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蓝光LED诺贝尔奖了，开关电源有戏吗？兼论我的开关液源发明
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| 2019-04-10 05:16:43 |
| 文章内容 |
| 近年来，诺贝尔奖评选的画风渐变。 蓝色发光二极管即蓝光LED竟然中了"炸药奖"，发明者自己没想到，一贯善于预测的人没想到，科学社区没想到，大家都炸懵了！ 显然，海选的范围不再局限于高大上玄的科学了，技术，尤其是关键实用技术，也入了至尊评委们的法眼。 若是这个趋势延续下去，我嘀咕下一个当之无愧的技术应该是：开关电源！ 想想看，若是没有开关电源的诞生，当今全球几十亿人口，用于维持基本生活品质的电子小玩意，还有渗透到社会每个层面的信息科技，所有这些成果根本是不可能实现的。 还真别跟我抬杠：“线性电源也能顶上啊”。我的回答：肯定不行的。 廉价消费电子或许不会受太大影响。上世纪常见的拳头般大电源，配套CD随身听的那种，就是传统的线性稳压电源。里面就一个硅钢片码出的方正变压器，次级接个线性稳压集成电路7805或7809或7812，再并联一个大电解电容就OK了。 但电脑要是用线性电源，那就没法活了。电路板要用的5VDC，动辄大几十安培，12V也是几十安培，稳压精度要求又特别高，就算做出能凑合用的产品，下面这些不爽将彻底无法忍受： 1、仅电源模块可能就贵过其它所有； 2、沉甸甸的，挪动一下就费老鼻子劲； 3、散热片大得像几块砖头，里面的大风扇噪音扰的你没心情用电脑了； 4、电压不稳的地区，这台电脑可能根本没法运转，除非额外投资一台价值不菲，且仍然很沉重的交流稳压电源。 沉重的体量和经济负担，还想从娃娃抓起，让电脑普及？门都没有！ 现代开关电源支撑的互联网数据中心，是这样的架势：  换成线性电源？恐怕以国家的实力也无法搞成！ 没有开关电源，奢谈什么人工智能、通讯5G/6G前沿科技？统统扯淡！ 没有开关电源，你想上网来跟我抬杠、附和或者怒怼我的观点？还是写信交给邮递员吧！ 开关电源的大规模商用，节省下来天量级别的硅钢片、铜导线和铝散热片，这间接地保护了人类赖以生存的环境，同时带旺了关联产业链，尤其功率MOS、IGBT器件，电源专用集成电路，以及众多厂商，如Maxium公司等。 今天，你若拥有自己年年升值的房子，别忘了默默感谢一声开关电源的发明人，因为那些节省下来的海量钢铜铝，或许埋入混泥土，大部分流入了房地产建筑领域！ 够了，所有证据指向这个结论：没有开关电源，现在的世界比蒸汽机时代，虽说强是强些，但决不会强到哪去。 所以说，开关电源的发明，比蓝光LED的发明，其对人类福祉的重要意义，超出不止一个数量级。 网上搜了一下，捋出下面一些信息： 虽然早在1836年就萌发了雏形，但直到1948年晶体管诞生，也就始终停留在这个无甚价值的雏形。科学发展史也有自身规律可循，显然，晶体管自身的商业化也需要足够时间才行。 这不？说那时，那时快。经历12年的生肖轮回，随着晶体管产业的逐渐成熟，终于在1960年，第一个初具商业价值的开关电源发明出来了，发明者是美国通用汽车公司的 Joseph E Murphy 和 Francis J Starzec。 如果现今这两人至少有一人在世的话，我强烈推荐授之下一个诺贝尔奖！ 这也算是我的感恩吧，因为： 我最近的发明灵感源自于这两个先驱之启迪 不过，我不是那种重复发明轮子的人，而是采用类比电源的创新，搞出了开关式液源。 其实电源和液源本质上并无二致，只不过电路里跑的是电子，而液路跑的是液体，如液压油等。它们内部的物理公式都是可以一一对映的，例如：功率 = 电压 x 电流 = 压力 x 流量，等等。 具体零部件也是可以一一对映的： 电阻器 <==> 液阻器 二极管 <==> 单向阀 开关三极管 <==> 电磁阀 电容器 <==> 液容储能器 电感器 <==> 液流软管线圈 开关电源一定不能缺少电感器，只有它才能将低电压升至高电压，而且大家都认为这是电磁感应的功劳。至于变压器，本质上是两个电感器共磁芯耦合而成。下图展示的电脑电源中，稍具一点科普知识的人，都可识别出电感器和变压器。  正是因为开关电源对输入电压的宽范围适应能力，例如USB的5V充电器，若执意设计的话，完全可适应3V至300V的输入变化，且交直流不限，从而使得那些电压供应不稳的地区，或者从220V的国家，携机去120V的国家，所有这些应用场合，都不会受到影响。 从类比角度看，开关液源似乎也须有软管“感应”管圈，才能提升液体压力。这难不倒聪明的人类，生活经验早就昭示：简单至一根直水管，也能“感应”出高水压，那就是水锤效应。 