直流与交流電(diàn)流设计

2020-09-17

在電(diàn)子领域，在直流和交流電(diàn)流设计方面，我个人也有(yǒu)偏见。使用(yòng)AC（交流電(diàn)）似乎很(hěn)令人兴奋，但我更喜欢使用(yòng)DC（直流電(diàn)）電(diàn)路。但是，我无法按自己的意愿选择项目，这意味着我必须相对舒适地使用(yòng)两种类型的设计。让我们看一下这两种電(diàn)路设计样式，以及每种样式的一些注意事项。 

直流与交流電(diàn)流 

您应该熟悉DC和AC的机制，但是这里是一个复习：

图表上的DC与AC電(diàn)流

DC从永久固定的電(diàn)源正极端子流到電(diàn)源负极端子。在電(diàn)池，USB以及充電(diàn)适配器输出的電(diàn)流中都可(kě)以看到这样的例子。在图表上，DC由水平的扁線(xiàn)表示。

同时，交流電(diàn)是電(diàn)源正负极逐渐切换的结果。当端子改变状态时，電(diàn)流的流向减小(xiǎo)并反向。AC通过图表上的正弦波反射。直流電(diàn)和交流電(diàn)在塑造電(diàn)气和電(diàn)子系统方面都起着重要作用(yòng)，尽管方式不同。直流電(diàn)通常出现在通常涉及半导體(tǐ)组件的低压電(diàn)子产品中。 

交流電(diàn)通常用(yòng)于大功率传输系统。例如，您家中的输電(diàn)网和電(diàn)源插座将有(yǒu)交流電(diàn)通过它们。使用(yòng)交流電(diàn)比直流電(diàn)更经济。使用(yòng)变压器，可(kě)以多(duō)次提高交流電(diàn)压，同时大大降低電(diàn)流以最大程度地降低功率损耗。 

直流和交流電(diàn)路中组件的行為(wèi)方式不同

電(diàn)感器和電(diàn)容器在直流和交流電(diàn)路中的行為(wèi)不同。

就像对DC所做的那样，进行AC電(diàn)路设计是错误的，反之亦然。某些组件在交流電(diàn)和直流電(diàn)通过时会显示不同的特性。在直流電(diàn)路中表现為(wèi)短路的電(diàn)感器阻止交流電(diàn)路中的電(diàn)流流动。

在直流電(diàn)路中被视為(wèi)开路的電(diàn)容器允许交流電(diàn)流通过。交流電(diàn)通过时，電(diàn)容器和電(diàn)感器的这些行為(wèi)的变化在電(diàn)路分(fēn)析中引入了新(xīn)的变量。 

如果電(diàn)路纯粹由直流電(diàn)流组成，则只需考虑電(diàn)阻。但是，AC均值计算必须包括電(diàn)路中電(diàn)感器和電(diàn)容器贡献的阻抗。这些组件也可(kě)能(néng)改变交流電(diàn)路中電(diàn)压和電(diàn)流之间的相量差。对于電(diàn)感器，電(diàn)流使電(diàn)压滞后90度，对于電(diàn)容器，反之亦然。 

直流与交流電(diàn)流设计中的挑战

安全性对于高功率交流设计至关重要。 

两种类型的電(diàn)流都面临着自己的挑战。仅仅因為(wèi)我对使用(yòng)DC感到更自在，并不意味着它比AC更容易。DC通常是在低压電(diàn)路中产生的，例如主板，智能(néng)手表或无人机控制器。

尽管DC的公式更简单，但仍然存在可(kě)能(néng)影响设计的挑战。您需要关注诸如发热点，EMI和DC返回路径之类的问题。当几条带有(yǒu)DC的走線(xiàn)汇聚时，导體(tǐ)需要足够大以承受電(diàn)流。由于从事DC工作的设计人员习惯于“低功耗”设计，因此很(hěn)容易忽略容纳PCB上電(diàn)流所需的走線(xiàn)宽度。 

返回路径也是DC设计中的重要因素。您需要可(kě)视化電(diàn)流如何从组件中流动和返回，以防止噪声耦合到敏感電(diàn)路中。 

由于交流電(diàn)在大功率设计和应用(yòng)中越来越普遍，因此安全性是首要任務(wù)。在交流電(diàn)路中，您需要熟悉带電(diàn)（L），中性（N）和接地（E）的功能(néng)。切勿将这些端子短路，无论是否有(yǒu)意短路。人与L的接触可(kě)能(néng)致命，有(yǒu)时还可(kě)能(néng)由于N端子配置不当而造成的。