上期我們介紹了變壓器，本期PCBA大講堂電子零件篇為大家介紹電源供應(yīng)器的各種不同應(yīng)用或制作方式。最常見的就是AC-DC（交流－直流）變壓器。

 

功能

AC-DC電源供應(yīng)器可以將交流電（alternating current、簡稱AC）轉(zhuǎn)換成一般電器用的直流電（direct current、DC），而且，轉(zhuǎn)換后可供使用的電壓通常較低。因此，雖然名稱是電源「供應(yīng)」器，但其實(shí)這個(gè)裝置本身需要外接電源才有辦法使用。

 

通常，電腦或音響這種較大的電器本身就有電源供應(yīng)器，所以可以直接將插頭插入墻上的插座；而像手機(jī)或其他多媒體裝置這些使用電池的小型電器，則常常需要使用外接式的電源供應(yīng)器，這種電源供應(yīng)器通常裝在一個(gè)塑膠盒里，然后有電線連接出來可以插入插座，轉(zhuǎn)換后的直流電則透過另一端的接頭送出，外接式的電源供應(yīng)器通常（但并非總是）稱為變壓器。

 

雖然AC-DC電源供應(yīng)器并不是單一元件，但通常都會(huì)以組裝好的整個(gè)模組來販賣。

 

各種類型

 

電源供應(yīng)器主要有兩種類型，分別是線性電源供應(yīng)器與切換式電源供應(yīng)器。

 

線性電源供應(yīng)器（Linear Regulated Power Supply）

 

Output：輸出

 

Voltage Regulator：電壓調(diào)節(jié)器

 

線性電源供應(yīng)器的運(yùn)作分為三個(gè)階段：

 

一、電源轉(zhuǎn)換器將輸入的交流電轉(zhuǎn)換成低電壓的交流電。

 

二、整流器將交流電轉(zhuǎn)換成未整平的直流電，若您想要更深入了解整流器的功能，相關(guān)內(nèi)容在本書二極體的章節(jié)。

 

三、電壓調(diào)節(jié)器搭配一至數(shù)個(gè)電容器，用來控制直流電壓，將電壓整平、除去瞬變電流。這種電壓調(diào)節(jié)器稱為線性電壓調(diào)節(jié)器，因?yàn)樗鼉?nèi)含一至數(shù)個(gè)電晶體，作用方式是線性的，也就是說，在飽和程度之內(nèi)，根據(jù)電流波動(dòng)幅度做線性調(diào)整，這種電源供應(yīng)器就是因?yàn)檫@個(gè)線性電壓調(diào)節(jié)器而得名。

 

這種類型的電源供應(yīng)器與電源轉(zhuǎn)換器相關(guān)，因?yàn)檫@種電源供應(yīng)器在進(jìn)行整流之前，會(huì)先透過調(diào)節(jié)器將輸入的交流電壓降低。

 

因?yàn)殡娫垂?yīng)器中的整流器通常會(huì)將每一個(gè)交流電脈沖送過一對硅二極體，在電流峰值時(shí)會(huì)造成1.2V的電壓下降；而整流用的電容器在則會(huì)將電壓再降3V，穩(wěn)壓器通常需要輸入與輸出端有至少2V的電位差。加上輸入的交流電電壓是浮動(dòng)的，可能會(huì)擺蕩到低于規(guī)格上的數(shù)字，因此，變壓器的輸出至少要比需要的電壓高8V以上比較保險(xiǎn)，多馀的能量會(huì)以熱能的形式散失。

 

線性電源供應(yīng)器的概念來自早期無線電波接收器這一類的裝置，這種內(nèi)含電晶體的線性電源供應(yīng)器一直到1990年代都還廣泛使用。后來，切換式電源供應(yīng)器變得較為普及，原因在于半導(dǎo)體制造組裝的成本降低、高電壓的電晶體問世，使得我們可以直接使用整流后的線路電壓，而不需要階層式的電壓轉(zhuǎn)換。

 

有些外接式變壓器還是包含了電源轉(zhuǎn)換器，但是比例上已經(jīng)減少許多了。這種類型的變壓器體積會(huì)較大、重量也較重，右圖就是這樣的變壓器：這是一款老式、便宜的變壓器，里面只有最基本的零件，而且無法提供電子儀器所需的穩(wěn)定直流電源。

 

 

切換式電源供應(yīng)器（Switching Power Supply）

也稱為切換模式電源供應(yīng)器（switched-mode power supply、簡稱SMPS），切換式電源供應(yīng)器的運(yùn)作分為兩階段。

 

一、整流器會(huì)先將輸入的交流電轉(zhuǎn)成未整平的直流電，中間不經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換器。

 

二、DC-DC轉(zhuǎn)換器會(huì)以極高的頻率切換直流電，以脈沖寬度調(diào)變來降低平均有效電壓，通常使用的是返馳式轉(zhuǎn)換器（flyback），內(nèi)含一個(gè)轉(zhuǎn)換器，但是高頻率的切換使得我們不需要像線性電源供應(yīng)器當(dāng)中那么大的電源轉(zhuǎn)換器。關(guān)于DC-DC轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)運(yùn)作原理，請參考電子零件百科全書的相關(guān)章節(jié)。

 

Pulse Width Modulator：脈沖寬度調(diào)整器

 

Voltage reference source：電壓參照來源

 

Output：輸出

 

上圖是切換式電源供應(yīng)器在電路圖上的表現(xiàn)方式，這是一個(gè)簡化示意圖，只標(biāo)示了切換式電源供應(yīng)器的主要組成零件，如果仔細(xì)看，您會(huì)發(fā)現(xiàn)圖中缺少115V電源轉(zhuǎn)換器，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)換器已經(jīng)融入高頻切換的線路當(dāng)中了，這樣一來，會(huì)變得更小、更輕、更便宜。