理想的直流電源可不受負載電流影響，提供恒定的直流電壓輸出。但目前，尚無電子產(chǎn)品或其他類似用途器件能夠達到電子產(chǎn)品教科書（其中的所有設(shè)計都是基于理想組件）中所述的性能水平。那么，真實電源與理論上的理想電源存在哪些不同呢？

在回答這個問題之前，我們先來看看實際可編程直流電源的工作方式。電源的類型眾多，具體功能也不盡相同?？删幊讨绷麟娫丛诟鱾€行業(yè)有著眾多的應(yīng)用方式。我們將探討電源的某些特性，看看這些特性如何賦予電源豐富的功能，進而滿足多樣化的應(yīng)用需求。實際上，看似簡單的產(chǎn)品可能蘊含復(fù)雜的技術(shù)。

01 電源工作方式概述

圖 1. 直流電源常見模塊圖

工作方式

圖 1 顯示了直流電源的基本電路模塊。變壓器將交流線路與電路的其他部分進行電隔離。變壓器還根據(jù)所需要的并且電源預(yù)期擁有的最大直流輸出電壓，調(diào)低或調(diào)高交流線路的電壓。

整流電路模塊將來自變壓器的交流電壓轉(zhuǎn)換為單極交流電壓。接下來，濾波模塊將這個單極交流電壓轉(zhuǎn)換為具有紋波效應(yīng)的瑕疵直流電壓。

調(diào)壓器將輸出電壓調(diào)整到所需水平，并執(zhí)行進一步濾波，使得輸出為恒定的直流電壓。

這些電路模塊包含許多組件，但它們均不是理想組件。電容器和電感器具有寄生電阻、寄生電容（電感器中）和寄生電感（電容器中）。晶體管和二極管具有 I-V 特性，可隨溫度變化而變化。所有組件的參數(shù)值都存在一定容差，且它們都要消耗電源、具有功率限制且會產(chǎn)生噪聲。這些非理想特性讓電源無法成為絕對恒定的直流輸出源。

02 與理想輸出的偏差

直流電源所提供的輸出并不始終是用戶編程的輸出。制造商將基于組件容差，定義某個直流輸出的精度：輸出精度或顯示精度。制造商還可能指定一個溫度系數(shù)，當(dāng)環(huán)境溫度超出電源校準溫度范圍時，可將這個溫度系數(shù)加到輸出容差。導(dǎo)致直流輸出跌至編程值以下的另一個原因是，在使用大電流負載的情況下，電源中各組件的內(nèi)部電阻所承受的電壓更大。制造商將這種效應(yīng)指定為負載調(diào)整率，以全電壓的百分比誤差來表示。為充分確定直流電源的輸出精度，應(yīng)將這個負載調(diào)整率誤差加到輸出精度。

直流電源的直流輸出上也將伴隨噪聲。由于金屬結(jié)構(gòu)物中的電子運動和碰撞，所有電子組件中都存在固有噪聲。這種噪聲被稱為約翰遜噪聲。受交流線路上的條件、環(huán)境電磁干擾 (EMI) 和接地線路上的雜散電流影響，在電源輸出中也會產(chǎn)生噪聲。跟其他電子儀器一樣，如要盡可能降低電源中的噪聲，需要掌握良好設(shè)計技術(shù)的詳細信息。但無論設(shè)計有多好，直流電源的輸出上都將存在噪聲。

03 電源拓撲

電源拓撲有兩種類型。電源設(shè)計可以采用線性拓撲或開關(guān)模式拓撲。它們的設(shè)計區(qū)別在于整流模塊和調(diào)壓模塊。

線性拓撲

在線性設(shè)計中，電路中持續(xù)存在電流。該設(shè)計的優(yōu)點在于噪聲低、復(fù)雜度低，但效率不太高。線性電源的效率低于 50%。

開關(guān)拓撲

另一方面，開關(guān)模式電源的效率可以達到 90%，但它們的復(fù)雜度和輸出噪聲都要高得多。造成噪聲較高的原因是有源組件，即晶體管，它們用作開關(guān)，在 kHz 頻率下接通和關(guān)斷電源。開關(guān)模式電源的優(yōu)點在于，相比同等能力的線性電源，它們更小、更輕。開關(guān)模式電源可以搭配重量更輕、尺寸更小的變壓器。此外，開關(guān)頻率越高，所有感性元件分量可以越小。

雖然這兩種拓撲都適用于數(shù)百瓦以內(nèi)的電源，但開關(guān)模式電源大多用于設(shè)計功率超過 500 W、甚至千瓦級別的電源。對于千瓦級電源，變壓器也將非常大且非常重。

04 直流電源的類型