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PCBA大讲堂电子零件篇:电源供应器

发布时间 :2018-04-26 17:16 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA加工部
PCBA大讲堂电子零件篇:电源供应器
上期我们介绍了变压器,本期PCBA大讲堂电子零件篇为大家介绍电源供应器的各种不同应用或制作方式。最常见的就是AC-DC(交流-直流)变压器。
 
功能
AC-DC电源供应器可以将交流电(alternating current、简称AC)转换成一般电器用的直流电(direct current、DC),而且,转换后可供使用的电压通常较低。因此,虽然名称是电源「供应」器,但其实这个装置本身需要外接电源才有办法使用。
 
通常,电脑或音响这种较大的电器本身就有电源供应器,所以可以直接将插头插入墙上的插座;而像手机或其他多媒体装置这些使用电池的小型电器,则常常需要使用外接式的电源供应器,这种电源供应器通常装在一个塑胶盒里,然后有电线连接出来可以插入插座,转换后的直流电则透过另一端的接头送出,外接式的电源供应器通常(但并非总是)称为变压器。
 
虽然AC-DC电源供应器并不是单一元件,但通常都会以组装好的整个模组来贩卖。
 
各种类型
 
电源供应器主要有两种类型,分别是线性电源供应器与切换式电源供应器。
PCBA大讲堂电子零件篇:线性电源供应器
 
线性电源供应器(Linear Regulated Power Supply)
 
Output:输出
 
Voltage Regulator:电压调节器
 
线性电源供应器的运作分为三个阶段:
 
一、电源转换器将输入的交流电转换成低电压的交流电。
 
二、整流器将交流电转换成未整平的直流电,若您想要更深入了解整流器的功能,相关内容在本书二极体的章节。
 
三、电压调节器搭配一至数个电容器,用来控制直流电压,将电压整平、除去瞬变电流。这种电压调节器称为线性电压调节器,因为它内含一至数个电晶体,作用方式是线性的,也就是说,在饱和程度之内,根据电流波动幅度做线性调整,这种电源供应器就是因为这个线性电压调节器而得名。
 
这种类型的电源供应器与电源转换器相关,因为这种电源供应器在进行整流之前,会先透过调节器将输入的交流电压降低。
 
因为电源供应器中的整流器通常会将每一个交流电脉冲送过一对硅二极体,在电流峰值时会造成1.2V的电压下降;而整流用的电容器在则会将电压再降3V,稳压器通常需要输入与输出端有至少2V的电位差。加上输入的交流电电压是浮动的,可能会摆荡到低于规格上的数字,因此,变压器的输出至少要比需要的电压高8V以上比较保险,多馀的能量会以热能的形式散失。
 
线性电源供应器的概念来自早期无线电波接收器这一类的装置,这种内含电晶体的线性电源供应器一直到1990年代都还广泛使用。后来,切换式电源供应器变得较为普及,原因在于半导体制造组装的成本降低、高电压的电晶体问世,使得我们可以直接使用整流后的线路电压,而不需要阶层式的电压转换。
 
有些外接式变压器还是包含了电源转换器,但是比例上已经减少许多了。这种类型的变压器体积会较大、重量也较重,右图就是这样的变压器:这是一款老式、便宜的变压器,里面只有最基本的零件,而且无法提供电子仪器所需的稳定直流电源。
 
 
切换式电源供应器(Switching Power Supply)
切换式电源供应器(Switching Power Supply)

也称为切换模式电源供应器(switched-mode power supply、简称SMPS),切换式电源供应器的运作分为两阶段。
 
一、整流器会先将输入的交流电转成未整平的直流电,中间不经过电源转换器。
 
二、DC-DC转换器会以极高的频率切换直流电,以脉冲宽度调变来降低平均有效电压,通常使用的是返驰式转换器(flyback),内含一个转换器,但是高频率的切换使得我们不需要像线性电源供应器当中那么大的电源转换器。关于DC-DC转换器的详细运作原理,请参考电子零件百科全书的相关章节。
 
Pulse Width Modulator:脉冲宽度调整器
 
Voltage reference source:电压参照来源
 
Output:输出
 
上图是切换式电源供应器在电路图上的表现方式,这是一个简化示意图,只标示了切换式电源供应器的主要组成零件,如果仔细看,您会发现图中缺少115V电源转换器,这是因为转换器已经融入高频切换的线路当中了,这样一来,会变得更小、更轻、更便宜。


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