微变化很敏感;而在较亮时，由于人眼视觉的饱和，光线较大的变化却不易被察觉。并提出了利用单片机编程来实现调光信号和调光输出的非线性关系(如指数、平方等关系)的方法，使得人眼感觉的调光是一个线性平稳过程。 文中设计的电路利用RC充放电电路来实现这一功能。 图2是一种利用普通的脉宽调制PWM芯片结合外围电路来搭建可控硅调光的LED驱动电路框图。维持电流补偿电路通过检测R1端电压(即输入电流)来控制流过维持电流补偿电路的电流。当输入电流较小时，维持电流补偿电路上流过较大的电流;当输入电流较大时，维持电流补偿电路关断，维持电流补偿以恒流源的形式保证可控硅的维持电流。调光控制电路包括比较器、RC充放电电路和增益电路。实验中选用一款旋钮行程和斩波角成正比的可控硅调光器，其最小导通角约为30°。 图2 根据图2中，RC充放电电路的输出经过增益电路后可得电流参考为： 式中k为增益，VC为RC充放电电路的输入电压，τ为RC的时间系数，θ为可控硅的导通角。 则在最小导通角对应的输出为零，即电路输出的最大值对应电流参考的最大值： 从式(1)和式(2)可得输出电流表达式如式(3)所示。 在斩波角为θ时，电路对应的输入功率为： 式中Vp为输入电压峰值，Rin为等效输入阻抗。 假设电路的变换效率为η，且电路的输出功率为PO=IO·UO，则可得到电路的等效输入阻抗如式(5)所示。 从式(5)可得电路的功率因数如式(6)所示。 实验及结果 根据以上分析，本文设计一台基于反激变换器的可控硅调光LED驱动器，控制芯片为NCP1607;输入交流电压220V，最大输出功率为25W，最大输出电流为0.7A;以3串(每串10只0.8W的LED灯)相并联作为负载;RC时间系数选择0.5，增益为0.2。电路的实验波形和工作特性曲线如图4所示。 图4 图4 图4 图4a)、b)、c)为可控硅导通角为115°时阻抗匹配开关驱动电压VZ、输入电流Iin、输入电压Vin的波形，电路的输出电流为470mA，功率因数为0.78。从图中可看出，当可控硅导通瞬间，由于驱动器输入端有差模滤波电容导致输入电流有冲击电流尖峰，而当输入电流小于一定值时，阻抗匹配开关开通以保证流过可控硅的电流大于其维持电流。 图4d)为可控硅不同导通角对应的输出电流曲线，实际调试中可控硅导通角在150°之后就接近满载输出了。图4e)为可控硅在不同导通角下对应电路的cosφ曲线。 结语 本文分析了现有可控硅调光器用于LED驱动时存在的问题，并根据人眼对光线反应非线性的特点，设计了一种利用普通PWM芯片结合外围电路搭建的可控硅非线性调光LED驱动电路，分析了电路在调光过程中的工作特性，实验结果实现0～100%平稳无闪烁调光。
阻抗是表示交流电路中电流流动难易程度的重要值。具有以复数形式表示的特殊性质，会受到电阻、电感、电容等因素的多重影响。利用这种复数表示形式，可以考虑电信号的相位差和频率依赖性，从而有助于对电路特性进行详细分析。 本文将从阻抗的基本概念到应用详细地介绍阻抗相关知识。 本文将介绍电抗的两种类型、计算方法以及电抗与阻抗之间的关系。 阻抗的基本概念 阻抗是电路中的一个重要概念，综合表示元器件和电路对交流信号的阻碍作用。阻抗值越高，电流越难流过，因此阻抗值可以显示出电流在交流电路中流动的难易程度。阻抗的符号为“Z”，单位与在直流电路中时相同，为“Ω（欧姆）”。 阻抗的定义和重要性 阻抗概述 阻抗既包括在输出电压的电路中的输出阻抗，也包括在输入电压的电路中的输入阻抗。阻抗值可以通过电压和电流之比求得。由于阻抗的计算方法因电路结构而异，因此，针对想要求得的阻抗值，需要注意计算方法是否适当。