直流電源通常能使大多數電氣設備工作的更好。托馬斯·愛迪生主張直流配電,但是我們采用威斯汀豪斯主張的交流配電系統,因為正如尼古拉·特斯拉所指出的,電壓較高而電流較低的交流電能實現更有效地長距離輸送。不過,一旦電能輸送到你所需要的地方,絕大多數除照明和空調外的設備還是要用直流供電。 因此,直流電源的工作就是將交流電轉換為設備所需的任何電壓的直流電。正如“線性調節電源”所介紹的那樣,一個直流電源在工作時,將轉換分為兩個階段進行:整流和調節。 整流階段把定期轉換電流方向的交流電流轉換為始終單向的直流電流。如圖所示的全波橋式整流器可以將交流電轉換成夾雜大量交流電殘余的脈沖式直流電流,一般情況,低通濾波器就可以清除大部分殘留的交流電流。
 直流電源由整流器和調節器組成,整流器產生未經調節的直流電流,調節器使輸出穩定。最后輸出的就是適合最終電子設備使用的穩定純粹的直流電。 調節就能實現控制。線性調節器通過由輸出反饋控制的可變電阻器群來調節輸出電壓或電流。 但線性調節器也有它自己的問題,晶體管會將電能以熱量的形式發散出去。線性電源在傳輸的同時也浪費了相同數量的電能。這可不太好! “開關或電源”(如圖所示,通常叫做“變換電源”,或簡稱“開關”)和線性電源的根本區別在于調節電流的方式。開關電源不會始終保持直流電流的存在,或使用晶體管調節電流,而是通過將晶體管在“全開”、“全閉”之間切換,根據輸出情況反饋調節每個周期的開/關時間比來達到目的。
 開關式電源通過快速地切換調節晶體管的全開全閉方式,比線性電源更有效地獲得了直流電。它根據輸出反饋,調節每個開關周期的開/關時間比來實現控制要求。 然后,緊隨脈寬模塊之后的再生濾波器(regenerative filter)使脈沖變得平穩,從而均衡電流流量以產生穩定的直流輸出。在此使用“再生”一詞是為了指出在低/無負載情況下必須有一條旁路直流輸出通道,否則,濾波電容會被充電而喪失調節的能力。 當晶體管完全打開時,其電阻處于最小值,基本可以認為是零。因此功耗也可認為是零,因為任何電流I2乘以0電阻都等于0。 當晶體管完全關閉時,其電阻非常大,但是通過的電流實際上為0。這種情況下,功耗實際也為零,因為任何有限的高阻值乘以電流I=0的平方仍等于0。 因此,開關電源的電能損失比線性電源的要少很多。由于調節器能量耗損的降低,整體效率因此提高,熱量的產生也更少。既然熱量的發散被減少了,電源就能使用更小的外殼包裝,同時也能節約電源的內部接線,因此,降壓轉換器就能變得更小,也更經濟。電源線路的減少更意味著生產工廠的環境污染更少,實現了電源與環境的協調。 |