2025-03-13AC（交流）和DC（直流）的概念。
什麽(me) 是AC？Alternating Current（交流）的首字母縮寫(xie) 。AC是大小和極性（方向）隨時間呈周期性變化的電流。電流極性在1秒內(nei) 的變化次數被稱為(wei) 頻率，以Hz為(wei) 單位表示。
什麽(me) 是DC？Direct Current（直流）的首字母縮寫(xie) 。DC是極性（方向）不隨時間變化的電流。
* 流動極性（方向）和大小皆不隨時間變化的電流通常被稱為(wei) DC。
* 流動極性不隨時間變化，但大小隨時間變化的電流也是DC，通常被稱為(wei) 紋波電流 (Ripple current)。
一、AC/DC轉換器
什麽(me) 是AC/DC轉換器？
AC/DC轉換器是指將AC（交流電壓）轉換成DC（直流電壓）的元件。
為(wei) 什麽(me) 需要AC/DC轉換器？
那是因為(wei) 家庭住宅和樓房接收到的電壓是110V或220V的AC電壓。然而大家大部分使用的電器是在5V或3.3V的DC電壓下工作的。也就是說，如果不把AC電壓轉換成DC電壓，電器就不能工作。
其中也有電機、燈泡等可以用交流電壓驅動的產(chan) 品，但電機與(yu) 微控製器的控製電路連在一起，燈泡也變成節能LED，因此有必要進行ACDC轉換。
為(wei) 什麽(me) 傳(chuan) 輸的是AC電壓？
可能有人會(hui) 認為(wei) “既然電器使用的是DC，那為(wei) 什麽(me) 不一開始就傳(chuan) 輸DC？”
總所周知，電力來自水力發電站、火力發電站、核電站等。這些發電站位於(yu) 山區或沿海等地區，從(cong) 這些地區傳(chuan) 輸到市區，AC電壓更有優(you) 勢。
簡而言之，通過以高電壓、低電流方式傳(chuan) 輸AC電壓，可以減少傳(chuan) 輸損耗（能量損耗）。然而，在實際家庭中，由於(yu) 不能直接使用高電壓，所以需要通過幾個(ge) 變電站分階段進行變壓（降壓），最後轉換成110V或220V後進入家庭。這些轉換也因AC更簡單，所以傳(chuan) 輸的是AC電壓。
全波整流和半波整流（AC/DC轉換）
將AC（交流電壓）轉換為(wei) DC（直流電壓）的整流方式有全波整流和半波整流。兩(liang) 種情況都利用了二極管的電流正向流通特性來進行整流。
全波整流是通過二極管橋式電路結構將輸入電壓的負電壓成分轉換為(wei) 正電壓後整流成直流電壓（脈衝(chong) 電壓）。而半波整流是使用一個(ge) 二極管來消除輸入負電壓成分後整流為(wei) 直流電壓（脈衝(chong) 電壓）。之後，利用電容器的充電和放電功能來平滑波形，從(cong) 而轉換為(wei) 純淨的直流電壓。
因此可以說，與(yu) 不利用輸入負電壓成分的半波整流相比，全波整流是更具高效率的整流方法。此外，平滑後的紋波電壓根據電容器容量和負載（LOAD）而變化。
全波整流和半波整流在相同的電容器容量和負載條件下，全波整流的紋波電壓更小。紋波電壓越小，穩定性越高、性能越優(you) 。
AC/DC轉換方法
AC/DC轉換有工頻變壓器方式和開關(guan) 電源方式。
* 工頻變壓器方式
這是普通AC/DC轉換器的工頻變壓器方式電路結構。
變壓器方法首先需要通過變壓器將交流電壓降壓到適當的交流電壓（例如，從(cong) AC100V降至AC10V等）。這屬於(yu) AC/AC轉換，降壓值由變壓器繞組匝比比設定。
接下來，通過二極管橋式整流器對經過變壓器降壓的交流電壓進行全波整流，轉換為(wei) 脈衝(chong) 電壓。最後，經電容器平滑並輸出紋波小的直流電壓，這是最傳(chuan) 統的AC/DC轉換方法。
