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交流轉直流電源設計
交流轉直流電源設計
家用和工業交流電源為在將設備連接到電源插座的引線不成問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。有多種選擇可以實現這一點，并且在您繼續設計AC 到 DC 電源時需要牢記一些事項。
基本原則
AC 到 DC 轉換器通過將交流電饋入無功阻抗元件來存儲交流能量并釋放穩態能量。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。輸出電壓會受到輸入交流電壓波動和施加到輸出端的負載的影響。單獨的無功組件無法執行此規定；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。
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。缺點是潛在的安全問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，但會產生顯著的輸出紋波。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，直流電壓會更低。整流器的效率定義為轉換比，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。
開關電源
線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，開關模式電源將高壓交流電轉換為高壓直流電，產生高頻信號，該信號被降壓并整流為輸出直流電壓。
開關模式電源 (SMPS)更復雜，但它們的效率明顯更高，與線性等效電源的60% 相比，其效率可能達到 80% 左右。它們的尺寸也更緊湊，需要的散熱更少。SMPS 的缺點是它們不如更簡單的線性電源可靠，瞬態響應更慢，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，務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。
過流保護
交流連接電源的一個特點是它們能夠在需要時提供大電流。缺點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大電流未經檢查地流動的電路，包括過流保護是一種很好的做法。
現成的解決方案
市場上有數以千計的 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其所在國家/地區的當地標準認證。認證過程通常涉及在獨立測試實驗室進行的嚴格評估，這是一項耗時且成本高昂的工作。該認證有兩個主要目標。首先，證明該設備可以安全使用——沒有觸電或火災的風險。其次，它不會對連接到同一電源的任何其他設備產生不利影響，例如發出的電噪聲或干擾。對于一次性項目或生產量較低的產品，使用現成的電源將比認證新的定制 AC 到 DC 轉換器具有成本優勢。