電源電路設(shè)計(jì)：詳解線性電源和開(kāi)關(guān)電源

說(shuō)起電路設(shè)計(jì)，可以單獨(dú)拎出來(lái)的特別重要的一項(xiàng)就是電源設(shè)計(jì)了，畢竟，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。

那本次就來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下電源電路設(shè)計(jì)，讓普通人也能對(duì)電源設(shè)計(jì)有一個(gè)大概的了解。

對(duì)于電源，目前市場(chǎng)上主要有兩種類型：線性電源和開(kāi)關(guān)電源。

?

那么這兩種電源有啥區(qū)別呢?

線性電源的工作原理是先將220V或其他交流電壓通過(guò)變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪弘?12V或其他小一點(diǎn)的AC交流電)，然后再通過(guò)一系列的二極管進(jìn)行矯正和整流，并且把AC交流電變?yōu)槊}動(dòng)電壓。

得到脈動(dòng)電壓之后，就需要對(duì)脈動(dòng)電壓進(jìn)行濾波，一般通過(guò)電容完成，然后將經(jīng)過(guò)濾波后的低壓交流電轉(zhuǎn)換成DC直流電。

不過(guò)，此時(shí)的直流電還不夠純凈，會(huì)有一定的波動(dòng)(一般叫紋波)，所以還需要穩(wěn)壓二極管或者電壓整流電路進(jìn)行矯正。

最后就可以得到比較穩(wěn)定的DC直流電輸出了。

這整個(gè)過(guò)程的進(jìn)行就是線性電源的原理了。

那開(kāi)關(guān)電源呢?

不同于線性電源要先將高壓交流電轉(zhuǎn)換為低壓交流電這一過(guò)程，開(kāi)關(guān)電源是直接將220V交流輸入端轉(zhuǎn)換為直流電DC，然后在高頻振蕩電路的作用下，用開(kāi)關(guān)管控制電流的通斷，形成高頻脈沖電流。

最后在電感(高頻變壓器)的幫助下，輸出所需的穩(wěn)定低壓直流電。

對(duì)于電源電路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，一般首先需要掌握的就是開(kāi)關(guān)電源電路，從家用交流電壓220V中獲取電壓，轉(zhuǎn)換為直流穩(wěn)定電壓之后，再給電子設(shè)備主板供電。并且市場(chǎng)上大部分的電子產(chǎn)品如電腦，手機(jī)都是采用的開(kāi)關(guān)電源。然后就是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電源例子了(縮減了交流轉(zhuǎn)直流的這個(gè)過(guò)程)。

如下圖所示，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電源，利用開(kāi)關(guān)的不斷閉合與斷開(kāi)，直流電的電壓就會(huì)變化。

比如按照0.5s閉合0.5s斷開(kāi)的規(guī)律，這個(gè)12V的電壓就可以變?yōu)?V，實(shí)現(xiàn)了降壓效果。

那它是什么原理呢?

事實(shí)上，當(dāng)開(kāi)關(guān)剛開(kāi)始閉合時(shí)，12V直流電供電，此時(shí)二極管截止，電源開(kāi)始給電感和電容儲(chǔ)能，同時(shí)給負(fù)載供電，但是因?yàn)殡姼须娏鞑荒芡蛔儯噪姼袨榱俗柚惦娏鞯脑黾?，?huì)感應(yīng)一個(gè)與電源相反的電壓，這個(gè)電感會(huì)抵消一部分電源電壓，使得負(fù)載端的電壓達(dá)不到12V，不過(guò)隨著時(shí)間的增加，電感抵消效果會(huì)減弱，負(fù)載端的電壓會(huì)慢慢達(dá)到12V。

然后當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電感又產(chǎn)生了抵消作用，為了阻止電流突然變化，它會(huì)充當(dāng)電源，給負(fù)載供電。所以開(kāi)關(guān)斷開(kāi)之后，負(fù)載依然在短時(shí)間內(nèi)是有電流的。

不過(guò)隨著時(shí)間推移，電感抵消作用逐漸減弱，變成一根導(dǎo)線，不再供電。

所以，在這個(gè)連續(xù)的過(guò)程中，如果可以控制開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)和閉合時(shí)間差，在電流不變?yōu)榱愕那闆r下，反復(fù)開(kāi)關(guān)，就可以得到一段在6V作用但不是特別穩(wěn)定的DC直流電，有效值差不多接近6V。

所以為了得到穩(wěn)定的電壓，電容的作用不可忽視。

電容在這個(gè)電路中主要起到了儲(chǔ)能和濾波的作用，如果沒(méi)有它，波形會(huì)變得很尖銳。

最后就是電路中的開(kāi)關(guān)，在實(shí)際電路中，一般用晶體三極管來(lái)充當(dāng)開(kāi)關(guān)的角色，它在1秒之內(nèi)就可以開(kāi)關(guān)上萬(wàn)次。

不要小看這個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電源，它的效率可達(dá)90%左右。其中它的主要損耗是電感，電容的等效電阻;二極管的導(dǎo)通壓降;以及晶體三極管的導(dǎo)通電阻。

這就是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)了，當(dāng)然實(shí)際應(yīng)用中開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)為了達(dá)到精度更高性能更穩(wěn)定的等要求，電路也會(huì)更加復(fù)雜。

審核編輯：湯梓紅