電源電路設計

說起電路設計，可以單獨拎出來的特別重要的一項就是電源設計了，畢竟，所有的電子設備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。

那本次就來簡單介紹一下電源電路設計，讓普通人也能對電源設計有一個大概的了解。

對于電源，目前市場上主要有兩種類型：線性電源和開關電源。

那么這兩種電源有啥區別呢？

線性電源的工作原理是先將220V或其他交流電壓通過變壓器轉變為低壓電（12V或其他小一點的AC交流電），然后再通過一系列的二極管進行矯正和整流，并且把AC交流電變為脈動電壓。

得到脈動電壓之后，就需要對脈動電壓進行濾波，一般通過電容完成，然后將經過濾波后的低壓交流電轉換成DC直流電。

不過，此時的直流電還不夠純凈，會有一定的波動（一般叫紋波），所以還需要穩壓二極管或者電壓整流電路進行矯正。

最后就可以得到比較穩定的DC直流電輸出了。

這整個過程的進行就是線性電源的原理了。

那開關電源呢？

不同于線性電源要先將高壓交流電轉換為低壓交流電這一過程，開關電源是直接將220V交流輸入端轉換為直流電DC，然后在高頻振蕩電路的作用下，用開關管控制電流的通斷，形成高頻脈沖電流。

最后在電感（高頻變壓器）的幫助下，輸出所需的穩定低壓直流電。

對于電源電路設計來說，一般首先需要掌握的就是開關電源電路，從家用交流電壓220V中獲取電壓，轉換為直流穩定電壓之后，再給電子設備主板供電。并且市場上大部分的電子產品如電腦，電動車都是采用的開關電源。

然后就是一個簡單的開關電源例子了（縮減了交流轉直流的這個過程）。

如下圖所示，這是一個簡單的開關電源，利用開關的不斷閉合與斷開，直流電的電壓就會變化。

比如按照0.5s閉合0.5s斷開的規律，這個12V的電壓就可以變為6V，實現了降壓效果。

那它是什么原理呢？

事實上，當開關剛開始閉合時，12V直流電供電，此時二極管截止，電源開始給電感和電容儲能，同時給負載供電，但是因為電感電流不能突變，所以電感為了阻值電流的增加，會感應一個與電源相反的電壓，這個電感會抵消一部分電源電壓，使得負載端的電壓達不到12V，不過隨著時間的增加，電感抵消效果會減弱，負載端的電壓會慢慢達到12V。

然后當開關斷開時，電感又產生了抵消作用，為了阻止電流突然變化，它會充當電源，給負載供電。所以開關斷開之后，負載依然在短時間內是有電流的。

不過隨著時間推移，電感抵消作用逐漸減弱，變成一根導線，不再供電。

所以，在這個連續的過程中，如果可以控制開關的斷開和閉合時間差，在電流不變為零的情況下，反復開關，就可以得到一段在6V作用但不是特別穩定的DC直流電，有效值差不多接近6V。

所以為了得到穩定的電壓，電容的作用不可忽視。

電容在這個電路中主要起到了儲能和濾波的作用，如果沒有它，波形會變得很尖銳。

最后就是電路中的開關，在實際電路中，一般用晶體三極管來充當開關的角色，它在1秒之內就可以開關上萬次。

不要小看這個簡單的開關電源，它的效率可達90%左右。其中它的主要損耗是電感，電容的等效電阻，二極管的導通壓降，以及晶體三極管的導通電阻。

這就是一個簡單的開關電源設計了，當然實際應用中開關電源的設計為了達到精度更高性能更穩定的等要求，電路也會更加復雜。