AC/DC的基础

2022-03-10 14

在此将说明AC（交流）电压转换成DC（直流）电压的基本方法，变压器方式和开关方式。此外，也将进行变压器方式和开关方式的比较探讨总述。

首先，“为何必须AC/DC转换？”让我们先回到原点。

众所周知，日本的家庭或大楼的主要供电是AC的100V或200V。然而，大多数电器通过其中的电子电路操作，几乎都是利用5V和3.3V的DC电压工作。其中虽然有电机设备和白炽灯炮等，直接以AC电压驱动的设备，但最近电机和开关等较为单纯的设备，几乎无可避免地，都会配备电子控制电路，且全部的电子控制电路都以DC电压驱动。此外，市场也逐渐将白炽灯炮换成LED，只是如同大家所知般，LED基本上仍是以DC驱动的。也就是说，“从送电网传送过来的是AC，但因为相当于电子产品心脏的电子电路，是以DC驱动的，因此如果不将AC电压转换成DC电压，将无法启动电子产品”。以上是回答。相信大家会觉得“这样的话，一开始传送DC电源不就好了？”，但其实传送AC电源，是有其历史背景因素和理由的。

各位应该知道爱迪生在1881年时，发明了安装白炽灯泡的电灯。其实在当时的美国境内，是以供应DC电源为标准，爱迪生为了推广白炽灯泡，开始投入推行DC 110V送电网的事业。然而，传送DC电源时，会造成电压大幅度下降，因此传送范围无法超过1.5km，导致发电厂必须建造在街道的中。这话现在难以置信。尼古拉?特斯拉考察AC的发电、送电、使用方法，和爱迪生之间开始了电流战争。最后特斯拉方以能够轻易变压，且即使电线又细又长，传送电力时也不会造成太大损耗的AC系统获得胜利，而该结果也一直延续到现在。

AC的优点：

AC电源只要使用变压器，就能轻松转换电压（升压、降压）。
传送电力时能保持高电压/低电流，减轻电压下降的现象（I2R损耗）。
能轻易将AC电源转换成DC电源，易于供应电力DC驱动设备。

其实发电厂送出数千至2万V的AC高电压后，在传送到一般住户前，再通过电线杆上的变压器，降压至100V和200V。

这是题外话，现阶段住宅内的插座供应AC电源，所以各设备必须自行安装AC/DC转换电路才行。对于该部分，从节能化和小型化的观点来看，不得不说多此一举，在最近各地测试运转和研究的智慧家居构想中，也曾考虑从住宅内的插座，直接供应DC电源的系统。虽然如此，但不代表电力送电网的设施能急速转变成DC，或者不必AC/DC转换。在该系统内，供应DC电源的家庭供电装置，仍须设定高功率和效率的大功率AC/DC转换器，以及在附近安装中功率的AC/DC转换器。

那么，再来谈论另一个基本知识。在前述内容中提到“能轻易从AC转变成DC”，但这属于“整流”作用，为AC/DC转换的根本，因此必须先了解其架构。

图2为属于整流基本种类的全波整流，以及半波整流的作用。无论哪方，都是将输入的AC电压和二极管相接，抓到负向波的振幅。半波整流只使用1个二极管，来抓到负向波的振幅，因此负向波消失，只剩下一半的波形，故称半波。全波整流使用了由4个二极管组成的桥式二极管，能旋转负向波，让它出现在正向波区域内，而能显示全波形的就是DC。

DC化之后，利用电容器让波形平滑。但即使波形平滑仍会残存纹波（Ripple：脉流），其振幅纹波电压会因为电容器的容值和负载而出现变化。当电容器的容值和负载相同时，全波整流和半波整流相比，反而是全波整流的纹波电压会变小。

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