电源概论
选择合适的电源是影响电子系统性能的关键因素。交流(交流)至直流(直流)电源和DC/DC转换器这是为这些系统提供动力的两个主要选择。
发动机驱动的设备通常需要直流电，而交流电在家庭中很常见。在这种情况下，您将需要一个AC/DC电源来进行适当的转换-您可能以前使用过一个电源而不知道它！
交流电源
交流(AC)是连接到电网的大多数家庭和企业使用的电力形式。交流电以一定的频率和电压周期性地改变方向。这些不同的频率和电压会产生随时间从正值变为负值的波形。
电力是在发电机的帮助下产生的，并从源头输送到住宅和商业场所。发电机通过在线圈内旋转磁铁来产生交流电，在导线中感应电流。这种交流(AC)电力然后通过电力线系统传输到变压器，变压器降低电压，以便在家庭和企业中安全使用。
任何电源设计的第一步都是确定输入电流。在大多数情况下，电网的输入电压源是交流电。交流的典型波形是正弦波(见图1)。
使用交流电源时，必须考虑以下几个指标：
峰值电压/电流：这是指一个波可以达到的最大幅度。
频率：它表示一个波每秒完成的周期数，完成一个周期所需的时间称为周期。
平均电压/电流：一个周期内所有点上电压的平均值。在没有任何叠加直流电压的纯交流电波中，这个平均值为零，因为正负半部相互抵消。
电压/电流均方根值：这被定义为瞬时电压平方的一个周期平均值的平方根。在纯交流正弦波的情况下，它也可以理解为产生等效加热效果所需的等效直流功率。尽管它的定义错综复杂，但它在电气工程中得到了广泛的应用，提供了一种确定交流电压或电流的有效值的方法，通常表示为V AC。
阶段：它表示两个波之间的角度差。一个正弦波的完整周期分为360°，从0°开始，在90°(正峰)和270°(负峰)处达到峰值，在180°和360°处两次与起点相交。
直流电源
直流是一种可靠的电能形式，其特点是直流电和电压稳定。与交流电不同，直流电具有单向的电子路径。它由燃料电池、太阳能电池板、电池和交流发电机等来源产生，已成为许多需要恒定电源的电子设备的理想选择。
此外，直流电源提供比交流电源更清洁的能量传输，这使其在为敏感电气设备通电时备受追捧。
不幸的是，这种类型的电力仅限于短距离，因此在电网中使用它可能很困难，甚至不可能。尽管如此，直流仍然是高效可靠地输送电能的首选之一。
将交流电转换为直流电一直是为我们的现代电子产品供电的关键部件。这一过程可以追溯到19世纪末，从那时起就发展得越来越复杂了。
交直流电源是计算机、智能手机、平板电脑等设备所必需的，这种类型的电源可以根据所使用的特定电子设备进行不同的配置，但基本元素始终存在。
交流电源与直流电源的比较
| 类型 | 交流电源 | 直流电源 |
| 定义 | 市电是从电网向家庭和企业供应的最常见的电力形式。 | 在不同的应用中通常采用替代形式的电力。 |
| 电流 | 波形 | 线型 |
| 优势 | 交流电力是一种高效、有效的电能远距离输送方式。交流电网系统使多个电源和用户之间能够连接，是交流电力分配的主要方法。 | 这是一种非常可靠和始终如一的发电方式，尽管代价是它不会走得那么远。 |
| 应用 | 为家中或工作场所的电子产品供电。 | 电池、太阳能和燃料电池以及交流发电机。 |
什么是AC/DC电源？
AC/DC电源对于各种电子设备非常重要，例如计算机、电灯、电机、笔记本电脑和电视。
AC/DC电源有两种主要设计：线性电源和开关电源。可能很难决定哪一个是最好的选择。
| 类型 | 交直流电源 |
| 定义 | 一种从输入源获取交流电并将其转换为直流电的装置。这种技术极大地提高了输出的效率，并为各种电子设备供电 |
| 电流 | 从波形到线性 |
| 优势 | 对于确保向设备提供持续稳定的直流电力至关重要。它们的设计可以根据需要调整电压电平，以确保始终有效运行。 |
| 应用 | 这是从DVD播放机到医疗设备等许多日常设备不可或缺的一部分，因为它们为操作这些设备提供必要的电流。 |
