什么是電源？電源是將來自電源的能量轉(zhuǎn)換成為負(fù)載供電所需的電壓值，比如電機或電子設(shè)備。電源主要有兩種設(shè)計：線性電源和開關(guān)電源。

　　線性電源：線性電源設(shè)計使用變壓器降低電壓。然后將電壓整流并轉(zhuǎn)換為直流電壓，然后對其進行濾波以提高波形質(zhì)量。線性電源使用線性調(diào)節(jié)器在輸出端保持恒定的電壓。這些線性調(diào)節(jié)器以熱量的形式消散額外的能量。

　　開關(guān)電源：開關(guān)電源設(shè)計是一種較新的方法，旨在解決線性電源的諸多問題，包括變壓器尺寸和電壓調(diào)節(jié)。在開關(guān)電源設(shè)計中，輸入電壓不再降低，而是在輸入端進行整流和濾波。然后電壓通過斬波器，再將其轉(zhuǎn)換成高頻脈沖串。在電壓達到輸出之前，它會被再次過濾和整流。

　　開關(guān)電源是如何工作的？多年來，線性AC/DC電源已經(jīng)成為主流，將電網(wǎng)中的交流電源轉(zhuǎn)換為運行家用電器或照明設(shè)備的直流電壓。大功率應(yīng)用對小型電源的需求，意味著線性電源已主要用于特定的工業(yè)和醫(yī)療用途，在這些領(lǐng)域由于其低噪聲而仍然需要它們。但由于開關(guān)電源體積更小，效率更高，而且能夠處理高功率，所以已經(jīng)取代了開關(guān)電源。圖1介紹了開關(guān)電源中從交流(AC)到直流(DC)的一般過程。

圖1：隔離開關(guān)式AC/DC電源

　　輸入整流是將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的第一步。人們普遍認(rèn)為直流電壓是一條筆直的、不動搖的恒壓線，就像從電池里出來的那種。然而，定義直流電的是電荷的單向流動。這意味著電壓流向相同，但不一定是恒定的。正弦波是交流電(AC)最典型的波形，前半個周期為正，其余周期為負(fù)。如果反向或消除負(fù)半周期，則電流停止交替，變成直流電。這可以通過一個叫做矯正的過程來實現(xiàn)。整流可以通過使用無源半橋整流器來實現(xiàn)，用二極管消除正弦波的負(fù)半部分(見圖2)。二極管允許電流在正半波期間流過，但當(dāng)電流反向流動時，二極管會阻斷電流方向。

圖2：半橋整流器

　　整流后，產(chǎn)生的正弦波平均功率較低，不能有效地為設(shè)備供電。一個更有效的方法是改變負(fù)半波的極性并使其變成正電壓。這種方法被稱為全波整流，它需要四個二極管配置成一個電橋(見圖3)。無論輸入電壓如何，這種配置都能保持穩(wěn)定的電流流向極性。

圖3：全橋整流器

　　全整流波的平均輸出電壓比半橋整流器的高，但離為電子設(shè)備供電所需的恒定直流波形仍有很大差距。雖然這是一個直流波，但由于電壓波形，供電是低效的，因為電壓波的值變化非常快和頻繁。這種周期性的直流電壓變化被稱為紋波。減少或消除紋波是一個有效的電源供應(yīng)的關(guān)鍵。減少紋波最簡單和最常用的方法是在整流器輸出端使用一個大電容器，稱為儲能電容器或平滑濾波器(見圖4)。電容器在電壓峰值時存儲電壓，然后向負(fù)載提供電流，直到其電壓小于現(xiàn)在上升的整流電壓波。得到的波形更接近所需的形狀，可以認(rèn)為是沒有交流分量的直流電壓。這個最終的電壓波形現(xiàn)在可以用來給直流電供電設(shè)備。

圖4：帶平滑濾波器的全橋整流器

　　無源整流使用半導(dǎo)體二極管作為不受控制的開關(guān)，是整流交流波最簡單的方法，但不是最有效的方法。二極管是相對有效的開關(guān)；它們可以以最小的功率損耗快速打開和關(guān)閉。半導(dǎo)體二極管的唯一問題是它們的正向偏置電壓降為0.5V到1V，這會降低效率。有源整流用可控開關(guān)代替二極管，如MOSFET或BJT晶體管(見圖5)。這種方法的優(yōu)點有兩個：首先，基于晶體管的整流器消除了與半導(dǎo)體二極管相關(guān)的0.5V到1V的固定電壓降，因為它們的電阻可以很小，因此電壓降也很小。第二，晶體管是可控開關(guān)，這意味著開關(guān)頻率可以控制，從而得到優(yōu)化。缺點是，有源整流器需要更復(fù)雜的控制電路來達到其目的，這就需要額外的元件，從而使它們變得更貴。

圖5：全橋有源整流器