為什么AC/DC線(xiàn)性電源的體積大？

電源按照轉(zhuǎn)換原理分類(lèi)，可分為線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源。線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)如下：

1、線(xiàn)性電源的調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，因而發(fā)熱量大，效率低（與壓降多少有關(guān)），需要加體積龐大的散熱片。實(shí)現(xiàn)交流/直流轉(zhuǎn)換時(shí)，還需要同樣也是大體積的工頻變壓器，當(dāng)要制作多組電壓輸出時(shí)變壓器會(huì)更龐大。

2、開(kāi)關(guān)電源通過(guò)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)，降壓、升壓、升降壓。而線(xiàn)性電源只能實(shí)現(xiàn)降壓。

我們?cè)缙诖蠹s上世紀(jì)90年代，用的一些小功率的家用電器，都是用外置電源適配器來(lái)供電的，但是那時(shí)候的電源適配器“傻大黑粗”。拿在手上沉甸甸的，供電的時(shí)候非常發(fā)燙。

在家偷玩小霸王游戲機(jī)的同學(xué)，家長(zhǎng)回家時(shí)會(huì)不會(huì)摸摸電源適配器的溫度？

AC/DC開(kāi)關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和和截止?fàn)顟B(tài)，因而發(fā)熱量小，效率高。AC/DC開(kāi)關(guān)電源省掉了大體積的工頻變壓器。但開(kāi)關(guān)電源輸出的直流上面會(huì)疊加較大的紋波，在輸出端并接穩(wěn)壓二極管有可能可以改善，另外由于開(kāi)關(guān)管工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾，也需要在電路中串連磁珠加以改善。相對(duì)而言線(xiàn)性電源的紋波可以做得很小。

工頻變壓器尺寸比較大

AC/DC電源分為線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源。早期很多電源適配器都比較重，用的是工頻變壓器。

工頻變壓器也稱(chēng)作低頻變壓器，以示與開(kāi)關(guān)電源用高頻變壓器有區(qū)別，工頻變壓器在過(guò)去傳統(tǒng)的電源中大量使用，而這些電源的穩(wěn)定方式又是采用線(xiàn)性調(diào)節(jié)的，所以那些傳統(tǒng)的電源又被稱(chēng)為線(xiàn)性電源。工頻一般指市電的頻率,在我國(guó)是50Hz,其他國(guó)家也有60Hz的。

AC/DC線(xiàn)性電源實(shí)現(xiàn)交流轉(zhuǎn)換成直流，是先用變壓器把交流電壓進(jìn)行降壓，這種直接在市電的頻率進(jìn)行降壓的變壓器，我們稱(chēng)為工頻變壓器。工頻變壓器也稱(chēng)作低頻變壓器，以示與開(kāi)關(guān)電源用高頻變壓器有區(qū)別，工頻變壓器在過(guò)去傳統(tǒng)的電源中大量使用，工頻一般指市電的頻率,在我國(guó)是50Hz,其他國(guó)家也有60Hz的。而可以改變這個(gè)頻率交流電的電壓的變壓器,就是叫工頻變壓器了。工頻變壓器相對(duì)于高頻變壓器，一般體積比較大。所以有工頻變壓器實(shí)現(xiàn)的交流/直流的線(xiàn)性電源體積也就比較大。

上圖為典型的線(xiàn)性電源電路圖，實(shí)現(xiàn)交流/直流的轉(zhuǎn)換，市電220V經(jīng)過(guò)變壓器、鎮(zhèn)流器、電容濾波，由線(xiàn)性穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)需要的輸出電壓。

步，線(xiàn)性電源是先經(jīng)過(guò)變壓器，利用工頻的頻率，直接利用變壓器的匝數(shù)比，實(shí)現(xiàn)變壓。工頻變壓器輸出一個(gè)工頻的低壓交流電。

