AC/DC的基礎(chǔ)

在此將說明AC(交流)電壓轉(zhuǎn)換成DC(直流)電壓的基本方法，變壓器方式和開關(guān)方式。此外，也將進(jìn)行變壓器方式和開關(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。

圖1

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)動的設(shè)備，但最近電機(jī)和開關(guān)等較為單純的設(shè)備，幾乎無可避免地，都會配備電子控制電路，且全部的電子控制電路都以DC電壓驅(qū)動。此外，市場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)動的。也就是說，“從送電網(wǎng)傳送過來的是AC，但因為相當(dāng)于電子產(chǎn)品心臟的電子電路，是以DC驅(qū)動的，因此如果不將AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓，將無法啟動電子產(chǎn)品”。以上是回答。相信大家會覺得“這樣的話，一開始傳送DC電源不就好了?”，但其實傳送AC電源，是有其歷史背景因素和理由的。

各位應(yīng)該知道愛迪生在1881年時，發(fā)明了安裝白熾燈泡的電燈。其實在當(dāng)時的美國境內(nèi)，是以供應(yīng)DC電源為標(biāo)準(zhǔn)，愛迪生為了推廣白熾燈泡，開始投入推行DC 110V送電網(wǎng)的事業(yè)。然而，傳送DC電源時，會造成電壓大幅度下降，因此傳送范圍無法超過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，和愛迪生之間開始了電流戰(zhàn)爭。最后特斯拉方以能夠輕易變壓，且即使電線又細(xì)又長，傳送電力時也不會造成太大損耗的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

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)動設(shè)備。

其實發(fā)電廠送出數(shù)千至2萬V的AC高電壓后，在傳送到一般住戶前，再通過電線桿上的變壓器，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。對于該部分，從節(jié)能化和小型化的觀點來看，不得不說多此一舉，在最近各地測試運轉(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，再來談?wù)摿硪粋€基本知識。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

圖2為屬于整流基本種類的全波整流，以及半波整流的作用。無論哪方，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個二極管，來抓到負(fù)向波的振幅，因此負(fù)向波消失，只剩下一半的波形，故稱半波。全波整流使用了由4個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殘存紋波(Ripple：脈流)，其振幅紋波電壓會因為電容器的容值和負(fù)載而出現(xiàn)變化。當(dāng)電容器的容值和負(fù)載相同時，全波整流和半波整流相比，反而是全波整流的紋波電壓會變小。

審核編輯：湯梓紅