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(jī)或電子設(shè)備。電源主要有兩種設(shè)計(jì)：線性電源和開關(guān)電源。

　　線性電源：線性電源設(shè)計(jì)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(jìn)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(jì)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(jì)中，輸入電壓不再降低，而是在輸入端進(jìn)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(dá)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(yùn)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(gè)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(gè)叫做矯正的過程來實(shí)現(xiàn)。整流可以通過使用無源半橋整流器來實(shí)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(shí)，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(gè)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(gè)二極管配置成一個(gè)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(gè)直流波，但由于電壓波形，供電是低效的，因?yàn)殡妷翰ǖ闹底兓浅？旌皖l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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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(diǎn)有兩個(gè)：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?yàn)樗鼈兊?a target='_blank'>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(diǎn)是，有源整流器需要更復(fù)雜的控制電路來達(dá)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