下圖顯示了變壓器方式電壓波形的變化。
* 開關(guan) 電源方式·
這是普通AC/DC轉換器的開關(guan) 電源方式電路結構。
工頻變壓器方式是首先通過變壓器進行AC/AC降壓，而開關(guan) 電源方式是直接用二極管橋式整流器對交流電壓進行整流。由於(yu) 普通家庭的用電電壓為(wei) AC110V或AC220V，所以二極管橋式整流器必須具有可承受高電壓的規格。
接下來，用電容器平滑直流電壓（脈衝(chong) 電壓）。電容器同樣需要耐高壓的電容器。然後，通過開關(guan) 元件的ON/OFF對直流電壓進行斬波（切割），並經過高頻變壓器降壓後傳(chuan) 送到二次側(ce) 。此時，斬波波形變為(wei) 方波。
與(yu) 工頻變壓器（50/60Hz）相比，開關(guan) 電源使用的頻率更高（例如，100kHz）。由於(yu) 高頻工作，所以可以實現變壓器的小型化、輕便化。
下圖顯示了開關(guan) 電源電壓波形的變化。
在二次側(ce) 利用整流二極管對方波進行半波整流，之後用電容器對其進行平滑，並輸出直流電壓。
開關(guan) 電源是利用控製電路控製開關(guan) 元件，獲得穩定的預期的直流輸出（例如，DC12V）的方式。
與(yu) 工頻變壓器相比，開關(guan) 電源由開關(guan) 元件和控製電路組成，電路結構較複雜，但由於(yu) 基於(yu) 高頻控製可以使用小型變壓器，所以有助於(yu) 設備小型化，這是它的一個(ge) 很大的優(you) 點。
什麽(me) 是反饋控製？
開關(guan) 式AC/DC轉換器通過確認實際輸出的DC電壓值，並根據該電壓信息對開關(guan) 元件進行控製，從(cong) 而確保穩定實現規定的DC輸出。這種確認該輸出電壓值以控製開關(guan) 元件的機製叫做反饋控製（FB控製）。
開關(guan) 式AC/DC轉換器通過二極管電橋對AC電壓進行整流，再通過電容器實施平滑處理，將AC電壓轉換為(wei) DC電壓。然後，通過開關(guan) 元件對該DC電壓進行斬波（ON/OFF）後，通過高頻變壓器降壓後傳(chuan) 遞到2次側(ce) ，再利用電容器進行平滑處理，輸出規定的DC電壓（VDC）。
FB控製電路檢測實際輸出的該電壓值是否達到規定的目標電壓值。
實際輸出電壓值低於(yu) 目標電壓值時，則會(hui) 對開關(guan) 元件進行控製，使ON時間變長。這樣，輸出電壓值就會(hui) 上升。反之，高於(yu) 目標電壓值時，則控製ON時間變短。
這樣，反饋控製電路常時對實際輸出電壓值進行確認，並根據該值調整開關(guan) 元件的ON/OFF時間，確保目標輸出電壓值的穩定。
什麽(me) 是輕負載模式？
提高使用較少輸出電流時的效率的技術叫做輕載高效模式。在DC/DC轉換器等中也叫PFM模式。
開關(guan) 式AC/DC及DC/DC轉換器通過ON/OFF轉換進行電壓斬波和電容器平滑處理，以穩定提供目標輸出電壓值。但是，這種轉換在ON/OFF時會(hui) 產(chan) 生瞬間漏電流（貫通電流）。也就是說，單位時間內(nei) 的ON/OFF次數越多，漏電流導致的損失越大，效率越低。
周期恒定（PWM控製）時，即使ON/OFF時間比有變化，其次數在單位時間內(nei) 也是恒定的。因此，自身功耗量也是恒定的，輕負載時這種轉換漏電流造成的損失會(hui) 導致效率降低。故此，在使用電流少的情況下，通過頻率調製（PFM控製）將周期拉長、變慢，從(cong) 而減少單位時間內(nei) 的ON/OFF轉換次數，以減少損失。這種技術就叫做輕載高效模式。
