[Circuit] Snubber 平均功率推導

電路知識:Snubber 平均功率推導
工具:Qucs
線上模擬

簡介:Snubber 平均功率推導

Z=R+1jwC=RjwC=R2+(1wC)2tan11wRCV=V0I=VZ=VR2+(1wC)2tan11wRCP=12|I|2R=12V2R2+(1wC)2R

若電壓來源非 Sinusoidal,可參考此篇計算之
[Circuit] 平均功率

範例

弦波
從上圖得知平均功率為 0.4876W,用圖中的 Irms 計算 |Irms|2R,也是同樣的結果
但若用 P=CV2f=1W 則完全超估,所以並不能如此計算

推導過程
v(t)=sin(wt)=cos(wtπ2)V=1π2Z=1+1j2π1M1u=1j12π1.0130.158P=12|VZ|2R=12(11.013)2=0.4872
程式模擬結果
import cmath

n = 1000
f = 1e6
C = 1e-6
p = 0

# Z=R+jwC
Z = 1+1/(1j*2*cmath.pi*f*C)

v = cmath.rect(1, -cmath.pi/2)
i = v/Z
p += (1/2 * abs(i)**2 * Z.real)
    
print(p)
# 0.4876477384840711

方波 I
從上圖得知平均功率為 0.97942W,用圖中的 Irms 計算 |Irms|2R,也是同樣的結果
但若用 P=CV2f=1W 看似可以,但實際還是不行,請看接下來的例子

推導過程
vsquare(t)=4πk=1sin(w(2k1)t)2k1=4πk=1cos(w(2k1)tπ2)2k1Vsquare=k=1Vk,w(2k1)Vk,w(2k1)=4πk=11π22k1Zk=1+1j2πf(2k1)C=1+1j2π1e6(2k1)1e6=1+1j2π(2k1)=1+j12π(2k1)=1+(12π(2k1))2tan112π(2k1)P=12k=1|VkZk|2R=12k=1(4π12k11+(12π(2k1))2)2=12k=1(4π12k1)21+(12π(2k1))2=12k=116π21(2k1)21+14π2(2k1)2=12k=1644π2(2k1)2+112×1.959345=0.9796725
程式模擬結果
import cmath

n = 100000
f = 1e6
C = 1e-6
p_i2R = 0
p_V2R = 0

for k in range(1,n):
    # Z=R+jwC
    Z = 1+1/(1j*2*cmath.pi*f*(2*k-1)*C)
    v = 4/cmath.pi * cmath.rect(1, -cmath.pi/2)/(2*k-1)
    i = v/Z
    p_i2R += (1/2 * abs(i)**2 * Z.real)
    
    v = (4/cmath.pi * cmath.rect(1, -cmath.pi/2)/(2*k-1)) / Z * Z.real
    
    p_V2R += (1/2 * abs(v)**2/Z.real)
    
print('i^2R=', p_i2R)
print('V^2/R=', p_V2R)
# 0.9796726231709146

方波 II
將電容大小改為 0.1uF,平均功率為 0.39382W
P=CV2f=0.1W 完全低估,所以並不能如此計算
推導過程 與 程式模擬 與上面的例子相同,就不再贅述

留言