交流/直流电源的要点

什么是交流/直流电源？

任何电子设备的都是其电源。本文对什么是交流/直流电源及其工作原理进行了基本解释。

AC/DC电源是一种将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC) 的设备。交流电通常由家庭或办公室的电源插座提供，而大多数电子设备使用直流电。

AC/DC 电源用于各种电子设备，包括计算机、手机（即壁式充电器）和电视。它们还用于许多工业应用。

如今，大多数电子系统和设备都需要稳定的直流电压（例如 3.3 V DC、5 V DC、12 V DC ）。但是，交流电压（100–120 V AC或 200–240 V AC，取决于国家/地区）是主电源的基础。输入端提供的交流电源通过交流/直流电源转换为输出端所需的直流电压。

因此，AC/DC 电源（也称为 AC/DC 转换器）的主要工作是将较高且在一定程度上具有危险性的交流电压转换为设备所需的较低且安全的直流电压。

AC/DC 电源如何工作？

尽管有不同类型的 AC/DC 电源，每一种都有自己的特点和工作模式，但我们可以从图 1 中的方框图追溯其一般工作原理。

图 1：AC/DC 转换器的工作原理（：Shutterstock）

如果我们查看图 1（左上）中的交流图，我们会看到一个正弦波。这意味着交流电压不断改变其极性。典型的频率值为 50 或 60 Hz，具体取决于国家/地区。

步，高压交流电压通过变压器转换为低压交流电压。通过将初级电路（较高电压）与次级电路（较低电压）分开，变压器还可确保 电流隔离，从而提高安全性。

由于大多数设备在输入侧需要直流电压，因此下一步必须对交流电压进行整流。此过程的结果显示在图 1 的直流图中（顶部中心）。在整流过程之后，我们看到正极性。这是通过由四个相同二极管组成的桥式整流器实现的。

对于稳定的直流电源，整流过程是不够的。需要平滑 DC 曲线中的重峰。这是由电源中的输出电容器完成的。电容器可以非常快速地存储能量，它在两个峰值之间提供能量。此过程将液滴填充到一定量并使曲线平滑。结果是图 1（右上）中的输出端出现稳定的直流电压，提供给负载。

类型与应用

AC/DC 电源可分为两大类：

线性电源：无论输入电压或负载的波动如何，它都能提供一个或多个稳定和恒定的输出直流电压。按照图 1 所示的相同原理，线性电源由变压器、整流器、滤波器和稳压器组成。变压器降低电网电压的幅值，整流器将交流电压转换为直流电压，滤波器储存能量以平滑整流器的输出电压，稳压器稳定和调节输出电压。这种类型的电源用于实验室设备、医疗设备和音频系统。

开关模式电源 (SMPS)：功率晶体管在导通和截止状态之间交替，允许存储能量然后释放到负载，通常使用电感器作为能量存储元件。与线性电源不同，SMPS 会瞬间将电能传输到负载。为了切换晶体管，应用了脉宽调制 (PWM) 信号。PWM 信号的频率和占空比会改变输出电压的值。这种电源广泛用于消费电子、电器和工业机械。

优点缺点

线性交流/直流电源的优点包括经济实惠、简单和可靠。与 SMPS 相比，线性电源由于其简单的设计和构造而没有那么复杂。它们更可靠，因为它们的结构非常简单，从而降低了发生故障的可能性。由于它们具有抗电磁干扰 (EMI) 能力并且不会对其他设备产生射频干扰，因此线性电源非常适合高频活动。

然而，与 SMPS 相比，也存在一些缺点，例如尺寸、热损失过多和效率水平较差。由于工作频率低，线性电源装置在大功率应用中需要大型变压器和其他重要组件来处理功率。该过程效率低下，因为在调节负载的高功率需求时会发生大量热损失。

与线性电源相比，SMPS 在开启和关闭状态之间持续交替，转换之间处于高耗散状态的时间非常少，从而限度地减少了能量浪费。这通过降低能源浪费产生的热量来提高效率。由于变压器尺寸减小，SMPS 的另一个显着优势是其紧凑的尺寸。

与线性电源不同，SMPS 更难设计和制造，这使得调试和维护更具挑战性。此外，该电源会将谐波引入系统，这可能会对其他连接的设备产生负面影响。由于 EMI 和噪声的巨大影响，EMI 滤波器是这些设备正常运行所必需的。

AC/DC电源如何在不同环境下使用？

AC/DC电源广泛应用于不同的场合和环境，其中消费类电子产品是主要的应用领域之一。在此类应用中，现在可以达到非常高的效率水平，正如的国际法规所要求的那样，以减少电力浪费。此外，宽带隙材料（尤其是氮化镓）的使用可获得高效、紧凑和低散热的器件。

其他相关应用包括：

工业：采用小功率和大功率AC/DC电源，提供工业机器的高可靠性和安全运行。

半导体制造设备：离子注入、焊线机、硬件仿真器等应用需要大功率交流/直流电源。

医疗设备：为诊断设备、个人健康设备或其他医疗机械等医疗应用设计的交流/直流电源必须符合严格的安全标准。

楼宇和工厂自动化：这些应用领域需要紧凑而坚固的交流/直流电源。广泛用于这些应用的是 DIN 导轨设备，它们可以轻松安装在 DIN 导轨 TS-35/7.5 或 TS-35/15 导轨上。