阻抗是交流电路中电压与电流的比值，最初是源自电路学的术语，另外还适用于与音频有关的声、光、电磁波等，有声阻抗、光阻、（电磁）波阻抗等各种阻抗。 阻抗、电阻和电抗之间的关系 当提到“电流流动时受到的阻碍程度”时，很多人可能会将其与电阻联系起来。那么，阻抗和电阻之间究竟有什么区别呢？ 电阻是阻抗的组成要素之一。电阻的特点是其值只考虑电阻器，而且其值不会随频率的变化而变化。而受频率影响的被称为“电抗”，电抗包括“容抗”和“感抗”两种。电抗的符号为“X”、单位为“Ω”。电抗与电阻的组合就是阻抗。可见，阻抗不仅包括单纯的电阻，还包括依赖于频率的电感（线圈特性）和电容（电容器特性）产生的电抗。 阻抗的重要性 了解阻抗为什么如此重要，对于有效设计电路和故障排除而言至关重要。适当的阻抗匹配可以更大程度地抑制信号反射，并有助于优化功率传输。 阻抗的单位和符号 阻抗单位 阻抗由电路中电阻和电抗组成，其单位用欧姆（Ω）表示。电阻表示直流电路中对电流流动的阻碍作用，而阻抗则表示交流电路中的总电阻。 阻抗符号 阻抗通常用大写的“Z”来表示。 在数学上，阻抗通过复数表示，实部表示电阻（R），虚部表示电抗（X）。 其表达式如下： Z=R+jX 这里的j是虚数单位，j2=-1。 阻抗的复数表示 由于阻抗是以复数的形式表示的，所以具有幅值和相位角。幅值与电阻有关，则相位角则与电抗有关。通过以极坐标的形式表示复数，有助于理解这些信息。 这里的∣Z∣表示阻抗的幅值（阻抗模），θ表示相位角。 电感、电容、电抗的定义和区别 阻抗和电抗之间的区别 下面介绍对于理解阻抗而言很重要的“电抗”。希望大家能够通过介绍了解阻抗与电抗之间的区别和关系。 什么是电抗 电抗是交流电路中阻碍电流流动的因素，会受到频率的影响。电抗包括容抗和感抗两种。电抗的符号为“X”，单位为“Ω”。 容抗 容抗是电容器（Capacitor）对电流的阻力。电容器是用来蓄电和放电的电子元件，被广泛应用于智能手机、电脑和电视等各种电子设备。电抗的符号为“X”，容抗用符号“XC”来表示，单位与电抗一样，也是“Ω”。 容抗由以下公式表示： ω为角频率，用 ω=2πf 来表示，代入后得到如下公式：来表示，代入后得到如下公式： f表示信号的频率，C表示电容器的容量。从公式可以看出，容抗具有其值随频率的增加而减小的特点。 感抗 感抗是线圈（电感器）对电流的阻力。线圈是作用于电和磁的电子元件，与电阻器和电容器等元件同样被广泛用于各种电子设备。感抗的符号为“XL”，单位为“Ω”。 感抗由下列公式表示： XL=ωL 与容抗一样，当代入角频率后，公式会变为： XL=2πfL L是线圈的电感值。与容抗相反，感抗具有其值随频率的提高而增加的特点。 阻抗与电抗之间的关系 正如在电阻部分所介绍的，阻抗是电阻和电抗的组合。请记住：电抗是阻抗的组成要素之一。由于电抗又分为容抗和感抗，所以也可以说阻抗由电阻、容抗和感抗这三部分组成。 与复数的关系 阻抗的复数表示对于了解交流信号的详细情况来说非常重要。复数形式的阻抗（Z）表示如下： 其中R是电阻，L是电感，C是电容，ω是角频率。 阻抗的计算 计算阻抗的基本公式 阻抗的基本公式 阻抗由电阻（R）、电感（L）和电容（C）组成，以复数的形式表示。 阻抗（Z）的基本公式如下： 其中R是电阻，L是电感，C是电容，j是虚数单位，ω是角频率。 复数表示 基于这些基础计算，以复数表示的阻抗Z可用下列公式表示： 其中|Z|是幅值，θ是相位角。 通过理解这些基本公式，即可计算复杂电路的阻抗，并详细掌握电路的特性。 阻抗计算示例 例题：阻抗的计算 下面我们通过具体的例子来了解阻抗计算的思路。在以下条件下计算阻抗： 电阻（R）：50Ω 电感（L）：0.1H 电容（C）：100μF 角频率（ω）：100rad/s 首先，将这些值代入基本公式进行计算： 该计算结果表示整个电路的阻抗。 