线性AC/DC电源
线性AC/DC电源设计简单明了。为了使用交流电(AC)输入电压，需要包括一个变压器以将其降低到适合特定应用的值。
然后对降低的交流电压进行整流，并将其转换为直流(DC)电压以获得更好的波形质量；随后对DC电压进行滤波。
由于对有效集成的要求，传统的线性AC/DC电源并不总是理想的选择。由于必须在输入点改变输入电压，因此变压器的大小和重量可能非常重要。
此外，更大的核心需要更高水平的能量转移。线性稳压器提供稳定的电压输出，但所有多余的能量都会以热量的形式浪费掉。
对于低瓦数的应用，这不是问题，但高水平的能量转移会产生过多的热量，这可能需要特殊的冷却系统或散热器来抵消不断上升的温度。
开关AC/DC电源
大功率MOSFET晶体管的发展使得开关AC/DC电源成为线性或传统设计的一种有吸引力的替代方案。通过利用这些晶体管，可以创造出效率更高且只消耗必要功率的转换器。
最终的结果是一个开关模式的AC/DC电源，它依赖于输入端的整流和滤波电压，然后依靠斩波器将该电压转换为高频脉冲串。
这种新的设计方法在减小变压器尺寸和改善AC/DC功率转换器的电压调节方面发挥了重要作用。
经过整流器和滤波器后，该波被转换回直流(DC)，没有剩余的交流(AC)部分。
由于其能够在不饱和的情况下以更高的频率传输更多的功率，用于开关AC/DC电源的变压器可以比线性版本所需的变压器更小。这允许在达到所需电压电平的同时，在转换器单元中占用较少的空间。
表1总结了线性和开关式AC/DC电源之间的差异
| 线性AC/DC电源 | 开关AC/DC电源 | |
| 大小和重量 | 大型变压器是必要的，增加了相当大的尺寸和重量。 | 如果需要，更高的频率允许使用小得多的变压器。 |
| 效率 | 在缺乏监管的情况下，造成效率损失的主要因素是变压器中发生的损失。然而，在受监管的场景中，高功率应用的影响成为影响效率的关键因素。 | 晶体管提供较小的开关损耗，因为它们的行为像小电阻。这使得高效的高功率应用成为可能。 |
| 噪声 | 尽管非稳压电源可能会因电压纹波而表现出显著的噪声，但稳压线性AC/DC电源具有极低的噪声水平。这一特性使其特别适合于医学传感的应用。 | 晶体管的快速切换会在电路中引入噪声。然而，这种噪声可以被有效地滤除，或者，开关频率可以被提高到超出人类听觉极限的程度，使其适合于音频应用。 |
| 复杂性 | 与开关AC/DC电源相比，线性AC/DC电源往往具有更少的组件和更简单的电路。 | 变压器引入噪声需要集成广泛而复杂的过滤器，以及用于转换器的控制和调节电路。 |
单相电源与三相电源
交流电源可分为单相或三相系统：
三相电力涉及三条导线(称为线路)，每条导线都承载相同频率和电压幅度的交流(AC)。然而，这些电流彼此之间是120°或三分之一周期的异相(见下图)。事实证明，这些系统在传输大量电力方面非常高效，使其成为将电力从发电设施输送到全球家庭和企业的首选。
另一方面，单相电力是向个人家庭或办公室输送电力的首选方法，确保了负载在线路上的均匀分布。在这种配置中，电流从电力线流经负载并通过中性点返回。虽然单相系统通常用于除大型工业或商业建筑以外的大多数安装，但它们不太擅长向负载输送高功率，更容易受到电力故障的影响。尽管如此，单相电源具有网络和设备配置更简单的优势。
通过三相系统的电力传输可以使用两种配置来完成：Delta(D)和Y(Y)，也分别称为Delta和Star配置。这些配置之间的主要区别在于能够包括中性连接(参见下图)。
三角形连接提供了增强的可靠性，而Y连接有助于提供两种不同的电压：相电压(向家庭供电的单相电压)和线路电压(用于为更大的负载供电)。
在Y配置中，相电压(或相电流)和线路电压(或线路电流)之间的关系导致线路电压(或电流)幅度比相位幅度大三倍。
