直流电源向低压直流稳定电源的转换

直流电源是电子设备重要组成部分，直流电源电路是电子设备基本电路之一，其作用是把市电(220V或380V交流电压)转换成电子电路内部元器件所需的低压直流稳定电源。

对电源电路总的要求是：稳定度高(即负载调整率、输入电压调整率小，且纹波系数小)、效率高、体积小、成本低，具有完善的保护功能(过流保护、过热保护、输出过压保护、输入欠压保护等)，稳定性好、可长时间连续工作。

根据电源电路工作原理，可以将电源电路分为线性稳压和开关稳压两大类。大致由电源变压器(也称为工频变压器，开关稳压电路一般不需要工频变压器)、整流、滤波、稳压电路等部分组成，如图1所示。

工频变压器在线性稳压电源电路中，起变压(将220V交流电压变为几伏、十几伏、几十伏的交流低压)和隔离双重作用，使变压器次级后的电路与电网实现电气上隔离，成为不带电的“冷板”。由于市电频率低(50Hz或60Hz)，工频变压器初级绕组多，绕线寄生电阻大，铜损偏高;另一方面，硅钢片构成的磁芯材料电阻率低，涡流损耗也较大，即工频变压器效率不高。此外，还存在体积大、重量重、成本高的缺点。工频变压器体积、重量严重制约了线性稳压电源的小型和微型化。

整流电路一般由二极管组成，利用二极管的单向导电性将交流电压变为单向脉动直流电压，图1给出了常用半波整流、全波整流(包括桥式整流)电路的输出波形。

为使稳压电路输入电压的脉动性尽可能小，借助电容或电容-电感构成的无源低通滤波器对整流输出电压进行低通滤波。从图1中可以看出滤波后，输出电压脉动性已大大下降，某些对电源稳定性要求不高的电路(如音响的功放级)，可直接使用滤波后的电压作电源电压。

滤波后的直流电压脉动性尽管已较低，但还不能作为对电源稳定性较敏感的电路，如AD转换电路、微弱信号放大电路、TTL逻辑电路等的工作电源，还必须经过稳压电路稳压后才能获得不受电网电压波动、负载变动、温度变动等因素影响的高稳定性的直流电源。

整流电路

所谓“整流”电路就是利用二极管的单向导电性，将交流电变为单向脉动直流电。常用的整流电路有半波整流、全波整流和桥式整流等形式，电路结构及波形如图2所示。

 工作原理与输出电压波形

半波整流电路最简单，只用一只二极管。在2u的正半周二极管D导通，如果忽略二极管D上的压降，在纯电阻负载LR上电压ou的波形与2u相同;而在2u负半周，二极管D反偏，处于截止状态，如果忽略二极管反向漏电流，没有电流流过负载电阻LR，输出电压ou为零。半波整流电路输出波形如图1所示，可见半波整流输出电压脉动很大。变压器次级线圈只在半个周期工作，利用率低，只用于输出功率较小电源电路中(在工频电路中，用普通整流二极管;在低压开关电源电路中一般采用导通电阻较低的肖特基二极管)。

在全波整流电路中，由次级带有中心抽头的变压器和两只二极管组成。在2u正半周，二极管D1导通、D2截止，如果忽略二极管D1上的压降，纯电阻负载LR上获得的输出电压ou极性上正下负，波形与2u相同，电流方向如图(b)中的实线所示;而在2u的负半周，二极管D2导通、D1截止，如果忽略二极管D2上的压降，纯电阻负载LR上获得的输出电压ou极性也是上正下负，波形与2u也相同，电流方向如图2中的虚线所示。

全波整流电路输出波形如图2所示，可见全波整流输出电压脉动比半波整流小。尽管全波整流在2u正、负半周均能向负载提供电流，但变压器两个次级线圈总是处于交替工作状态，利用率并不高(与半波整流相同)。

由于脉动电流仅流过一只二极管，损耗小，在低压、大电流整流电路中得到了广泛应用，如开关电源的高频低压、大电流整流电路。为进一步减小整流二极管功耗，在低压、大电流整流电路中用导通电压较小的肖特基二极管作整流二极管;当肖特基二极管压降也嫌大时，可采用同步整流方式，在同步整流电路中使用导通内阻为mΩ级的MOS管作整流管。

桥式整流电路由四只二极管组成，在2u的正半周，D2、D4截止，D1、D3导通，输出电压ou的极性上正下负，当忽略二极管D1、D3上的压降时，ou波形与2u相同，电流方向如图(c)中的实线所示;而在2u的负半周，D1、D3截止，D2、D4导通，输出电压ou的极性也是上正下负，当忽略二极管D2、D4上的压降时，ou波形也与2u相同，电流方向如图(c)中的虚线所示。桥式整流电路输出电压ou的波形与全波整流相同;在2u的正、负半周，变压器次级均处于工作状态，利用率高，即相同输出功率的整流电路，桥式整流电路所需工频变压器体积最小，因此在电源电路中得到了广泛应用(对工频电压进行整流时，可用普通的整流二极管;对高频信号整流时，可用工作频率高的快恢复二极管)。

但由于单向脉动电流要流过两只二极管，二极管损耗比全波整流电路大，因此不适用于输出电压仅为几伏的低压大电流整流电路。

图3 输入/输出波形