上期我們介紹了
變壓器,本期
PCBA大講堂電子零件篇為大家介紹
電源供應(yīng)器的各種不同應(yīng)用或制作方式。最常見的就是AC-DC(交流-直流)變壓器。
功能
AC-DC電源供應(yīng)器可以將交流電(alternating current、簡稱AC)轉(zhuǎn)換成一般電器用的直流電(direct current、DC),而且,轉(zhuǎn)換后可供使用的電壓通常較低。因此,雖然名稱是電源「供應(yīng)」器,但其實(shí)這個裝置本身需要外接電源才有辦法使用。
通常,電腦或音響這種較大的電器本身就有電源供應(yīng)器,所以可以直接將插頭插入墻上的插座;而像手機(jī)或其他多媒體裝置這些使用電池的小型電器,則常常需要使用外接式的電源供應(yīng)器,這種電源供應(yīng)器通常裝在一個塑膠盒里,然后有電線連接出來可以插入插座,轉(zhuǎn)換后的直流電則透過另一端的接頭送出,外接式的電源供應(yīng)器通常(但并非總是)稱為變壓器。
雖然AC-DC電源供應(yīng)器并不是單一元件,但通常都會以組裝好的整個模組來販賣。
各種類型
電源供應(yīng)器主要有兩種類型,分別是線性電源供應(yīng)器與切換式電源供應(yīng)器。
線性電源供應(yīng)器(Linear Regulated Power Supply)
Output:輸出
Voltage Regulator:電壓調(diào)節(jié)器
線性電源供應(yīng)器的運(yùn)作分為三個階段:
一、電源轉(zhuǎn)換器將輸入的交流電轉(zhuǎn)換成低電壓的交流電。
二、整流器將交流電轉(zhuǎn)換成未整平的直流電,若您想要更深入了解整流器的功能,相關(guān)內(nèi)容在本書二極體的章節(jié)。
三、電壓調(diào)節(jié)器搭配一至數(shù)個電容器,用來控制直流電壓,將電壓整平、除去瞬變電流。這種電壓調(diào)節(jié)器稱為線性電壓調(diào)節(jié)器,因?yàn)樗鼉?nèi)含一至數(shù)個電晶體,作用方式是線性的,也就是說,在飽和程度之內(nèi),根據(jù)電流波動幅度做線性調(diào)整,這種電源供應(yīng)器就是因?yàn)檫@個線性電壓調(diào)節(jié)器而得名。
這種類型的電源供應(yīng)器與電源轉(zhuǎn)換器相關(guān),因?yàn)檫@種電源供應(yīng)器在進(jìn)行整流之前,會先透過調(diào)節(jié)器將輸入的交流電壓降低。
因?yàn)殡娫垂?yīng)器中的整流器通常會將每一個交流電脈沖送過一對硅二極體,在電流峰值時會造成1.2V的電壓下降;而整流用的電容器在則會將電壓再降3V,穩(wěn)壓器通常需要輸入與輸出端有至少2V的電位差。加上輸入的交流電電壓是浮動的,可能會擺蕩到低于規(guī)格上的數(shù)字,因此,變壓器的輸出至少要比需要的電壓高8V以上比較保險,多馀的能量會以熱能的形式散失。
線性電源供應(yīng)器的概念來自早期無線電波接收器這一類的裝置,這種內(nèi)含電晶體的線性電源供應(yīng)器一直到1990年代都還廣泛使用。后來,切換式電源供應(yīng)器變得較為普及,原因在于半導(dǎo)體制造組裝的成本降低、高電壓的電晶體問世,使得我們可以直接使用整流后的線路電壓,而不需要階層式的電壓轉(zhuǎn)換。
有些外接式變壓器還是包含了電源轉(zhuǎn)換器,但是比例上已經(jīng)減少許多了。這種類型的變壓器體積會較大、重量也較重,右圖就是這樣的變壓器:這是一款老式、便宜的變壓器,里面只有最基本的零件,而且無法提供電子儀器所需的穩(wěn)定直流電源。
切換式電源供應(yīng)器(Switching Power Supply)
也稱為切換模式電源供應(yīng)器(switched-mode power supply、簡稱SMPS),切換式電源供應(yīng)器的運(yùn)作分為兩階段。
一、整流器會先將輸入的交流電轉(zhuǎn)成未整平的直流電,中間不經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換器。
二、DC-DC轉(zhuǎn)換器會以極高的頻率切換直流電,以脈沖寬度調(diào)變來降低平均有效電壓,通常使用的是返馳式轉(zhuǎn)換器(flyback),內(nèi)含一個轉(zhuǎn)換器,但是高頻率的切換使得我們不需要像線性電源供應(yīng)器當(dāng)中那么大的電源轉(zhuǎn)換器。關(guān)于DC-DC轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)運(yùn)作原理,請參考電子零件百科全書的相關(guān)章節(jié)。
Pulse Width Modulator:脈沖寬度調(diào)整器
Voltage reference source:電壓參照來源
Output:輸出
上圖是切換式電源供應(yīng)器在電路圖上的表現(xiàn)方式,這是一個簡化示意圖,只標(biāo)示了切換式電源供應(yīng)器的主要組成零件,如果仔細(xì)看,您會發(fā)現(xiàn)圖中缺少115V電源轉(zhuǎn)換器,這是因?yàn)檗D(zhuǎn)換器已經(jīng)融入高頻切換的線路當(dāng)中了,這樣一來,會變得更小、更輕、更便宜。
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