阻抗和电路元素 RLC串联电路的阻抗 RLC串联电路是电阻（R）、电感（L）和电容（C）串联形成的电路。 该电路的阻抗（Z）由这些元素组成，并随频率的变化而变化。 阻抗的基本公式： RLC串联电路的阻抗由下列公式表示： 其中j是虚数单位，ω是角频率。该公式由电阻分量和电抗分量组成，随频率的变化而变化。 与角频率的关系 角频率通常用乘以2π的值来表示。即ω=2πf ，其中f是频率。 谐振条件 在RLC串联电路中，当电抗相互抵消时会发生谐振。 也就是当ωL=1/ωC时发生谐振。 阻抗的复数表示 RLC串联电路的阻抗用复数来表示，用极坐标形式表示如下： 其中θ是相位角。 RLC并联电路的阻抗 RLC并联形成的阻抗（Z）表示由电阻（R）、电感（L）和电容（C）组成的电路的复阻抗。如果要求出并联电路的总阻抗，就需要取每个组件的阻抗的倒数，将它们相加，然后求出该总和的倒数： 为了将它们构成复数，需要使用公分母RωL： 接下来，将分子和分母化简： 将公式展开并进一步整理分母和分子，得到如下阻抗： 通过执行该计算的各个步骤，就可以准确求出并联RLC电路的阻抗。要求出阻抗的大小（|Z|），需要计算出该复数的绝对值。具体而言，是先分别求出实部和虚部的平方值，将它们相加，然后求其平方根： 通过计算，即可求出并联RLC电路的阻抗大小（|Z|）。再将公式变形后，可简化如下： 各电路元素的阻抗特性 各电路元素（电阻、电感、电容）的阻抗特性对于理解电流和电压等信号在通过电路时如何受到影响来说是非常重要的。 电阻的阻抗 电阻（R）的阻抗与频率无关。阻抗（ZR）是指单纯的电阻值本身。 ZR=R 电感的阻抗 电感（L）的阻抗与频率成正比。阻抗（ZL）由下列公式表示： ZL=jXL=jωL 其中j是虚数单位，ω是角频率。 电容的阻抗 电容（C）的阻抗与频率成反比。阻抗（ZC）由下列公式表示： 阻抗的相位角 各元素的阻抗以复数形式表示，并有相位角。例如，对于电容而言，其相位角（θC）为-π/2。 各电路元素的总阻抗 当这些元素串联或并联连接时，其总阻抗是每一个元素的阻抗之和。例如，在RLC串联电路中，即电阻、电感和电容的阻抗相加。 Ztotal=ZR+ZL+ZC 电压与电流的关系 电流与电压的相位差 在RLC串联电路中，电阻（R）、电感（L）和电容（C）的阻抗均用复数表示，导致电流（I）和电压（V）之间产生相位差。该相位差因各元素的阻抗的相对大小而异。 阻抗与电流的相位差 当电路中不仅含有电阻，还含有电感和电容时，电流和电压之间会产生相位差。该相位差取决于以复数形式表示的阻抗（Z）。 V=I×Z 电流与电压之间的相位差因电路元素的种类而异。这会产生被称为“相移”的现象，即电感导致电流滞后、而电容导致电流超前、波形随时间变化而偏移的现象。当发生相移时，波形的波峰（峰值）会随时间而变化，可以显示出电路中的信号随时间滞后或超前了多少。 交流电路中的电压和电流 在交流电路中，电流和电压都会随时间变化。在交流电路中也适用欧姆定律，但使用的是“阻抗”而不是“电阻”。 V(t)=I(t)×Z(t) 其中，V(t)和I(t)是随时间变化的电压和电流，Z(t)是随时间变化的阻抗。 高级的阻抗概念 阻抗匹配的重要性 阻抗匹配是一种通过适当调整电路和系统中各元素的阻抗来提高信号传输和能量传输效率的技术。阻抗匹配，可以更大程度地抑制信号反射和丢失，优化系统性能。 阻抗匹配的基础知识 阻抗匹配是指使信号源和负载的阻抗相同。这可实现有效的信号传输并更大程度地抑制信号反射。基本目标是确保所传输的信号以最大功率到达负载端。 