基礎電子學(xué)系列26 – 不同類(lèi)型的電源

在之前的文章中，我們討論了電阻器、電容器、電感器和變壓器等無(wú)源電子元件。無(wú)源元件在設計各種模擬電路時(shí)特別有用。

現代電子產(chǎn)品的真正樂(lè )趣始于半導體和數字電子產(chǎn)品。電子學(xué)就是關(guān)于信號（以電壓或電流的形式）以及通過(guò)組件和電路處理信號。通過(guò)將電子信號處理為二進(jìn)制值（0 和 1，或低和高），半導體電子學(xué)成為可能。半導體電子學(xué)將信號處理為二進(jìn)制值的這種應用導致以數字電子學(xué)的形式實(shí)現布爾邏輯。因此開(kāi)始使用電子設備進(jìn)行“計算”。很快，工程師和研究人員設計出測量各種物理量的方法，方法是將它們轉換為模擬電信號并將這些模擬信號數字化為數字值。他們還設計了將數字信號轉換為等效模擬電信號的方法?，F在，

大多數現代電子學(xué)都是關(guān)于“電子計算”及其在現實(shí)世界中的應用。電子計算與顯示技術(shù)和輸入/輸出電子設備相結合導致了通用計算機的發(fā)展。電子計算與各種通信技術(shù)相結合，導致了電信、電視和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。電子計算與無(wú)線(xiàn)通信和傳感器的結合導致了移動(dòng)電子產(chǎn)品和可穿戴設備的發(fā)展。電子計算與傳感器和執行器的結合導致了嵌入式系統、機器人和自動(dòng)化等應用的發(fā)展。

但是，在我們開(kāi)始永無(wú)止境的半導體和數字電子之旅之前，最好對電源有一些基本的了解。它是為任何電子電路或設備提供生命的電源。每個(gè)電子電路或設備本質(zhì)上都需要有一個(gè)電源部分，或者可能需要作為負載連接到外部電源電路。

電源可以是輸電線(xiàn)路（市電）、機電系統（交流發(fā)電機和發(fā)電機）、太陽(yáng)能或電池和電池等存儲設備。電源是電源轉換器，可將電源的電能轉換為適合負載電路的電壓、電流和頻率。電源可以是交流電或直流電。與發(fā)電機和電源一樣，電力提供交流電，而電池和太陽(yáng)能設備提供直流電。電源電路可以從交流或直流電源輸入功率，并輸出轉換成適合負載的交流或直流功率。因此，電源電路可分為 AC-to-AC、AC-to-DC、DC-to-DC 和 DC-to-AC 電源。

各種交流到交流電源包括可變交流電源、隔離變壓器和變頻器。交流轉直流電源是最常見(jiàn)的。一些交流轉直流電源包括未穩壓線(xiàn)性直流電源、線(xiàn)性穩壓直流電源（臺式電源）、開(kāi)關(guān)穩壓電源和紋波穩壓電源?；陔姵氐碾娫?、太陽(yáng)能電源和 DC-DC 轉換器是 DC-DC 電源的示例?；陔姵氐碾娫春吞?yáng)能電源用于直接為電子電路供電，而 DC-DC 轉換器通常用于將輸入直流電轉換為不同電平以饋送同一設備中的不同電路，而不是使用不同的 AC-to-用于獲得不同電壓/電流水平的直流電源。逆變器、發(fā)電機、

可變交流電源
可變交流電源是使用變壓器或可調自耦變壓器設計的。這些用于將交流電壓轉換為交流電壓電平?？梢允褂镁哂卸鄠€(gè)繞組或抽頭的變壓器來(lái)設計此類(lèi)電源，否則可以使用可調自耦變壓器。這些電源轉換交流電壓和電流水平，同時(shí)電源頻率保持不變。

變頻器
變頻器用于轉換交流電源的頻率。這些可以使用機電設備（例如電動(dòng)發(fā)電機組）或借助整流器-逆變器組進(jìn)行設計。整流器首先將交流電轉換為直流電，然后逆變器將直流電轉換回不同頻率的交流電。

隔離變壓器
隔離變壓器用于交流到交流電源，其中電源和負載電路之間需要阻抗匹配。隔離變壓器通常不轉換電源的電壓電平或頻率。這些在連接平衡和不平衡電路時(shí)很有用。

這些隔離變壓器用于升高或降低電壓，同時(shí)通過(guò) CE 認證的增強絕緣保持電源和輸出電路隔離。（圖片：信號變壓器）

未穩壓線(xiàn)性電源
未穩壓線(xiàn)性電源是簡(jiǎn)單的交流轉直流電源。這些是使用降壓變壓器、整流器、濾波電容器和泄放電阻器設計的。首先，變壓器將線(xiàn)路電壓轉換為所需的交流電壓電平。然后使用半波或全波整流器將降壓后的交流電壓轉換為直流電壓。整流器采用二極管設計。來(lái)自整流器的脈動(dòng) DC 使用濾波電容器進(jìn)行平滑處理?？梢栽跒V波電容上并聯(lián)泄放電阻進(jìn)行保護。

