最少的電子設備，簡化到可折疊

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最少的電子設備，簡化到可折疊

2022-03-17 1471

世界上有兩種電。

??一種是交流電，它的方向現在是正的，然後是負的。

??一種是直流電，它的方向永遠不會改變。

我們家插座裡的電是交流電。

電池產生的電力是直流電。

有時，我們需要將交流電轉換為直流電，例如手機充電器、

有時，我們需要將直流電轉換為交流電，例如資料中心的不間斷電源。

有時，我們需要升高或降低直流電壓，手機中存在許多升壓電路。

有時，我們需要改變交流電的頻率和振幅，例如變頻空調、變頻冰箱。

這些藝術交流電，交流電，交流電，交流電，交流電，屬於電力電子產品。電力電子舞台Slay，是我們的動力裝置天團，它們包括但不限於：二極體、MOSFET、IGBT、HEMT、IGCT、GTR…

您可能熟悉也可能不熟悉他們的名字。但它們只有一個功能：打開或關閉電流。

是的，這是一個電子開關。這和我們家牆上的開關沒什麼兩樣。一些功率裝置有兩個端子，例如二極體。

封裝二極體

二極體的電路符號

這是一條單向車道。

電流從陽極流向陰極。水流暢通無阻。

從陰極流向陽極難道這條路被堵住了。由於二極體只有兩個端子，它的導通與關斷不能自行控制，電流來的時候要匯集起來，去的時候不能停留。有些功率元件有三個端子。它們是可控功率元件，無論面臨多大的電流，它們都可以大聲說我不要它們。以及天球可控動力裝置的絕對能力，它是IGBT。IGBT是一種超級電子開關，可以承受超高電壓。我們家裡插座裡的交流電壓是220V，而像紙一樣薄的IGBT晶片卻能承受高達6500V的電壓。一般我們家裡所有家用電器的最大電流都不會超過30A，而一個指甲蓋大小的IGBT晶片卻能流過200A左右的電流！下圖為基板上安裝的四個IGBT晶片和四個二極體晶片。

然而，這樣的裸晶片不能直接使用。我們需要將晶片重新封裝到外殼中，外殼內填充絕緣材料，並將晶片的電極引導至外部端子，這樣就形成了一個可用的IGBT產品。

有的機殼內只有一個IGBT晶片，有的機殼內可能有幾十個、二十個晶片。由此形成各種IGBT單管、模組。單管封裝的IGBT最大電流在100A左右，IGBT模組最大額定電流可達3600A！

單管

模

電路圖中的IGBT一般用下圖來表示，G代表閘極gate，用來接收指令。 C代表集極集電極，e代表射極射極，集極和射極用來傳導電流。平時IGBT處於關斷狀態，一旦閘極接收到導通指令，電流就會持續地從集極流向射極。

就像你家牆上的開關一樣，按下去，開關閉合，電燈亮起；再次點擊，燈熄滅。

當然，操作IGBT不再是手，而是電子脈衝。高電位到來時，設備開機；當低電平到來時，設備關閉。

手動開關可能每秒操作一次或兩次，而我們的電子開關每秒可以打開和關閉數萬次或數十萬次！這就是我們需要的電子開關，即功率裝置。當幾種功率裝置組合在一起時，它們就能閃亮登場。這些組合的名稱是「拓撲」。每種拓撲都有其獨特的技能。由4個或6個二極體組成的拓樸結構，可以將交流電轉換為直流電；

單相整流橋

三相整流橋

由4或6個IGBT或MOSFET組成的拓樸可以將直流電轉換為交流電；

全橋逆變電路

三相橋式逆變電路

而IGBT二極體加其他被動元件的拓樸結構可以增加或減少直流電壓。

升壓電路

降壓電路

拓樸看起來有點複雜？沒關係，我們可以為他們設計一些標誌。

？？

整流電路

逆變電路

升壓/降壓電路

無論電氣設備多麼複雜、多麼巨大，它都是由這些基本拓撲和零件組成的。很多時候，在同一個設備中，電能會進行多次轉換，例如電動車的充電樁。

手機充電器的輸出電壓一般為5V，但你知道電動車的電池電壓有多高嗎？高達 750V！電池只能用直流電充電，而三相工業電網中流動的是380V交流電（與家庭電網中的220V交流電不同）。那麼充電樁是如何將380V交流電變成750V直流電的呢？首先，380V交流電經過整流電路，變成500V左右的直流電。此時直流電壓不夠高，一來電壓無法調節，無法直接供給電池充電。整流後的直流電進入逆變電路，該電路就是我們先前介紹過的IGBT或MOSFET所構成的拓樸結構。或IGBT MOSFET在閘極訊號的控制下進行高速開關，將直流電轉變為頻率極高的交流電。此交流電是方波。透過調節高電平的比例，可以自由調節等效電壓。