根據狀況區分使用PWM和PFM可進一步提高效率，如高負載（使用電流）時使用周期恒定的PWM控製，輕負載（不使用電流）時使用周期變化的PFM控製。
* PWM（脈寬調製）：頻率恒定，通過開關(guan) ON從(cong) 輸入電壓中調取輸出部分的控製方式。
* PFM（脈衝(chong) 頻率調製）：通過固定ON時間、改變頻率（改變OFF時間）來調取輸出部分的方式。反之，也有固定OFF時間、改變ON時間的方式。
PFM方式根據輸出電流量改變頻率，效率較高，但開關(guan) 時會(hui) 不定期發生噪音。這種頻率無法確定的噪音很難消除，要解決(jue) 噪音，采用頻率恒定的PWM方式更容易操作。
這樣，噪音低的PWM和效率高的PFM可互為(wei) 補充，高頻率驅動的高負載（噪音發生較多）時采用PWM，電流使用較少的低負載時采用PFM，擇優(you) 使用，即可盡可能提高效率。
二、DC/DC轉換器
什麽(me) 是DC/DC轉換器？
DC/DC轉換器是一種將DC（直流）轉換為(wei) DC（直流）的元件，具體(ti) 是指利用DC（直流）轉換電壓的元件。IC等電子元件各自的工作電壓範圍不同，因此需要轉換為(wei) 相應的電壓。
生成電壓低於(yu) 初始電壓的轉換器被稱為(wei) "降壓轉換器"；生成電壓高於(yu) 初始電壓的轉換器被稱為(wei) "升壓轉換器"。
名稱說明
DC/DC轉換器是指將直流轉換為(wei) 直流的裝置的名稱。
它常被稱為(wei) 線性穩壓器或開關(guan) 穩壓器等，以轉換方式的名稱命名。
為(wei) 什麽(me) 需要DC/DC轉換器？
插入插座進行工作的電氣產(chan) 品需要使用將AC（交流）100V轉換為(wei) DC（直流）的"AC/DC轉換器"。這是因為(wei) 大部分半導體(ti) 部件隻能在DC下工作。整機電路板上搭載的IC等具有各自固有的工作電壓範圍，電壓精度要求也不同。通過電壓不穩的電源等供電會(hui) 導致誤動作或特性劣化等異常。因此，需使用"DC/DC轉換器"轉換為(wei) 所需的電壓並實現穩定化。
通過DC/DC轉換器實現電壓穩定的裝置被稱為(wei) 電壓穩壓器。
電源IC種類
電源IC大致分為(wei) 線性穩壓器和開關(guan) 穩壓器兩(liang) 種。
作為(wei) 其各自的輸出形式，線性穩壓器僅(jin) 可降壓輸出比輸入電壓低的電壓。
開關(guan) 穩壓器則具有自由度，輸出形式包括以下4種：
* 降壓輸出比輸入電壓低的電壓
* 升壓輸出比輸入電壓高的電壓
* 升降壓輸出恒定電壓，與(yu) 輸入電壓的高低無關(guan)
* 從(cong) 正電壓反轉輸出負電壓
而且，開關(guan) 穩壓器的整流方式有同步整流和非同步整流（二極管整流）。
線性穩壓器和開關(guan) 穩壓器
通過DC/DC轉換器實現電壓穩定的裝置被稱為(wei) 電壓穩壓器。
按轉換方式，電壓穩壓器分為(wei) 線性穩壓器和開關(guan) 穩壓器2種類型。
1、線性穩壓
因工作時輸入與(yu) 輸出的關(guan) 係呈線型，故被稱為(wei) "線性穩壓器"。
因輸入與(yu) 輸出間串聯有控製元件，有時也被稱為(wei) "串聯穩壓器"。
通過控製元件降壓，因此輸入與(yu) 輸出的電壓差（降壓程度）越大損耗就越大，效率也越低。因此適用於(yu) 小功率的電源。
優(you) 點：電路簡單，外接部件少，噪音小
缺點：效率低，發熱大，僅(jin) 降壓型轉換器
2、開關(guan) 穩壓器