Zout(Zsource)=Zin(Zload) 其中Zout(Zsource)是信号源的阻抗，Zin(Zload)是负载的阻抗。 其中总电压为V，流经电路的电流为I。根据欧姆定律可以得出： 其中负载Zin两端的电压为Vin。根据Pin=Vin×I，这里消耗的功率为： 当Zin＝Zout时，Pin最大。 阻抗匹配的优点 优化信号传输： 阻抗匹配可使信号在传输路径中以最佳条件传输，并更大程度地减少信号丢失。 防止信号反射： 如果阻抗不匹配，信号就会被反射，效率就会降低。通过阻抗匹配，可以将信号反射抑制在最低。 优化功率传输： 当阻抗匹配时，功率传输会得到优化，能源会得到有效利用。 输入阻抗与输出阻抗之间的区别 输入阻抗和输出阻抗是指信号进入和离开电路时的阻抗，它们之间的区别在于输入阻抗表示信号源侧的性质，输出阻抗表示负载侧的性质。 当输入阻抗不适合信号源时，部分信号就会被反射，从而造成传输信号丢失。同样，当输出阻抗不适合负载时，也会发生同样的问题。 输入阻抗 输入阻抗是指电路或设备输入侧的阻抗。该阻抗是接收信号源信号的电路侧或设备的电阻、电抗和电感之和。 当输入阻抗设计得当并与信号源的输出阻抗相匹配时，来自信号源的信号将以最大效率被传输至输入电路。适当的输入阻抗可以将信号丢失降至最低，并高效地传输来自信号源的信号。 输入阻抗匹配示例： 音频放大器的输入阻抗需要与音频源（CD播放器或麦克风等）的输出阻抗相匹配。 输出阻抗 输出阻抗是指电路或设备输出侧的阻抗。该阻抗是电路或设备向外部提供信号时的电阻、电抗和电感之和。当输出阻抗设计得当并与负载的输入阻抗相匹配时，信号将以最大效率被传输至外部。适当的输出阻抗可将信号反射降至最低，防止信号丢失。当输出阻抗与负载不匹配时，可能会发生信号反射并造成信号丢失。 输出阻抗匹配示例： 扬声器的输出阻抗需要与放大器的输入阻抗相匹配。 高级的阻抗计算和应用 复杂电路结构中的阻抗计算 一般的阻抗计算公式适用于简单的电路结构，但在复杂的电路中以及频率响应非常重要的情况下，就需要更高级的阻抗计算了。这包括使用数值分析和方针工具。 阻抗的应用 高级阻抗计算适用于高频电路、通信系统和RF（射频）电路的设计等领域。这些领域要求精细的阻抗匹配，以将信号丢失降至最低并实现高效的能量传输。下面通过几个示例来介绍这类高级阻抗匹配方法。 优化S参数： S参数（Scattering Parameters）是表示传输路径和电路特性的指标，在高级阻抗匹配中被用来寻找最适合的值。通过使用优化算法，使S参数最小化或最大化等调整，来实现特定频率下的阻抗匹配。 阻抗匹配变压器： 使用变压器是实现特定频段下的阻抗匹配的方法之一。作为高级的设计方法，有时会使用非对称变压器或各频段特性不同的变压器。这种方法可在很宽的频率范围内进行有效的阻抗匹配。 使用隔离式转换器： 在进行高级阻抗匹配时，可以在信号源和负载之间配置隔离式转换器。隔离式转换器可以转换信号并进行阻抗匹配。这可使信号被有效传输并减轻电路之间的阻抗失配问题。 自适应控制匹配： 一种使用自适应控制算法来实时调整阻抗匹配的方法。控制算法可以根据频率和环境的变化情况优化阻抗，以保持最佳的通信效率。 优化微带线设计： 在高频电路中，优化微带线的设计可影响阻抗匹配。通过优化带状线尺寸和材料特性，可以在频段内实现有效的阻抗匹配。 阻抗的测量 “阻抗测量”是指向电子设备或电路等施加电压使电流流动并测量电阻值的过程。下面将为您介绍在哪些应用中需要经常用到阻抗测量，以及进行阻抗测量时应该注意的关键要点。 阻抗测量的目的 阻抗测量是评估和了解电路及系统中元素的阻抗特性的重要方法。其目的是优化各元素的阻抗，以提高信号的传输效率。