什么是交流/直流電源？

任何電子設(shè)備的都是其電源。本文對什么是交流/直流電源及其工作原理進(jìn)行了基本解釋。

AC/DC電源是一種將交流電 (AC) 轉(zhuǎn)換為直流電 (DC) 的設(shè)備。交流電通常由家庭或辦公室的電源插座提供，而大多數(shù)電子設(shè)備使用直流電。

AC/DC 電源用于各種電子設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)（即壁式充電器）和電視。它們還用于許多工業(yè)應(yīng)用。

如今，大多數(shù)電子系統(tǒng)和設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電壓（例如 3.3 V DC、5 V DC、12 V DC ）。但是，交流電壓（100–120 V AC或 200–240 V AC，取決于國家/地區(qū)）是主電源的基礎(chǔ)。輸入端提供的交流電源通過交流/直流電源轉(zhuǎn)換為輸出端所需的直流電壓。

因此，AC/DC 電源（也稱為 AC/DC 轉(zhuǎn)換器）的主要工作是將較高且在一定程度上具有危險(xiǎn)性的交流電壓轉(zhuǎn)換為設(shè)備所需的較低且安全的直流電壓。

AC/DC 電源如何工作？

盡管有不同類型的 AC/DC 電源，每一種都有自己的特點(diǎn)和工作模式，但我們可以從圖 1 中的方框圖追溯其一般工作原理。

圖 1：AC/DC 轉(zhuǎn)換器的工作原理（：Shutterstock）

如果我們查看圖 1（左上）中的交流圖，我們會看到一個(gè)正弦波。這意味著交流電壓不斷改變其極性。典型的頻率值為 50 或 60 Hz，具體取決于國家/地區(qū)。

步，高壓交流電壓通過變壓器轉(zhuǎn)換為低壓交流電壓。通過將初級電路（較高電壓）與次級電路（較低電壓）分開，變壓器還可確保 電流隔離，從而提高安全性。

由于大多數(shù)設(shè)備在輸入側(cè)需要直流電壓，因此下一步必須對交流電壓進(jìn)行整流。此過程的結(jié)果顯示在圖 1 的直流圖中（頂部中心）。在整流過程之后，我們看到正極性。這是通過由四個(gè)相同二極管組成的橋式整流器實(shí)現(xiàn)的。

對于穩(wěn)定的直流電源，整流過程是不夠的。需要平滑 DC 曲線中的重峰。這是由電源中的輸出電容器完成的。電容器可以非?？焖俚卮鎯δ芰?，它在兩個(gè)峰值之間提供能量。此過程將液滴填充到一定量并使曲線平滑。結(jié)果是圖 1（右上）中的輸出端出現(xiàn)穩(wěn)定的直流電壓，提供給負(fù)載。

類型與應(yīng)用

AC/DC 電源可分為兩大類：

線性電源：無論輸入電壓或負(fù)載的波動如何，它都能提供一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定和恒定的輸出直流電壓。按照圖 1 所示的相同原理，線性電源由變壓器、整流器、濾波器和穩(wěn)壓器組成。變壓器降低電網(wǎng)電壓的幅值，整流器將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，濾波器儲存能量以平滑整流器的輸出電壓，穩(wěn)壓器穩(wěn)定和調(diào)節(jié)輸出電壓。這種類型的電源用于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和音頻系統(tǒng)。

開關(guān)模式電源 (SMPS)：功率晶體管在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)之間交替，允許存儲能量然后釋放到負(fù)載，通常使用電感器作為能量存儲元件。與線性電源不同，SMPS 會瞬間將電能傳輸?shù)截?fù)載。為了切換晶體管，應(yīng)用了脈寬調(diào)制 (PWM) 信號。PWM 信號的頻率和占空比會改變輸出電壓的值。這種電源廣泛用于消費(fèi)電子、電器和工業(yè)機(jī)械。

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

線性交流/直流電源的優(yōu)點(diǎn)包括經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、簡單和可靠。與 SMPS 相比，線性電源由于其簡單的設(shè)計(jì)和構(gòu)造而沒有那么復(fù)雜。它們更可靠，因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)非常簡單，從而降低了發(fā)生故障的可能性。由于它們具有抗電磁干擾 (EMI) 能力并且不會對其他設(shè)備產(chǎn)生射頻干擾，因此線性電源非常適合高頻活動。

然而，與 SMPS 相比，也存在一些缺點(diǎn)，例如尺寸、熱損失過多和效率水平較差。由于工作頻率低，線性電源裝置在大功率應(yīng)用中需要大型變壓器和其他重要組件來處理功率。該過程效率低下，因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)負(fù)載的高功率需求時(shí)會發(fā)生大量熱損失。

與線性電源相比，SMPS 在開啟和關(guān)閉狀態(tài)之間持續(xù)交替，轉(zhuǎn)換之間處于高耗散狀態(tài)的時(shí)間非常少，從而限度地減少了能量浪費(fèi)。這通過降低能源浪費(fèi)產(chǎn)生的熱量來提高效率。由于變壓器尺寸減小，SMPS 的另一個(gè)顯著優(yōu)勢是其緊湊的尺寸。

與線性電源不同，SMPS 更難設(shè)計(jì)和制造，這使得調(diào)試和維護(hù)更具挑戰(zhàn)性。此外，該電源會將諧波引入系統(tǒng)，這可能會對其他連接的設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響。由于 EMI 和噪聲的巨大影響，EMI 濾波器是這些設(shè)備正常運(yùn)行所必需的。

AC/DC電源如何在不同環(huán)境下使用？

AC/DC電源廣泛應(yīng)用于不同的場合和環(huán)境，其中消費(fèi)類電子產(chǎn)品是主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。在此類應(yīng)用中，現(xiàn)在可以達(dá)到非常高的效率水平，正如的國際法規(guī)所要求的那樣，以減少電力浪費(fèi)。此外，寬帶隙材料（尤其是氮化鎵）的使用可獲得高效、緊湊和低散熱的器件。

其他相關(guān)應(yīng)用包括：

工業(yè)：采用小功率和大功率AC/DC電源，提供工業(yè)機(jī)器的高可靠性和安全運(yùn)行。

半導(dǎo)體制造設(shè)備：離子注入、焊線機(jī)、硬件仿真器等應(yīng)用需要大功率交流/直流電源。

醫(yī)療設(shè)備：為診斷設(shè)備、個(gè)人健康設(shè)備或其他醫(yī)療機(jī)械等醫(yī)療應(yīng)用設(shè)計(jì)的交流/直流電源必須符合嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)。

樓宇和工廠自動化：這些應(yīng)用領(lǐng)域需要緊湊而堅(jiān)固的交流/直流電源。廣泛用于這些應(yīng)用的是 DIN 導(dǎo)軌設(shè)備，它們可以輕松安裝在 DIN 導(dǎo)軌 TS-35/7.5 或 TS-35/15 導(dǎo)軌上。