線性電源:是通過工頻(頻率為50Hz的交流電)變壓器將電壓變至所需要的值,再經過整流、濾波、穩壓等電路,輸出為穩定直流電。下圖是一個最簡單的AC—DC變換電路。
由上圖可以看出,輸入為正弦波交流電,經二極管整流后,只有上半周的正電壓能通過,而下半周的負電壓不能通過二極管,結果輸出電壓只保留了上半周的電壓波形。使輸出電壓的方向不隨時間變化(只是大小變化),而成為直流電。
為了使負半周的電壓能加于利用,提高用電效率,需采用全橋整流電路,如下圖:
由圖可看出,采用全橋整流后,負半周的波形也利用上了,使電能利用效率提高。全橋整流是目前最常用的整流電路。
濾波電路:
從上面整流出來的直流電壓波形圖可以看出,這種直流電大小在發生變化,這種大小變化我們稱之為交流成分,即這種直流電含有較多的交流成分,不能直接使用,必須進行濾波。我們前面提到:電感具有通直流阻交流的特性,而電容則具有通交流阻直流的特性。利用這些特性可進行濾波。下面是常見的濾波電路:
可以看出濾波后的輸出電壓平滑得多。
線性電源的優缺點:優點在于,所需元器件較少,線路結構簡單易做,變壓器的電流連續流通,輸出電壓紋波小。缺點在于,效率低,僅50%左右,隨著功率的增加,變壓器體積和重量都大得令許多場合無法使用。一個300W的工頻變壓器重量約8公斤。再加上大功率整流管和散熱片,總重量會達到10公斤。這在許多場合都無法使用。下面將介紹開關電源。
開關電源:
我們知道,變壓器的工作原理是:是利用變化電場產生變化的磁場,變化的磁場又產生變化的電場,從而起到了變壓作用。但變壓器不能變化頻率。根據電磁輻射的有關知識得知,電磁輻射的能量與頻率f有關,頻率越大,能量越高。因此,如果將頻率提高,則在相同的功率下,變壓器的體積可以變小,這就是開關電源的設想來歷。下面是開關電源的原理圖:
上圖的原理是這樣的,交流電直接經過全橋整流,經電容濾波后變為高壓直流電,高壓直流電經過開關K后,加到開關變壓器的初級。控制開關的“閉合”和“斷開”的速度,就可在開關變壓器的初級形成不同頻率的交流電,開關速度越快,頻率就越高。這樣在開關變壓器的次級相應地感應出高頻電壓。經整流和濾波后得到直流電。開關電源具有體積小效率高的特點,缺點在于,電路結構復雜,成本較高,由于工作在高頻狀態,輻射和干擾較大,輸出電壓紋波大,必須采取有效的屏蔽措施。