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AC/DC电源基本知识,为什么需要进行AC/DC转换?  

大家都很清楚在日本,传送到家庭和大楼的电力,主要是AC100V和200V。然而,组装到使用该电力,并且启动运转的电子产品内的电子电路,运转时几乎都是利用5V和3.3V的DC电压。其中虽然有马达机器和白炽灯炮等,直接以AC电压驱动的装置,但最近马达和开关等较为单纯的机器,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皆以DC电压驱动。另外,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,因此若不将AC电压转换成DC电压,将无法启动电子产品」。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,发明了安装白热灯泡的电灯。其实在当时的美国境内,是以供应DC电源为标准,爱迪生为了推广白热灯泡,开始投入推行DC110V送电网的事业。但可惜的是,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之中。这种情况在现在听起来,简直令人不敢相信。面对此一情况,尼古拉•特斯拉(NikolaTesla)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,易于供应电力给以DC电源驱动的机器。

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,再透过电线杆内的变压器,降压至100V和200V。

这边稍微提一下,现阶段住宅内的插座供应AC电源,所以各机器必须自行安装AC/DC转换电路才行。对于此一部分,从省力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住宅构想中,也曾考量从住宅内的插座,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,仍须设置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。

接着,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。不论何者,都是将输入的AC电压和二极体相接,抓到负向波的振幅。半波整流只使用1个二极体,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个二极体组成的桥式二极体,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,利用电容让波形平滑。但即使波形平滑仍会残存涟波(Ripple),其振幅涟波电压会因为电容的容量和负载而出现变化。当电容的容量和负载相同时,全波整流和半波整流相比,反而是全波整流的涟波电压会变小。

重点:  

・从电子电路来看,AC/DC转换是DC电源的根本,因此必须先掌握住基础理论。