为了适应同时满足三相和单相要求的标准配电系统，大多数配电网络采用三线和一根中性点。这种配置确保了家用和工业机械使用同一传输线的通用性。因此，Y型配置通常用于功率分配，而Delta配置则典型地应用于为三相负载供电，例如大型电机。
电网为用户提供的单相电力电压因地理位置而异。因此，在获取或使用电源之前，验证电源的输入电压范围至关重要。这确保电源经过专门设计，可在贵国电网的参数范围内无缝运行。如果不这样做，可能会对电源本身或与其连接的设备造成潜在损坏。
AC-DC电源是如何工作的？
今天的电子设备依赖于交直流电源。从笔记本电脑外部适配器到DVD播放机和医疗设备，这些转换器有各种格式。AC-DC电源的主要组件–变压器、整流器和过滤器–都协同工作，以支持可靠的直流电输送。
AC-DC电源的工作原理是使用整流器将AC转换为DC。整流器是一种包含一组二极管的装置。二极管是只允许电流单向流动的半导体器件。
整流器只允许交流波形的正部分通过，而阻止负部分，从而将交流电流转换为直流电流。
这会产生脉冲直流输出，通常使用电容器来平滑，以产生更稳定的直流电压。然后使用电压调节器电路将DC电压调节到所需的电平。
交直流电源的应用
开关AC/DC电源通常用于家用设备，如计算机，以处理不同的电压和频率。对于某些对成本效率要求很高的应用，例如手机充电器，手动电压范围切换可能是必要的。
线性电源以前是最常见的类型，但现在振铃式扼流圈转换器因其更高的效率而被广泛使用。
当需要较低的空载功率时，反激式拓扑正变得越来越流行，而初级传感控制器可以通过从次级侧移除光耦合器来帮助降低组件成本。
AC/DC电源为各种应用提供了极大的成本效益和性能优势。这些设计坚固耐用的系统在提供高容量DC/DC电压的同时，将负载均匀分配到24V电池单元。
它们充当低功率负载的“电子变压器”，使其成为商业车队、工业环境和低压照明设备的理想解决方案。
交直流电源设计面临的挑战
交直流电源的设计历来注重效率最大化和成本最小化。
然而，近年来，人们开始转向设计体积更小、重量更轻的电源。
这给电源设计者带来了新的挑战，因为他们现在必须平衡这些相互竞争的需求。
电源设计者面临的最大挑战之一是找到在不牺牲太多效率或成本的情况下减小电源尺寸和重量的方法。另一个挑战是设计能够满足现代电子设备日益增长的需求的电源。
随着设备变得更强大，它们需要从电源中获得更多电力。对于设计师来说，这可能是一个很难平衡的行为，因为他们试图在功率输出和效率之间找到合适的平衡。
AC-DC电源设计中的挑战是不断发展的，但其中一个恒定的挑战是保持高效率和可靠性。这意味着在尺寸、成本、性能和安全要求之间进行权衡，以紧凑、经济实惠且坚固耐用的设计提供所需的功率级别。
AC-DC电源设计中的其他技术挑战包括：
♦功率因数校正：
设计符合功率因数校正标准的电源，以减少谐波失真并提高效率。
♦电磁兼容和电磁兼容：
符合电磁兼容和电磁干扰标准，降低噪声，防止与其他电子设备的干扰。
♦散热管理：
选择正确的冷却解决方案，如散热片或风扇，以使电源组件保持在安全的运行温度范围内。
♦电压调节：
尽管输入电压、负载电流和其他环境因素发生变化，但仍保持稳定的输出电压。
♦隔离和安全：
在一次和二次电路之间提供足够的隔离，并满足UL、CSA和IEC等安全标准。
♦成本优化：
设计使用最具成本效益的组件和制造工艺，同时保持高效率和可靠性的电源。
总体而言，AC-DC电源设计需要对电气工程原理、电力电子学和应用要求有透彻的了解，才能提供最佳的解决方案。
摘要
电气设备依靠AC/DC电源将交流(AC)转换为稳定的直流(DC)。由于市场对耐受不同负载水平的高功率、节能设计的需求，设计高效的电源是具有挑战性的。
WEHO是AC/DC电源和其他电源产品领域的全球领导者，同时也是企业的OEM供应商。
我们的AC/DC电源解决方案被全球各地的公司和解决方案提供商每天使用。每款产品都拥有超高的效率、最佳的寿命和卓越的可靠性。