通过测量阻抗，可以更大程度地抑制信号反射和丢失，提升系统性能。 电路设计和优化： 阻抗测量被用于评估电路中各元素的实际阻抗。这能够使电路设计者准确把握电路特性，并根据需要优化设计。例如，为了提高带宽利用率和信号传输效率，会要求对各元素的阻抗进行优化调整。 滤波器设计： 为了使信号通过特定的频段，需要适当的滤波器设计。阻抗测量用来评估滤波器电路中各元素的阻抗，并实现所需的频率特性。 天线设计： 天线需要有适当的阻抗匹配才能在特定频段内有效地收发信号。阻抗测量在天线设计和优化中发挥着重要作用。 阻抗匹配： 要在不同的电路和器件之间有效地传输信号，就需要进行阻抗匹配。通过阻抗测量，可以准确地把握输入和输出阻抗，并找到合适的方法来实现匹配。 故障检测： 当电路和器件的阻抗与正常阻抗不同时，意味着可能有故障或问题。阻抗测量可以检测故障和异常，对于维护保养作业和故障排除非常有用。 阻抗测量的注意事项 阻抗值会因测量方法和测量时的环境而异，如果所使用的测量方法不正确，就无法获得稳定的值。阻抗测量需要施加大范围的稳定正弦波，也就是说，确保“稳定的频率”这一点非常重要。此外，如果存在连接线接触不良或鳄鱼夹生锈等不稳定因素，也会产生杂散电容，并给测量值造成影响。测量时的温度和探头负载等外部因素也会影响到测量值，因此很重要的一点是在整个测量过程中要具备稳定的环境。 事先了解正确测量阻抗的方法是非常重要的，比如需要掌握影响阻抗的因素有哪些、需要计算在稳定环境下多次测量结果的平均值等。 频率的选择： 阻抗依赖于频率，因此需要考虑测量时使用的频率。需要选择与对象器件和电路的特性相符的频率，并调整测量范围和分辨率。要注意的是，如果频率不同，阻抗值也会发生变化。 测量电路的影响： 测量电路本身可能会影响被测对象的阻抗。尤其是在高频条件下，线缆和探头的阻抗可能会变得很大，大到无法忽视的程度。鉴于这些影响，需要确认测量时的电路和探头连接是稳定的，还需要提前校准所使用的测量仪器，这非常重要。 测量信号的幅值： 如果测量信号的幅值过大，就会产生非线性效应而很难准确测量。所以需要选择适当的信号幅值，以在线性范围内测量对象器件。 控制测量环境： 测量环境中的外部电磁噪声和振动可能会影响到测量结果。可以通过采用适当的屏蔽和隔离措施，将外部影响降到最低。 测量时间： 阻抗可能会根据频率、随着时间而变化。要想确保测量稳定性，需要设置合适的测量时间，并保证足够的稳定时间。 被测对象发热量的影响： 当使用大功率时或在高频下测量时，对象本身的发热量可能会影响到阻抗。在测量前，需要考虑到被测对象的热特性，并采取适当的冷却措施。 阻抗的测量方法 准确测量阻抗对于获取可靠的数据而言是必不可少的条件。下面是测量阻抗的基本方法。 信号源的选择： 阻抗测量需要合适的信号源。通常使用交流信号。信号源的频率需要根据对象的特性进行选择。典型频率在数百赫兹到数兆赫兹的范围。 构建测量电路： 要测量阻抗，就需要构建合适的测量电路。测量电路因对象的特性和测量目的而异。典型的电路有串联电路和并联电路。 使用LCR测试仪： LCR 测试仪（用来测量电感、电容和电阻的装置）广泛用于阻抗的测量。可以使用该测量仪来测量对象在各频率下的阻抗，获得电阻分量、电感分量和电容分量。 扫频： 由于对象的阻抗依赖于频率，所以边改变频率边测量是很有效的方式。通过扫频，可以详细把握对象的频率响应特性。 使用示波器： 可以使用示波器来观测阻抗的动态变化。示波器能够可视化显示信号波形，适合很高频段的测量。 傅里叶变换： 为了准确理解阻抗的频率响应特性，可以对获得的数据进行傅里叶变换。这会使频域中的阻抗结构一目了然。 