非穩壓電源簡(jiǎn)單耐用。但是，它們的輸出電壓可能會(huì )因輸入電壓或負載電流的變化而變化。所以，這些都不太靠譜。此外，這些只能設計為輸出固定電壓和電流。

線(xiàn)性穩壓電源
線(xiàn)性穩壓電源是交流轉直流電源。這些與未調節（強力）電源相同，只是它們使用在有源或線(xiàn)性區域中工作的晶體管電路代替泄放電阻器。該有源晶體管級可輸出不同的精確直流電壓電平。有幾種可用的穩壓器 IC，其中集成了有源晶體管電路。線(xiàn)性穩壓電源穩定、安全、可靠、無(wú)噪音。有適用于各種輸入和輸出電壓的穩壓器 IC，它們輸出固定的直流電壓。這些電源的主要缺點(diǎn)是它們的成本、尺寸和能效。這些電源由于功率耗散而損失大量能量，可能需要使用帶穩壓器 IC 的散熱器。

Acopian Power Supplies的線(xiàn)性電源（頂部）比同樣來(lái)自 Acopian 的同類(lèi)開(kāi)關(guān)電源（底部）大和重十倍，但線(xiàn)性單元具有開(kāi)關(guān)電源無(wú)法比擬的有益屬性。

開(kāi)關(guān)穩壓電源
開(kāi)關(guān)穩壓電源是復雜的 AC-DC 電源，往往結合了非穩壓電源和穩壓電源的優(yōu)點(diǎn)。在 SMPS 中，線(xiàn)路電壓被整流為直流，然后在開(kāi)關(guān)晶體管的幫助下再次轉換為方波交流。這個(gè)高頻方波然后被降壓或升壓，然后再次被整流。整流后的直流電壓在提供給負載之前被過(guò)濾。

紋波穩壓電源
紋波穩壓電源是非穩壓 AC-DC 電源的改進(jìn)型。它是通過(guò)將非穩壓電源與工作在飽和區的晶體管電路相結合而設計的。晶體管電路將直流電傳輸到電容器以維持電壓水平。紋波穩壓電源的主要優(yōu)點(diǎn)是它的能效。

可調穩壓電源
線(xiàn)性穩壓電源可以通過(guò)在末級使用可變電阻器進(jìn)行修改，以提供一系列可調電壓?？勺冸娮杵骺梢詫⑤敵鲭妷航档偷娇烧{值。這種可調電源然后可以提供從零到由電源調節的最大電壓范圍內的電壓。對稱(chēng)線(xiàn)性穩壓電源也可以修改為提供負極性電壓。

電池和太陽(yáng)能電源
電池、電池和太陽(yáng)能電池板提供直流電源。來(lái)自存儲設備或太陽(yáng)能電池板的電力需要首先被過(guò)濾以去除脈動(dòng)波紋。然后可以使用穩壓器 IC 將其調節到所需的直流電壓電平。如果需要提高電池或太陽(yáng)能電池板的電源電壓，可以使用晶體管作為放大器來(lái)完成。

直流到直流轉換器
直流到直流轉換器用于升高或降低直流電壓。DC-DC轉換器可以是半導體、機電或電化學(xué)類(lèi)型。DC-to-DC SMPS，如推挽轉換器、降壓轉換器、升壓轉換器、降壓-升壓轉換器，是半導體型 DC-DC 轉換器的一些示例。這些電源通常用于轉換直流電（從主電源或其他交流電源整流）以提供不同的直流電平，而不是在設備中使用許多交流到直流電源。

SMD 中的 2 W 直流-直流電源示例（圖片：Recom）。

直流轉交流電源
這些類(lèi)型的電源通常用于備用電源。逆變器、UPS 和發(fā)電機是此類(lèi)電源系統的示例。

電子愛(ài)好者和工程師最常使用的是線(xiàn)性穩壓電源和電池電源。其他類(lèi)型的電源一般是為特定的應用或電路而設計和生產(chǎn)的。某些電路可能需要使用太陽(yáng)能電池板設計電源。

對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，從提供12V、9V、5V和3V等常用直流電壓的線(xiàn)性穩壓電源入手總是很方便的。對于便攜式電路，使用基于電池的穩壓電源可以實(shí)現相同的電壓?；陔姵氐姆€壓電源可能需要定期更換電池。因此，提供常用直流電壓電平的線(xiàn)性穩壓電源最適合原型設計和測試電子電路。如果需要，生產(chǎn)電路可以由電池或基于太陽(yáng)能電池板的電路供電。

在下一篇文章中，我們將討論電芯和電池組。