AC/DC基礎知識

2022-03-17 907

這裡，將解釋將AC（交流）電壓轉換為DC（直流）電壓的基本方法、變壓器模式和開關模式。此外，還將討論變壓器模式和開關模式之間的比較。

首先，“為什麼需要AC/DC轉換？” 我們先回到原點。

圖1

眾所周知，日本家庭或建築物的主要電源是100V或200V交流電。然而，大多數電器都是由電子電路操作的，幾乎全部工作在5V和3.3V直流電壓下。雖然有馬達設備、白熾燈泡等是直接由交流電壓驅動的，但近來，馬達、開關等比較簡單的設備幾乎不可避免地配備了電子控制電路，而且所有電子控制電路都是由直流電壓驅動的。另外，市場上已經逐漸用LED取代白熾燈泡，但眾所周知，LED基本上還是採用直流驅動。也就是說，「交流電是從輸電網路傳輸來的，但由於相當於電子產品心臟的電子電路是由直流電驅動的，如果不把交流電壓轉換成直流電壓，電子產品無法啟動」。以上就是答案。相信大家都會想，“既然如此，那先傳輸直流電不是很好嗎？” 但事實上，傳輸交流電是有歷史背景因素和原因的。

要知道，愛迪生在1881年發明了帶有白熾燈泡的電燈。事實上，在當時的美國，直流電源的供應是標準的。為了推廣白熾燈泡，愛迪生開始實踐將直流110V輸電到電網的事業。然而，直流電傳輸時，電壓會大幅下降，因此傳輸範圍不能超過1.5公里，這導致發電廠必須建在街道中央。我現在簡直不敢相信。尼古拉·特斯拉交流電的發電、輸電和使用方法被調查，並與愛迪生展開了一場當前的戰爭。最終，特斯拉憑藉著能夠輕鬆變換電壓的交流系統獲勝，而且即使電線又細又長，在傳輸電力時也不會造成太大的損耗，而這個結果一直延續到現在。

交流電的優點

交流電源可以透過變壓器輕鬆轉換電壓（升壓和降壓）。
它可以在電力傳輸過程中保持高電壓/低電流，並減少電壓降（I2R損耗）。
一種可以輕鬆將交流電轉換為直流電並輕鬆供電的直流驅動裝置。

事實上，發電廠發出數千至20,000萬伏的交流高壓後，會透過電線桿上的變壓器降壓至100V、200V，然後再傳輸到一般家庭。

這是題外話。目前，家中的插座提供的是交流電源，因此每個設備都必須安裝自己的AC/DC轉換電路。對於這部分來說，從節能和小型化的角度來看，不得不說是多餘的。最近，在各地測試和研究的智慧家庭概念中，也考慮了從房屋內的插座直接提供直流電的系統。即便如此，並不代表輸電設施可以快速轉換為直流電，或不需要進行交直流轉換。在該系統中，提供直流電源的家庭供電設備仍需配備高功率、高效率的高功率AC/DC轉換器，並在附近安裝中功率AC/DC轉換器。

那麼，我們來說說另一個基礎知識。前面提到“可以很方便地從AC轉換為DC”，但它屬於“整流”的功能，是AC/DC轉換的基礎，所以有必要先了解它的架構。

圖2

圖2所示為全波整流，屬於基本整流類型，以及半波整流的作用。無論哪種方式，輸入交流電壓都連接到二極體以捕捉負波的幅度。半波整流只用一個二極體來捕捉負波的振幅，因此負波消失，只剩下波形的一半，故稱半波。全波整流採用由四個二極體組成的橋式二極體，可以旋轉負波，使之出現在正波區域，而全波形可以用直流電顯示。

DC轉換後，電容器用於平滑波形。然而，即使波形平滑，仍會存在Ripple（漣波），其幅值漣波電壓會因電容器的容量和負載而改變。當電容器的電容量與負載相同時，全波整流的漣波電壓會比半波整流的漣波電壓小。