LCR测试仪的使用方法 LCR测试仪是在阻抗测量中非常有用的仪器，尤其适用于测量电阻（Resistance）、电感（Inductance）和电容（Capacitance）。 下面是LCR测试仪基本使用方法的详细指南。 1.确认连接： 首先，将测量对象与LCR测试仪正确连接。通常连接3个或4个端子。被测对 象是表面贴装器件时，需要正确放置探头，这一点非常重要。 2.选择测量模式： LCR测试仪具有单独测量电阻、电感和电容等各元素的模式。根据被测对象的种类，选择正确的测量模式。 3. 设置频率： 由于阻抗依赖于频率，因此需要设置要测量的频率。一般情况下，根据被测对象的特性来选择频率。通常从低频到高频进行测量。 4.设置信号电平： 设置适合被测对象的信号电平。通常从小信号电平开始，然后根据需要增减。过大的信号可能会影响测量结果。 5.自动和手动测量： LCR测试仪有自动测量模式和手动测量模式。在自动模式下，测试仪会选择最佳设置。在手动模式下，由用户手动设置测量参数。 6.读取结果： LCR测试仪完成测量后，会显示结果。测量结果中不仅包括电阻、电感和电容值，还可能包括相位差和品质因数等。 7.实施补偿： 在测量线缆较长或测量环境较复杂的情况下，可通过实施补偿来确保测量的准确性。补偿通常在测试仪的设置菜单中进行设置。 通过这些步骤，即可使用LCR测试仪进行准确的、可靠性高的阻抗测量。 音频设备的阻抗 阻抗在音频设备中的重要性 阻抗的作用和影响 对于音频设备而言，在确保可靠的声学性能和设备间的正确连接方面，阻抗的作用非常重要。在电路中，阻抗对交流信号有阻碍作用；在音频设备中，阻抗影响着扬声器、耳机、放大器等各种产品和器件的特性。如果没有准确的阻抗匹配，可能会发生信号丢失和不当的电流，从而影响音质和设备的效率。 对音频设备的具体影响 音质变差： 如果阻抗不匹配，音质可能会变差。例如，当耳机或扬声器的阻抗与放大器不匹配时，会导致信号失真、信号的频率响应发生变化等问题，从而无法获得清晰、平衡的音效。 效率降低： 如果放大器和扬声器等设备没有正确匹配，其效率就会降低，需要更多的功率才能获得相同的音量。这会浪费电力，还可能缩短设备的使用寿命。 作为对策使用的阻抗匹配： 准确的阻抗匹配对于音频设备的设计和运用而言至关重要。设备之间的正确匹配可实现最佳的功率传输，从而有助于提高音质和设备的效率。 阻抗匹配示例 要使信号在音频设备之间平稳地传输，必须进行阻抗匹配。例如，当音源设备和放大器之间的阻抗匹配不当时，就会发生信号衰减或失真，导致音质变差。 耳机和放大器匹配示例： 在耳机和放大器组合中，耳机的阻抗应该与放大器匹配。这样可以实现最大功率传输，并产生清晰、低失真的音效。 阻抗匹配的公式如下： 其中P表示功率，V表示电压，Z表示阻抗。 当耳机的阻抗为32Ω时，理想情况下，对应的放大器的输出阻抗也应为32Ω。 这样就可以更大程度地进行功率传输，并获得最佳的音质。 正确理解阻抗并在工作中运用 如今，市场上精密的阻抗测量仪器多种多样，已在涉及到电路的企业中被广为应用。虽然使用阻抗测量仪器可以轻松测得阻抗值，但正确理解阻抗对于获得准确的测量值来说是必不可少的前提。因此，在理解阻抗时，加深其与电阻、电抗等概念之间的区别和关系的理解非常重要。 如果不能获取准确的阻抗值，就无法正确地推断电子元器件等产品的内部状态，从而引发判断错误等问题，比如本来存在异常却推断为正常、本来没有异常却被推断有异常。因此，不仅要理解阻抗，还要关注造成测量值偏差的因素。 特别是由于连接线和环境噪声容易造成测量值偏差，所以在测量过程中确保稳定的环境是非常重要的。在工作中，理解这些内容并将其付诸实践，将能够实现可靠性高的阻抗测量，而这非常有利于出色地完成电路品质管理和故障排除工作。
扫码关注面包板社区
