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AC/DC的基礎(chǔ)

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2022-03-10 11:43:25 4

在此將說(shuō)明AC（交流）電壓轉(zhuǎn)換成DC（直流）電壓的基本方法，變壓器方式和開(kāi)關(guān)方式。此外，也將進(jìn)行變壓器方式和開(kāi)關(guān)方式的比較探討總述。

首先，“為何必須AC/DC轉(zhuǎn)換？”讓我們先回到原點(diǎn)。

眾所周知，日本的家庭或大樓的主要供電是AC的100V或200V。然而，大多數(shù)電器通過(guò)其中的電子電路操作，幾乎都是利用5V和3.3V的DC電壓工作。其中雖然有電機(jī)設(shè)備和白熾燈炮等，直接以AC電壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，但最近電機(jī)和開(kāi)關(guān)等較為單純的設(shè)備，幾乎無(wú)可避免地，都會(huì)配備電子控制電路，且全部的電子控制電路都以DC電壓驅(qū)動(dòng)。此外，市場(chǎng)也逐漸將白熾燈炮換成LED，只是如同大家所知般，LED基本上仍是以DC驅(qū)動(dòng)的。也就是說(shuō)，“從送電網(wǎng)傳送過(guò)來(lái)的是AC，但因?yàn)橄喈?dāng)于電子產(chǎn)品心臟的電子電路，是以DC驅(qū)動(dòng)的，因此如果不將AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓，將無(wú)法啟動(dòng)電子產(chǎn)品”。以上是回答。相信大家會(huì)覺(jué)得“這樣的話，一開(kāi)始傳送DC電源不就好了？”，但其實(shí)傳送AC電源，是有其歷史背景因素和理由的。

各位應(yīng)該知道愛(ài)迪生在1881年時(shí)，發(fā)明了安裝白熾燈泡的電燈。其實(shí)在當(dāng)時(shí)的美國(guó)境內(nèi)，是以供應(yīng)DC電源為標(biāo)準(zhǔn)，愛(ài)迪生為了推廣白熾燈泡，開(kāi)始投入推行DC 110V送電網(wǎng)的事業(yè)。然而，傳送DC電源時(shí)，會(huì)造成電壓大幅度下降，因此傳送范圍無(wú)法超過(guò)1.5km，導(dǎo)致發(fā)電廠必須建造在街道的中。這話現(xiàn)在難以置信。尼古拉?特斯拉考察AC的發(fā)電、送電、使用方法，和愛(ài)迪生之間開(kāi)始了電流戰(zhàn)爭(zhēng)。最后特斯拉方以能夠輕易變壓，且即使電線又細(xì)又長(zhǎng)，傳送電力時(shí)也不會(huì)造成太大損耗的AC系統(tǒng)獲得勝利，而該結(jié)果也一直延續(xù)到現(xiàn)在。

AC的優(yōu)點(diǎn)：

AC電源只要使用變壓器，就能輕松轉(zhuǎn)換電壓（升壓、降壓）。
傳送電力時(shí)能保持高電壓/低電流，減輕電壓下降的現(xiàn)象（I2R損耗）。
能輕易將AC電源轉(zhuǎn)換成DC電源，易于供應(yīng)電力DC驅(qū)動(dòng)設(shè)備。

其實(shí)發(fā)電廠送出數(shù)千至2萬(wàn)V的AC高電壓后，在傳送到一般住戶(hù)前，再通過(guò)電線桿上的變壓器，降壓至100V和200V。

這是題外話，現(xiàn)階段住宅內(nèi)的插座供應(yīng)AC電源，所以各設(shè)備必須自行安裝AC/DC轉(zhuǎn)換電路才行。對(duì)于該部分，從節(jié)能化和小型化的觀點(diǎn)來(lái)看，不得不說(shuō)多此一舉，在最近各地測(cè)試運(yùn)轉(zhuǎn)和研究的智慧家居構(gòu)想中，也曾考慮從住宅內(nèi)的插座，直接供應(yīng)DC電源的系統(tǒng)。雖然如此，但不代表電力送電網(wǎng)的設(shè)施能急速轉(zhuǎn)變成DC，或者不必AC/DC轉(zhuǎn)換。在該系統(tǒng)內(nèi)，供應(yīng)DC電源的家庭供電裝置，仍須設(shè)定高功率和效率的大功率AC/DC轉(zhuǎn)換器，以及在附近安裝中功率的AC/DC轉(zhuǎn)換器。

那么，再來(lái)談?wù)摿硪粋€(gè)基本知識(shí)。在前述內(nèi)容中提到“能輕易從AC轉(zhuǎn)變成DC”，但這屬于“整流”作用，為AC/DC轉(zhuǎn)換的根本，因此必須先了解其架構(gòu)。

圖2為屬于整流基本種類(lèi)的全波整流，以及半波整流的作用。無(wú)論哪方，都是將輸入的AC電壓和二極管相接，抓到負(fù)向波的振幅。半波整流只使用1個(gè)二極管，來(lái)抓到負(fù)向波的振幅，因此負(fù)向波消失，只剩下一半的波形，故稱(chēng)半波。全波整流使用了由4個(gè)二極管組成的橋式二極管，能旋轉(zhuǎn)負(fù)向波，讓它出現(xiàn)在正向波區(qū)域內(nèi)，而能顯示全波形的就是DC。

DC化之后，利用電容器讓波形平滑。但即使波形平滑仍會(huì)殘存紋波（Ripple：脈流），其振幅紋波電壓會(huì)因?yàn)殡娙萜鞯娜葜岛拓?fù)載而出現(xiàn)變化。當(dāng)電容器的容值和負(fù)載相同時(shí)，全波整流和半波整流相比，反而是全波整流的紋波電壓會(huì)變小。

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