硬件设计中,总有一种想法让你冲动

时间:2021-07-06 16:52:01

最近,导师提出了一个问题:能不能像软件那样,用编程思想来进行硬件设计,即:

根据需求来进行硬件设计。

为了说明这个问题,导师举了一个boost电路的设计过程,我觉得非常有趣,便整理记录下来了。

例子过程:

如何将山下的水送到山上的房子给用户使用?

要满足这个需求,需要一些条件:

1.储水池(储能)

2.水泵(升压)

 

 生活中的类似需求:

太阳能/风能发电:不稳定、电压较低的电能----->持续的、高电压的电能,因此需要boost升压电路。

将上述运水的例子类比到boost电路,因此也需要满足一些条件:

1.要有储能元件(电容)

2.要有升压元件(电感)

首先,想到储能元件电容,一般与负载并联(电容相当于负载的电源),则有:

硬件设计中,总有一种想法让你冲动

其次,要用到升压就想到用电感,则有:

硬件设计中,总有一种想法让你冲动

根据电感的V-I特性公式 u = L* (di/dt) 可知:只有当电流处于变化的状态才能升压;

而电路最终将会处于稳态,所以仅仅有电感是不行的;

为此,我们需要想办法使得电路一直处于变化的状态(非稳态);

因此,我们在电路增加一个开关,通过开关的开和关控制使得电路一直处于变化的状态,则有:

硬件设计中,总有一种想法让你冲动

由于升压之后,负载两端的输出电压 Vo 是高电压,为了防止电流倒流,因此需要增加一个单向导电元件---二极管:

硬件设计中,总有一种想法让你冲动

当然开关 K 肯定不是手动去控制开关(手的频率不够呀,要是有这频率,一看你就很宅了---别瞎想,我们都是很纯洁的淫)

一般我需要是采用高频的驱动控制,最后这就变成了教科书里传说中的 Boost 升压电路:

硬件设计中,总有一种想法让你冲动

是不是很有趣??!!!