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交流轉(zhuǎn)直流電源設(shè)計(jì)
交流轉(zhuǎn)直流電源設(shè)計(jì)
家用和工業(yè)交流電源為在將設(shè)備連接到電源插座的引線不成問題的應(yīng)用中為電氣設(shè)備供電提供了最方便的能源。唯一的問題是絕大多數(shù)電氣設(shè)備需要低直流電壓，因此需要交流到直流的轉(zhuǎn)換。有多種選擇可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，并且在您繼續(xù)設(shè)計(jì)AC 到 DC 電源時(shí)需要牢記一些事項(xiàng)。
基本原則
AC 到 DC 轉(zhuǎn)換器通過將交流電饋入無功阻抗元件來存儲(chǔ)交流能量并釋放穩(wěn)態(tài)能量。電感器和電容器形成無功分量，而濾波分量則平滑輸出以形成直流輸出。
應(yīng)用輸出調(diào)節(jié)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(nèi)。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(fù)載的影響。單獨(dú)的無功組件無法執(zhí)行此規(guī)定；需要額外的電路。
通常還需要輸入過濾來管理墻上插座上常見的噪音和波動(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(shè)置一道屏障，防止危險(xiǎn)輸入電壓傳遞到輸出。通常使用變壓器實(shí)現(xiàn)隔離。這被認(rèn)為是電源連接設(shè)備最安全的選擇，并且有利于防止接地回路和浪涌保護(hù)。
但是，非隔離式電源也可作為一種選擇，因?yàn)樗鼈儽雀綦x式電源在物理上更緊湊且電氣效率更高。缺點(diǎn)是潛在的安全問題和浪涌漏洞限制了它們的應(yīng)用并強(qiáng)加了設(shè)計(jì)約束。
整改
可以使用整流實(shí)現(xiàn)交流到直流的轉(zhuǎn)換，并提供各種基于半導(dǎo)體的組件。傳統(tǒng)整流器是使用二極管構(gòu)建的，但使用功率 MOSFET進(jìn)行有源整流可以提高效率。
半波整流器是更簡單的組件，但會(huì)產(chǎn)生顯著的輸出紋波。全波整流器更為常見，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(zhuǎn)換為等效的直流電壓。對(duì)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(zhuǎn)換比，簡單地說就是直流輸出功率與交流電源輸入功率之比。低效率來自變壓器損耗和組件的散熱。
開關(guān)電源
線性電源使用變壓器將高壓交流電轉(zhuǎn)換為低壓交流電，然后使用整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。另一方面，開關(guān)模式電源將高壓交流電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，產(chǎn)生高頻信號(hào)，該信號(hào)被降壓并整流為輸出直流電壓。
開關(guān)模式電源 (SMPS)更復(fù)雜，但它們的效率明顯更高，與線性等效電源的60% 相比，其效率可能達(dá)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)是它們不如更簡單的線性電源可靠，瞬態(tài)響應(yīng)更慢，并且更容易受到噪聲的影響。
浪涌保護(hù)
將任何電氣設(shè)備連接到墻上插座時(shí)，務(wù)必記住主電源容易出現(xiàn)電涌。這些可能是由雷暴或附近的其他電氣設(shè)備引起的。包括浪涌保護(hù)電路的要求將取決于由電源供電的組件的靈敏度。
過流保護(hù)
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(dǎo)致大電流流過電源電路，從而可能造成昂貴的間接損壞，并可能導(dǎo)致火災(zāi)。對(duì)于短路故障可能導(dǎo)致過大電流未經(jīng)檢查地流動(dòng)的電路，包括過流保護(hù)是一種很好的做法。
現(xiàn)成的解決方案
市場上有數(shù)以千計(jì)的 AC 到 DC 轉(zhuǎn)換器，因此除非您的設(shè)備有一些特殊或定制的要求，否則這很可能是最簡單、最快和最便宜的選擇。
任何插入電源插座的設(shè)備都必須通過其所在國家/地區(qū)的當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。認(rèn)證過程通常涉及在獨(dú)立測試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的嚴(yán)格評(píng)估，這是一項(xiàng)耗時(shí)且成本高昂的工作。該認(rèn)證有兩個(gè)主要目標(biāo)。首先，證明該設(shè)備可以安全使用——沒有觸電或火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。其次，它不會(huì)對(duì)連接到同一電源的任何其他設(shè)備產(chǎn)生不利影響，例如發(fā)出的電噪聲或干擾。對(duì)于一次性項(xiàng)目或生產(chǎn)量較低的產(chǎn)品，使用現(xiàn)成的電源將比認(rèn)證新的定制 AC 到 DC 轉(zhuǎn)換器具有成本優(yōu)勢。