计算器里的开关电源 / The 2-BJT SMPS in an HP Calculator

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对于我这代人来说,计算器属于“在远古时期就已经成熟的科技”。在我接触计算器的时候,各大厂商早已迈过了技术攻坚的阶段,所有设计目标仅仅是为了抢占市场和极限的cost-down服务。

人类在电子技术上取得的巨大成就令人叹为观止:LCD,LCD驱动器和超低功耗CMOS技术已经如此的成熟,以至于即便使用光效非常低的廉价太阳能电池板,在将大半能量浪费在包括线性稳压,Biasing在内的各类无关的环节的前提下,这些计算器仍然能够在昏暗的环境中正常工作。

70年代的设计师如果看到现代的计算器,不知道会发出怎样的感叹呢?对于70年代的计算器而言,这样的设计是无比奢侈的,甚至不切实际。在70年代,距离LCD技术成熟还有十年以上的时间差。在70年代想要做一台计算器的话,可供选择的显示器件有:

名称 发光机理 典型工作条件(1980年以前) 型号
Nixie
辉光管
惰性气体辉光放电 180V 36uA/seg
6.4mW/seg
SP-330
VFD
荧光管
阴极射线-磷光体发光 20V 30uA/seg
0.6mW/seg
Futaba
14-ST-62AI
LED
发光二极管
载流子复合 8.2V ~250uA/seg
2.1mW/seg
HP55

通过这张表可以看出,70年代的电子工程师想要设计一个省电的计算器是非常困难的:每一种显示技术都需要较高的电压,还需要在此基础上加入驱动电路的电压裕量,在70年代这个裕量可能达到1V以上。有时为了取得更好的效果,更长的寿命或更高的效率,还需要十分复杂的电路去驱动,消耗了更高的电压裕量……在这样的条件下,使用开关电源并不是锦上添花,而是在当时的技术限制下的无奈之举。

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[翻译-完成] DC/DC变换器(开关电源)设计

DC to DC Converter (Switched Mode Power Supply) Design

授权翻译自SIMONBRAMBLE.CO.UK的教程,原发表于2011年-2012年

[17.10.10 全部更新完成,正在修正以前的翻译错误]

“一般来说,很多产品的应用指南或数据手册都假设读者明白开关电源是怎么工作的,仅仅给读者提供一个“能用”的电路,但读者可能根本不明白这之中发生了些什么。
这篇文章由浅入深,讲解了DC/DC变换器设计中所需要的各个方程。读者仅需要最基本的数学知识就可以进行开关式电源的设计。文中的每一个例子都可以使用LTspice®进行仿真。”

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