[原创] 【连载之一】电源的七十二种化身

    电源领域种类繁杂，各种电源有不同的特点、不同的适用场景。本文为系列的第一篇，面向硬件工程师 在单片机、嵌入式领域最常用到的场景，是从AC 220V 市电获取能用于电子电路的低压直流电，如5V、12V等。我们一般把这类产品叫做AC-DC电源。（这个叫法并不严格，只是习惯上的简称。） 非隔离电源 非隔离电源的AC-DC电路用于人体不会直接接触的地方，如LED灯内部。相比用变压器隔离过的二次电源，非隔离电源成本更低、设计更简单，但同时在雷电感应时，以及同一电源线有大功率电机等严重干扰时，应用电路更容易出错或者损坏，因此只有照明等很少数场合使用。

 降压线性电源器件7805、LM1117等，在电流较大时，可用，如buck  

 

 

 

 

如前所说，buck、boost、buck-boost三种电路都工作在高频开关状态。现在主流芯片的开关频率在几百KHz到1MHz以上。非隔离的开关电路是转换效率最高的一类，通常在85%-95%左右。

形形色色的DC-DC电路结构有很多，上述三种是应用最广泛的，均有国际大厂的集成芯片支持，网上很容易找到典型应用电路。

 

 

相对于隔离电源，非隔离电源较简单，没有专业大厂做成品，一般都是研发者自己做在应用电路的电路板上。

 

隔离电源

 

  线性电源最常见的应用是微功率电路，例如一两瓦以内的功率消耗。在这个应用场景中，线性电源比开关电源模块方案，重量只增加几倍，体积也只大几倍，都在通常仪器设备可接受的范围内，但批量价格要低很多。

 

在几瓦以上的应用中，需要很大的工频变压器，可能其重量比所有其他东西加起来还要重很多，体积也可能占整体的一大半，加上同样大得不成样子的线性电源的散热器，多数情况下并不实用。（成品线性元件如7805类的无法支持这么大的电流，也是因为需求很少。但是可以用三极管和电压基准来实现）

另一个需要考虑的角度是加工工时。相比模块电源的四脚插针焊接，工频变压器方案需要的焊接安装工作量更大，而且有些部分难以实现自动化，包括变压器螺丝固定、引线压端子、接线或焊线，散热片涂抹硅脂、加绝缘垫片、螺丝固定。

 

 

 

微电子设备中，主要采用开关电源类产品。

开关电源的大体工作流程如下图：AC220V首先经过EMC滤波，然后经过桥式整流，由电解电容滤波，形成高压直流电（约DC310V）。变压器在开关元件的作用下，周期性地导通关断，从而在次级耦合成周期性的电压。该电压经整流滤波后，形成输出电压。输出电压再与电压基准进行比较产生反馈信号，经光耦隔离后，用来控制开关元件的导通情况（通常是占空比）。

 

 

 

 

 

 

板载式的  

5W输出产品其效率也有72%以上。这种情况发生在输出功率最小的产品上，因为电源本身总要有一定损耗，输出功率小，损耗占的比重就高。15W则为85%左右。（亨乾电子主打板载式小体积产品，如果换用更大尺寸的变压器，比如有市售开关电源那样的空间，效率可以做有更进一步的提升）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

简单总结

·开关电源类AC-DC适合绝大多数场合，成本-性能-尺寸重量均衡，技术复杂但同时有专门厂家生产成品，可以加快产品上市速度。

电源模块体积更小，适合小尺寸设备仪器，焊装方便，适合批量生产，但价格稍高。