接通開關(guan) 元件（MOSFET），從(cong) 輸入端向輸出端供電，直至輸出電壓達到所需電壓。
輸出電壓達到規定值後，開關(guan) 元件即關(guan) 閉，不再消耗輸入功率。
通過高速重複這一動作，將輸出電壓調節到規定值。
優(you) 點：效率高，發熱小，可實現升壓/降壓/負電壓的轉換
缺點：外置部件多，設計困難，噪音大
線性穩壓器的工作原理
一般的引腳構成
線性穩壓器基本上由VIN （輸入）、VO （輸出）、GND （接地）三個(ge) 引腳構成。
在輸出可變的線性穩壓器上添加了用於(yu) 反饋輸出電壓的FB（反饋引腳）。
簡單來說，電壓固定型是內(nei) 置了電壓可變型的外接電阻的穩壓器。
線性穩壓器的內(nei) 部電路概要如下圖所示。
其工作原理與(yu) 反相放大電路相同，誤差放大器的非反相引腳（FB）電壓與(yu) 基準電壓 (VREF) 相同，因此輸出電壓值（VO）由兩(liang) 個(ge) 電阻（R1和R2）的阻值比決(jue) 定。
VO=[ (R1+R2) / R2 ] x VREF
下圖的輸出晶體(ti) 管為(wei) MOSFET，不過也有使用雙極晶體(ti) 管的產(chan) 品。
線性穩壓器的分類
1、按功能分類
線性穩壓器按功能進行分類時，首先可分為(wei) 正電壓用和負電壓用兩(liang) 種。
根據使用電路不同，也有不需要正電源，而需要負電源的產(chan) 品。
若隻有正側(ce) 電源，則不能處理接地電位以下的電壓，不能將晶體(ti) 管的輸出引腳的電壓分配至負電平。將控製晶體(ti) 管裝入負輸出線，從(cong) 而產(chan) 生負電壓。
其次，還可分為(wei) 電壓固定型和電壓可變型兩(liang) 種。固定型由輸入、輸出、GND三個(ge) 引腳構成，內(nei) 置有輸出電壓設定用電阻。
可變型為(wei) GND基準型時，添加反饋引腳變成四個(ge) 引腳。可變型中也有無GND引腳的浮動工作型，這種情況為(wei) 三個(ge) 引腳。
電壓固定型和電壓可變型之後還可分為(wei) 標準型和LDO兩(liang) 種。
LDO是Low Dropout的縮寫(xie) ，是降低了輸入輸出間電位差的線性穩壓器。標準型的輸入輸出間電位差最低也有約2V，而LDO可控製在1V以下。
什麽(me) 是LDO？
LDO是Low Dropout的縮寫(xie) ，是即使較低的輸入輸出間電位差也可進行工作的線性穩壓器。
有時也稱為(wei) 低損耗型線性穩壓器或低飽和型線性穩壓器。
關(guan) 於(yu) LDO的輸入輸出間電位差並無數值性的定義(yi) ，一般是指穩壓器穩定工作時最低電位差可控製在1V以下的穩壓器。
例如，對於(yu) 需要3.3V電源的IC，由於(yu) 標準型不可製作5V到3.3V電源，因此，需要輸入輸出間電位差較低的LDO。
這樣，LDO在輸出與(yu) 標準型穩壓器相同的電壓時，也可設定較低的輸入電壓。
通過低電位差工作，可使能量損耗較少，可進行抑製散熱等設計。
壓降
在線性穩壓器的內(nei) 部，從(cong) VIN到VO間加入了晶體(ti) 管，使此晶體(ti) 管穩定工作所需的輸入輸出間最低電位差稱為(wei) 壓降。
輸入輸出間電壓差低於(yu) 壓降時，晶體(ti) 管難以維持穩定的工作，輸出電壓會(hui) 降低。
這樣，為(wei) 了使含有LDO的線性穩壓器工作，設定了所需的最低輸入電壓值，此時(VO + 壓降) 即為(wei) 穩壓器的最低工作電壓值。
輸入電壓值 (VIN) 低於(yu) 最低工作電壓時，輸出電壓不能穩定工作。
