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交流转直流电源设计
交流转直流电源设计
家用和工业交流电源为在将设备连接到电源插座的引线不成问题的应用中为电气设备供电提供了最方便的能源。唯一的问题是绝大多数电气设备需要低直流电压，因此需要交流到直流的转换。有多种选择可以实现这一点，并且在您继续设计AC 到 DC 电源时需要牢记一些事项。
基本原则
AC 到 DC 转换器通过将交流电馈入无功阻抗元件来存储交流能量并释放稳态能量。电感器和电容器形成无功分量，而滤波分量则平滑输出以形成直流输出。
应用输出调节以确保输出保持恒定电压，或至少在连接电路的指定范围内。输出电压会受到输入交流电压波动和施加到输出端的负载的影响。单独的无功组件无法执行此规定；需要额外的电路。
通常还需要输入过滤来管理墙上插座上常见的噪音和波动。
电源隔离
电源隔离是高压交流输入与低压直流输出之间的电气隔离，在两者之间设置一道屏障，防止危险输入电压传递到输出。通常使用变压器实现隔离。这被认为是电源连接设备最安全的选择，并且有利于防止接地回路和浪涌保护。
但是，非隔离式电源也可作为一种选择，因为它们比隔离式电源在物理上更紧凑且电气效率更高。缺点是潜在的安全问题和浪涌漏洞限制了它们的应用并强加了设计约束。
整改
可以使用整流实现交流到直流的转换，并提供各种基于半导体的组件。传统整流器是使用二极管构建的，但使用功率 MOSFET进行有源整流可以提高效率。
半波整流器是更简单的组件，但会产生显着的输出纹波。全波整流器更为常见，可提供更好的性能和更平滑的输出。
整流器通常用于将变压器的输出从低压交流转换为等效的直流电压。对于基于二极管的整流器，由于二极管两端的压降，直流电压会更低。整流器的效率定义为转换比，简单地说就是直流输出功率与交流电源输入功率之比。低效率来自变压器损耗和组件的散热。
开关电源
线性电源使用变压器将高压交流电转换为低压交流电，然后使用整流器将交流电转换为直流电。另一方面，开关模式电源将高压交流电转换为高压直流电，产生高频信号，该信号被降压并整流为输出直流电压。
开关模式电源 (SMPS)更复杂，但它们的效率明显更高，与线性等效电源的60% 相比，其效率可能达到 80% 左右。它们的尺寸也更紧凑，需要的散热更少。SMPS 的缺点是它们不如更简单的线性电源可靠，瞬态响应更慢，并且更容易受到噪声的影响。
浪涌保护
将任何电气设备连接到墙上插座时，务必记住主电源容易出现电涌。这些可能是由雷暴或附近的其他电气设备引起的。包括浪涌保护电路的要求将取决于由电源供电的组件的灵敏度。
过流保护
交流连接电源的一个特点是它们能够在需要时提供大电流。缺点是连接到电源的组件中的任何故障都可能导致大电流流过电源电路，从而可能造成昂贵的间接损坏，并可能导致火灾。对于短路故障可能导致过大电流未经检查地流动的电路，包括过流保护是一种很好的做法。
现成的解决方案
市场上有数以千计的 AC 到 DC 转换器，因此除非您的设备有一些特殊或定制的要求，否则这很可能是最简单、最快和最便宜的选择。
任何插入电源插座的设备都必须通过其所在国家/地区的当地标准认证。认证过程通常涉及在独立测试实验室进行的严格评估，这是一项耗时且成本高昂的工作。该认证有两个主要目标。首先，证明该设备可以安全使用——没有触电或火灾的风险。其次，它不会对连接到同一电源的任何其他设备产生不利影响，例如发出的电噪声或干扰。对于一次性项目或生产量较低的产品，使用现成的电源将比认证新的定制 AC 到 DC 转换器具有成本优势。