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交流轉直流電源設計
交流轉直流電源設計
家用和工業(yè)交流電源為在將設備連接到電源插座的引線(xiàn)不成問(wèn)題的應用中為電氣設備供電提供了最方便的能源。唯一的問(wèn)題是絕大多數電氣設備需要低直流電壓，因此需要交流到直流的轉換。有多種選擇可以實(shí)現這一點(diǎn)，并且在您繼續設計AC 到 DC 電源時(shí)需要牢記一些事項。
基本原則
AC 到 DC 轉換器通過(guò)將交流電饋入無(wú)功阻抗元件來(lái)存儲交流能量并釋放穩態(tài)能量。電感器和電容器形成無(wú)功分量，而濾波分量則平滑輸出以形成直流輸出。
應用輸出調節以確保輸出保持恒定電壓，或至少在連接電路的指定范圍內。輸出電壓會(huì )受到輸入交流電壓波動(dòng)和施加到輸出端的負載的影響。單獨的無(wú)功組件無(wú)法執行此規定；需要額外的電路。
通常還需要輸入過(guò)濾來(lái)管理墻上插座上常見(jiàn)的噪音和波動(dòng)。
電源隔離
電源隔離是高壓交流輸入與低壓直流輸出之間的電氣隔離，在兩者之間設置一道屏障，防止危險輸入電壓傳遞到輸出。通常使用變壓器實(shí)現隔離。這被認為是電源連接設備最安全的選擇，并且有利于防止接地回路和浪涌保護。
但是，非隔離式電源也可作為一種選擇，因為它們比隔離式電源在物理上更緊湊且電氣效率更高。缺點(diǎn)是潛在的安全問(wèn)題和浪涌漏洞限制了它們的應用并強加了設計約束。
整改
可以使用整流實(shí)現交流到直流的轉換，并提供各種基于半導體的組件。傳統整流器是使用二極管構建的，但使用功率 MOSFET進(jìn)行有源整流可以提高效率。
半波整流器是更簡(jiǎn)單的組件，但會(huì )產(chǎn)生顯著(zhù)的輸出紋波。全波整流器更為常見(jiàn)，可提供更好的性能和更平滑的輸出。
整流器通常用于將變壓器的輸出從低壓交流轉換為等效的直流電壓。對于基于二極管的整流器，由于二極管兩端的壓降，直流電壓會(huì )更低。整流器的效率定義為轉換比，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是直流輸出功率與交流電源輸入功率之比。低效率來(lái)自變壓器損耗和組件的散熱。
開(kāi)關(guān)電源
線(xiàn)性電源使用變壓器將高壓交流電轉換為低壓交流電，然后使用整流器將交流電轉換為直流電。另一方面，開(kāi)關(guān)模式電源將高壓交流電轉換為高壓直流電，產(chǎn)生高頻信號，該信號被降壓并整流為輸出直流電壓。
開(kāi)關(guān)模式電源 (SMPS)更復雜，但它們的效率明顯更高，與線(xiàn)性等效電源的60% 相比，其效率可能達到 80% 左右。它們的尺寸也更緊湊，需要的散熱更少。SMPS 的缺點(diǎn)是它們不如更簡(jiǎn)單的線(xiàn)性電源可靠，瞬態(tài)響應更慢，并且更容易受到噪聲的影響。
浪涌保護
將任何電氣設備連接到墻上插座時(shí)，務(wù)必記住主電源容易出現電涌。這些可能是由雷暴或附近的其他電氣設備引起的。包括浪涌保護電路的要求將取決于由電源供電的組件的靈敏度。
過(guò)流保護
交流連接電源的一個(gè)特點(diǎn)是它們能夠在需要時(shí)提供大電流。缺點(diǎn)是連接到電源的組件中的任何故障都可能導致大電流流過(guò)電源電路，從而可能造成昂貴的間接損壞，并可能導致火災。對于短路故障可能導致過(guò)大電流未經(jīng)檢查地流動(dòng)的電路，包括過(guò)流保護是一種很好的做法。
現成的解決方案
市場(chǎng)上有數以千計的 AC 到 DC 轉換器，因此除非您的設備有一些特殊或定制的要求，否則這很可能是最簡(jiǎn)單、最快和最便宜的選擇。
任何插入電源插座的設備都必須通過(guò)其所在國家/地區的當地標準認證。認證過(guò)程通常涉及在獨立測試實(shí)驗室進(jìn)行的嚴格評估，這是一項耗時(shí)且成本高昂的工作。該認證有兩個(gè)主要目標。首先，證明該設備可以安全使用——沒(méi)有觸電或火災的風(fēng)險。其次，它不會(huì )對連接到同一電源的任何其他設備產(chǎn)生不利影響，例如發(fā)出的電噪聲或干擾。對于一次性項目或生產(chǎn)量較低的產(chǎn)品，使用現成的電源將比認證新的定制 AC 到 DC 轉換器具有成本優(yōu)勢。