技术资讯 I 通过方程了解瞬时功率

理解什么是瞬时功率。

了解如何在直流和交流电路中推导出瞬时功率方程。

了解瞬时功率和平均功率之间的区别。

什么是瞬时功率？

在物理学中，功率的定义是在一段时期内传输的能量大小。同时，瞬时功率指的是在某个特定时间点上消耗的功率。瞬时功率是电子产品中的一个重要指标。设计师能够根据瞬时功率预测器件处理功耗的能力。有了适当的瞬时功率，电源模块的设计能够在任何特定的使用时刻提供所需的功率。

在电子学中，功率通常表示为电压和电流的乘积。因此，电子学中的瞬时功率是这两个参数在某个特定时间点的测量值。如何推导瞬时功率方程取决于正在研究的具体电路类型。不存在适用于所有电路的通用方程。

虽说如此，我们在下文列出了功率的方程，用于描述机械功率、电子学中的功率因子、视在功率和一般的电能。在这个竞相提高能效的时代，功率计算需要尽可能精确，因此，不仅要确保使用正确的能量方程，而且要从电流、瞬时电压和势能的正确归因开始，推导出设备的实际功率。

如何推导瞬时功率方程？

在分析直流电路时，瞬时功率方程很有帮助，可以准确表示在任意时间点有多少功率被输送到负载。知道了瞬时功率，就可以实施适当的热管理策略。

直流电路中瞬时功率的表示方式。

通用的瞬时功率方程是不存在的，因为电子产品要么由直流电源供电，要么由交流电源供电。以一个简单的闭合电路为例。该闭合电路由一个直流电源和一个电阻组成，有一个稳定、平缓的电压水平，因此电流也是恒定的。

对于直流电路，瞬时功率方程非常简单，用以下公式表示：

P = V x I.

直流电路的瞬时功率方程也可以表示为：

P = V2/R or I2 x R

然而，计算交流电路的瞬时功率方程就不那么简单了。在交流电路中，电压水平不是一个恒定值。相反，电压和电流都是随时间变化的正弦波。

因此，交流电路的瞬时功率方程表示为：

第一个分量 (VI cosθ) 代表平均功率，而第二个分量表示该方程的时变特征。

瞬时功率与平均功率

平均功率更能代表交流电路的功耗。

尽管瞬时功率方程对直流电路很有帮助，但它对交流电路来说没有什么意义。因为数值总是随时间而变化。仅仅因为 T=0.5s 时的计算结果是 1W，并不意味着 T=0.7s 时输送的功率也是 1W。

换句话说，瞬时功率值不能准确地说明在一个交流电路中产生和消耗了多少功率。出于实际目的，我们会希望获得一个平均功率值，它能更好地代表交流电路中的耗散功率。

平均功率的计算公式是：

P = VI cosθ

V 和 I 都是电压和电流的均方根 (RMS) 值。θ 代表电压和电流之间的相位角。平均功率不仅能更准确地说明电路中消耗的功率量，而且更便于计算其他数值。

虽然电路很少会影响运行速度，但了解电机和 PDN 背后的影响因素对电力设计至关重要。利用适当的功率公式，在电力系统中找到正确的能量，确保电压得到保持，同时全面地了解压降、有功功率、位移或输出功率等参数。这样有助于更好地对产品的电路进行仿真，从而按照需求实现峰值功率。

现在，我们了解了如何得出不同电路类型的瞬时功率方程，可以用复杂的 PCB 设计和分析软件来构建这些电路。也可以使用 inspectAR 软件，利用增强现实和直观的互动来准确评估和改进 PCB。

上图显示了在 inspectAR 软件中 对AR 叠层制造的探测。利用AR技术，工程师或制造技术人员可以在制造过程中的任何时候将单个器件、走线、子电路或整个电路板与设计规格进行比较，并随时查看技术手册、添加留言、注释。