若平时没注意，读完此文不妨在家里试一试，突然快速关断水龙头，看看是否水管里是否发出显著的撞击声。注意哟，试验风险自负：关得太急，有可能水管爆裂啊，若质量不过关的话。 所以说，水往低处流不是绝对的，设计一个巧妙的机关，也是可以让水往高处流的，正如3V电池能升至12V。 瞧瞧，市面上还有水锤泵卖呢：  也别把这玩艺想得那么了不得。其实，只要搞懂先人们搞出的成熟开关电源模块，照猫画虎，零件一一对映替换，就是一台不错的开关液源，不限制尺寸就行。 这种“山寨”也没有必要那么惟妙惟肖，因为电路里面很多零件，在液路环境下是多余的，尤其液路振荡器的频率很低，低至亚赫兹也有可能，那些高频滤波等零件就可省去。这就大大简化了设计，只是整体个头仍然显得庞大。 滑稽地倒回去想想，没准那个电磁感应效应，会不会就是简单的“电子锤效应”呢。嘿嘿，不能想多了，否则就民科啦。 当然，利用水锤或油锤效应一定要大尺度才行，要做出商品化的范式，可搬来搬去的开关液源，还得另辟奇径，这恰恰是咱自主知识产权的硬核技术所在，恕我暂时不便详细透露，等专利出版后，再慢慢道来。 资源拥有方，诸如车厂、天使投资人、风险资本啥的，如果有意助推此技术，可以提前随时来信，索取详细技术方案以便评估，恕我暂时只有全英文版本。 下面这张类比示意图，很棒地表述了电流和液流。  谈到电源，指明交流AC或直流DC再正常不过；液源呢？我们似乎默认了都是“直流”，例如大家看到的水泵，总是固定将水从一端搬到另一端，没见过水在里面双向振荡的。 但任何DC-DC的转换，中间一定要存在交流状态，即实际上是DC-AC-DC，或者说先DC-AC逆变，再AC-DC整流，因为唯有交流才能感应变压。前面提到的水锤泵产品，其实里面是存在“交流AC水流”的。 变压器的初级与次级是可以隔离的，当然也可连在一起接地，前者称为“冷板”，后者“热板”。若是没有隔离的话，手碰到热板可能会有触电的危险。 液路也有等价的“接地”和“隔离”概念，前者指连通大气的液箱，或者表明初级液回路用的液体，与次级所用液体，既允许“井水不犯河水”，例如输入侧用水，输出侧用油；又可“共饮一江水”，即两边合用一个液箱“接地”。大功率开关液源，肯定要用液压油作工质，一般初次两侧共用油箱，除非有特殊要求。 我的这一重大发明，必将像开关电源的诞生一样，开启人类液压能源应用的新时代！ 往小的说，你甚至可将家里的自来水的能量，转换成300个大气压的液压油流，掀起栽重卡车的翻斗，虽然这样做大无必要，也不合算，因为自来水的价格比从中“偷”出来的动能要贵得多，且还要配套大口径水管，因为水的压力低，必然要流量大，才能维持液压DC-DC转换器输出相若的功率。 往大的说，有些配电站，没准将来要变成“配液站”，通过铺设的液压管基础设施，将高压液压油的能量，传送至特定小区。用户可把家里的电马达，换成液马达；要电的话，再用液压马达带一个廉价小发电机就够了。因为液压稳定供应，所以发电机不需要那么复杂。特别适用于各类马达用的特别多的地方，通常电力服务这类环境，需要补偿功率因素，如军营、雷达阵地、作战部、工厂生产线等。下面是我的构思草图：  一百年前，两个人间天才特斯拉和爱迪生，发动了那个著名的交直流未来走向之舆论战，最终特斯拉主张的交流输电完胜，我们至今仍在享用这一胜利成果。 那么，高压液流输能，是否将来也有一场类似的交直流之争的恶战呢？在对手尚未冒泡之前，我先把主张撂这里：直流液压输能略显优势。 交流系统对长距离输送有利，方便各类再生能源并网后跨网段大范围分享，例如太阳能电机可以驱动往复式液缸，将相位同步后，馈入液流网络，缺点是相位同步较麻烦。直流系统的再生能源并网最简单，但只能被所在直流侧的其它局部用户分享，缺点是无法大范围分享。 特殊性在于，液流输能不像电力输能有跨越千山万水的远大理想，且液交流频率的统一还得扯皮很长时间，再则管线长到不那么长的一定程度后，液压降已不可接受，故而微格域（microgrid）内直流优势是显然的。 上面这些，姑且当作我的诗、远方和情怀，虽然技术上我已经把它盘熟了。若真有第一个敢“吃螃蟹”的，现在就“端上桌”也没啥问题。 当然，眼前最具价值的应用，当属我前几篇文章劲推的新型车用动力总成，小至轿车，大至火车，皆可找到其逞能之地，且本能地具有再生制动功能，无级变速更是应有之义。  很多人想到纯电动车，既可不要变速箱，也可自带再生刹车功能，因为同一件东西，发电机和电动机在特定条件下可互换角色。 既然电流与液流都是“流类”一伙的，基本属性雷同，那么理论上，液源动力也可不要变速箱，且天然地自带再生刹车功能，因为液压泵和液马达也能互换角色。 实际上，可以是可以，但仅能停留在要求不高的场合，还需要打一些补丁才能成大器。例如液力变矩器，本身就是一个低端的变速箱（鼓），为何自动波的车还要串联一个专业变速箱呢？