第二步，在通過(guò)整流橋整流成一個(gè)略高于所需要輸出電源的電壓，經(jīng)過(guò)電容濾波之后形成一個(gè)接近直流的電源。

第三步，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路

線(xiàn)性電源用工頻變壓器、開(kāi)關(guān)電源用高頻變壓器

上世紀(jì)60年代開(kāi)始，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了高反壓的晶體管，從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸入，不再需要工頻變壓器降壓了，從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無(wú)工頻降壓變壓器的開(kāi)關(guān)電源。省掉了工頻變壓器，又使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。下圖是一個(gè)典型的單端輸出反激式開(kāi)關(guān)電源的功率部分原理圖。

典型的單端輸出反激式開(kāi)關(guān)電源的功率部分原理圖

交流/直流開(kāi)關(guān)電源是需要先對(duì)交流電源進(jìn)行整流濾波形成一個(gè)近似的直流高壓，然后再通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管，產(chǎn)生高頻的脈沖，通過(guò)變壓器進(jìn)行變壓。交流/直流開(kāi)關(guān)電源效率更高，體積更小。體積小的一個(gè)重要原因是高頻變壓器比工頻變壓器體積小很多。

工頻變壓器和高頻變壓器的區(qū)別

1、磁性材料的差別:

工頻變壓器采用硅鋼片作為磁芯材料的;高頻變壓器是采用鐵氧體磁芯材料。

2、工作頻率的差別：

工頻變壓器的工作頻率一般是指50Hz或者60Hz的電源頻率;高頻變壓器的工作頻率一般都在1KHz以上，甚至幾十KHz或者上百KHz，應(yīng)用范圍不同頻率也不一樣。

3、應(yīng)用方面：

工頻變壓器一般多用于將220V或者110V工頻高壓變換成工頻低壓，供小家電的電路板供電使用（如豆?jié){機(jī)、抽油煙機(jī)、音響等等，應(yīng)用范圍比較廣泛;高頻變壓器用途就廣泛了（如;手機(jī)充電器，電子鎮(zhèn)流器，開(kāi)關(guān)電源，彩電電源，電腦電源，液晶驅(qū)動(dòng)及電源等等許多場(chǎng)合都有使用）。

為什么頻率越高，變壓器體積越??？

重要的是根據(jù)麥克斯韋方程，變壓器線(xiàn)圈內(nèi)的感生電動(dòng)勢(shì)E為

也就是磁通密度B隨時(shí)間的變化率在N個(gè)面積為Ac的線(xiàn)匝的積分。

對(duì)于變壓器，變壓器原邊的感生電動(dòng)勢(shì)E與輸入側(cè)加的電壓U可以認(rèn)為是線(xiàn)性關(guān)系。變壓器輸入側(cè)的U幅值不變的前提下可以認(rèn)為E幅值也不變。

此外，每種磁芯的磁通密度B會(huì)有一個(gè)上限，高頻用的鐵氧體大約在零點(diǎn)幾特斯拉，工頻用的鐵芯大約在略大于一的水平，差距不是很大。

因此，當(dāng)頻率提高后，在磁通密度B峰值變化不大的前提下，每個(gè)周期內(nèi)的磁通密度變化率dB/dt是大幅增加的，因此可以用更小的Ac或N實(shí)現(xiàn)相同的感生電動(dòng)勢(shì)E。Ac減小，意味著磁芯截面面積減??；N減小，意味著可以縮小磁芯空窗的面積，兩者都可以幫助實(shí)現(xiàn)更小的磁芯體積。高頻變壓器的橫截面積更小，線(xiàn)圈的匝數(shù)變少，這樣體積也就更小了。

開(kāi)關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和和截止的狀態(tài)，因而發(fā)熱量小，效率高。交流/直流電源省掉了大體積的變壓器。但開(kāi)關(guān)電源輸出的直流上面會(huì)疊加較大的紋波，另外由于開(kāi)關(guān)管工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾，也需要在電路中串連磁珠加以改善。相對(duì)而言線(xiàn)性電源就沒(méi)有以上缺陷，它的紋波可以做的很小。