理解什么是瞬時(shí)功率。

了解如何在直流和交流電路中推導(dǎo)出瞬時(shí)功率方程。

了解瞬時(shí)功率和平均功率之間的區(qū)別。

什么是瞬時(shí)功率？

在物理學(xué)中，功率的定義是在一段時(shí)期內(nèi)傳輸?shù)哪芰看笮?。同時(shí)，瞬時(shí)功率指的是在某個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)上消耗的功率。瞬時(shí)功率是電子產(chǎn)品中的一個(gè)重要指標(biāo)。設(shè)計(jì)師能夠根據(jù)瞬時(shí)功率預(yù)測(cè)器件處理功耗的能力。有了適當(dāng)?shù)乃矔r(shí)功率，電源模塊的設(shè)計(jì)能夠在任何特定的使用時(shí)刻提供所需的功率。

在電子學(xué)中，功率通常表示為電壓和電流的乘積。因此，電子學(xué)中的瞬時(shí)功率是這兩個(gè)參數(shù)在某個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)的測(cè)量值。如何推導(dǎo)瞬時(shí)功率方程取決于正在研究的具體電路類(lèi)型。不存在適用于所有電路的通用方程。

雖說(shuō)如此，我們?cè)谙挛牧谐隽斯β实姆匠?，用于描?a target="_blank">機(jī)械功率、電子學(xué)中的功率因子、視在功率和一般的電能。在這個(gè)競(jìng)相提高能效的時(shí)代，功率計(jì)算需要盡可能精確，因此，不僅要確保使用正確的能量方程，而且要從電流、瞬時(shí)電壓和勢(shì)能的正確歸因開(kāi)始，推導(dǎo)出設(shè)備的實(shí)際功率。

如何推導(dǎo)瞬時(shí)功率方程？

在分析直流電路時(shí)，瞬時(shí)功率方程很有幫助，可以準(zhǔn)確表示在任意時(shí)間點(diǎn)有多少功率被輸送到負(fù)載。知道了瞬時(shí)功率，就可以實(shí)施適當(dāng)?shù)臒峁芾聿呗浴?/p>

直流電路中瞬時(shí)功率的表示方式。

通用的瞬時(shí)功率方程是不存在的，因?yàn)殡娮赢a(chǎn)品要么由直流電源供電，要么由交流電源供電。以一個(gè)簡(jiǎn)單的閉合電路為例。該閉合電路由一個(gè)直流電源和一個(gè)電阻組成，有一個(gè)穩(wěn)定、平緩的電壓水平，因此電流也是恒定的。

對(duì)于直流電路，瞬時(shí)功率方程非常簡(jiǎn)單，用以下公式表示：

P = V x I.

直流電路的瞬時(shí)功率方程也可以表示為：

P = V2/R or I2 x R

然而，計(jì)算交流電路的瞬時(shí)功率方程就不那么簡(jiǎn)單了。在交流電路中，電壓水平不是一個(gè)恒定值。相反，電壓和電流都是隨時(shí)間變化的正弦波。

因此，交流電路的瞬時(shí)功率方程表示為：

第一個(gè)分量 (VI cosθ) 代表平均功率，而第二個(gè)分量表示該方程的時(shí)變特征。

瞬時(shí)功率與平均功率

平均功率更能代表交流電路的功耗。

盡管瞬時(shí)功率方程對(duì)直流電路很有幫助，但它對(duì)交流電路來(lái)說(shuō)沒(méi)有什么意義。因?yàn)閿?shù)值總是隨時(shí)間而變化。僅僅因?yàn)?T=0.5s 時(shí)的計(jì)算結(jié)果是 1W，并不意味著 T=0.7s 時(shí)輸送的功率也是 1W。

換句話(huà)說(shuō)，瞬時(shí)功率值不能準(zhǔn)確地說(shuō)明在一個(gè)交流電路中產(chǎn)生和消耗了多少功率。出于實(shí)際目的，我們會(huì)希望獲得一個(gè)平均功率值，它能更好地代表交流電路中的耗散功率。

平均功率的計(jì)算公式是：

P = VI cosθ

V 和 I 都是電壓和電流的均方根 (RMS) 值。θ 代表電壓和電流之間的相位角。平均功率不僅能更準(zhǔn)確地說(shuō)明電路中消耗的功率量，而且更便于計(jì)算其他數(shù)值。

雖然電路很少會(huì)影響運(yùn)行速度，但了解電機(jī)和 PDN 背后的影響因素對(duì)電力設(shè)計(jì)至關(guān)重要。利用適當(dāng)?shù)墓β使?，?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/4675/" target="_blank">電力系統(tǒng)中找到正確的能量，確保電壓得到保持，同時(shí)全面地了解壓降、有功功率、位移或輸出功率等參數(shù)。這樣有助于更好地對(duì)產(chǎn)品的電路進(jìn)行仿真，從而按照需求實(shí)現(xiàn)峰值功率。

現(xiàn)在，我們了解了如何得出不同電路類(lèi)型的瞬時(shí)功率方程，可以用復(fù)雜的 PCB 設(shè)計(jì)和分析軟件來(lái)構(gòu)建這些電路。也可以使用 inspectAR 軟件，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和直觀的互動(dòng)來(lái)準(zhǔn)確評(píng)估和改進(jìn) PCB。

上圖顯示了在 inspectAR 軟件中 對(duì)AR 疊層制造的探測(cè)。利用AR技術(shù)，工程師或制造技術(shù)人員可以在制造過(guò)程中的任何時(shí)候將單個(gè)器件、走線(xiàn)、子電路或整個(gè)電路板與設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行比較，并隨時(shí)查看技術(shù)手冊(cè)、添加留言、注釋。