因为前者只能适应较低速度范围内的变速。同理，低档电动车可以不要变速箱，但高档的还是需要，如特斯拉正在中试的5秒左右可起步到满速的跑车版。 最后，衷心期待开关电源的发明，载入诺贝尔奖的光荣史册。我嘀咕，你嘀咕，他嘀咕，大家都嘀咕，也许这事就成了！ 参考文献： [size=18]1、Switched-mode power supply https://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply[/size] [b][size=18]2、第一个基于晶体管的开关电源专利：http://kiwaho.com/bu [/b][/size] [size=18]3、水往高处流? - 水锤泵产品的运行视频，内部水流DC-AC逆变频率约0.5至1Hz http://kiwaho.com/bt[/size] [size=18]4、Hydraulic ram en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_ram[/size] [b][size=18]5、蓝光LED为什么能获得今年的诺贝尔物理学奖？kiwaho.com/bv [/b][/size] 转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自魏焱明科学网博客。 链接地址：blog.sciencenet.cn/blo...72182.html 上一篇：From音乐之声To动力总成的国家名片--奥地利 |
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文章评论
| kiwaho | 无题 2019-04-10 06:54:45 | 引用 |
| 无题 为何是通用汽车的人，先发明这个东西呢？
因为，那时的汽车点火器还很老土，用周期性电触点开合点火线圈来产生3000V以上的高压。可靠性较差，常常打不着火，就得拆开用砂布礳去氧化层。 2019-04-10 09:37:53 | 引用 |
kiwaho |
| kiwaho | 无题 精美的石头会唱歌，优美的文字能感人。
普通人没资格推荐诺奖候选人，只有那些既往诺奖得主以及学术大牛才行。我的呼吁经过一阵发酵，慢慢感化了大牛们，某些人来信打听我提到的那两位史诗级发明人的下落，因为诺奖只能授予活人，且10月份开奖日期临近，错过就要拖到明年。 其实我也不知道他们的现状，特向此文的广大读者打听，如果你知道的话，不妨PM我。谢谢！ 2019-04-10 09:56:44 | 引用 |
| 无题 杨振宁有资格推荐，不知尊敬的他老人家最近几年推荐了谁。嘿，别好奇啦，绝密，50年后才能得知。
2019-04-10 10:19:48 | 引用 |
kiwaho |
| rainfly | 无题 楼主那溪流发电机的推广进行的如何了?
虽然你的发明很民科,但对你的执着钻研精神点赞 不知道你和著名的"蓝莓牛奶桶蘑菇哥"的关系,你们两个挺相似的,钻研,执着,耐心,数年如一日的忽悠! 加西网友最终事业有成,只能是你们两个(以忽悠到钱为标准)! 以前有个"龙虾大餐哥"后来被诉讼,但已经算成功了(以忽悠到钱为标准)! 2019-04-10 10:33:01 | 引用 |
无题
钱不是万能的，没钱也是万万不能的。 财务自由了，咱也不能歇着。这不？咱开办了正宗的民科实验室，既不去唐吉坷德般挑战相对论，也不忽悠啥子永动机，专搞接地气的东西和科普，因为实在不忍心看着地球，被平庸的官科折磨得到处都是二氧化碳！ 官科会让你等到临死一刻，也没机会开具有再生制动功能的汽油车，除非你买纯电或混动的车。你就忍受吧，反正你也习惯了卡钳碟刹。 他们会找出各种借口说他们很努力，但技术太复杂，实在没辙，大伙儿就将就吧。 很讨厌有人把我错当牛奶桶。这里面到底是啥梗呢？ 2019-04-10 10:48:22 | 引用 |
kiwaho |
| kiwaho | 无题 “以忽悠到钱为标准”太low了！
谁要缺钱但真想做点开创性事情的，可以找我商量，反正将来迟早也是裸捐的，迟散不如早散，趁现在能精准判断到底啥事值得一做。 2019-04-10 11:04:01 | 引用 |
| 无题 谁有牛奶桶的经典好帖子链接，发过来给我研习拜读。
2019-04-10 11:27:48 | 引用 |
kiwaho |
| newday | 无题 加西网谈裸捐的真是前无古人 后无来者。
研究项目时有龙虾吗？ 2019-04-10 11:54:29 | 引用 |
| 无题 2019-04-10 12:36:15 | 引用 |
kiwaho |
液压系统的损耗，基本用来升温液压油，但液缸或其它金属容器，是很好的天然散热体。