電源是整個(gè)電路構(gòu)成的核心部分之一，一個(gè)電路必須有完善的電源系統(tǒng)支撐才能發(fā)揮作用。 特別是在復(fù)雜的項(xiàng)目中，往往同時(shí)涉及多個(gè)電源系統(tǒng)，各電源系統(tǒng)之間涉及啟動(dòng)順序、耦合、電源干擾、完整性設(shè)計(jì)等；單個(gè)電源系統(tǒng)內(nèi)部也涉及直流交流轉(zhuǎn)換、電壓轉(zhuǎn)換、信號線與地線耦合等。

如上圖所示，電源可以基于電壓轉(zhuǎn)換的輸入輸出分為三個(gè)大類： AC-DC（整流） 、 DC-DC 、 DC-AC（逆變） 。其中DC-DC在小信號電路中使用較多，另外兩個(gè)在電子電力系統(tǒng)中使用較多。AC-DC最常見的應(yīng)用就是在我們需要給電路板引入市電時(shí)，這時(shí)候往往需要使用AC-DC來實(shí)現(xiàn)220V到所需直流電壓的轉(zhuǎn)化。DC-AC在光伏行業(yè)、電動(dòng)機(jī)行業(yè)使用較多。

DC-DC的應(yīng)用則更加廣泛和常見，接下來將對DC-DC進(jìn)行進(jìn)一步地說明。

1、LDO與開關(guān)電源

如圖所示，DC-DC可以分為 LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器） 和開關(guān)電源兩種。其中，前者是利用比較器比較參考電壓與實(shí)際輸出電壓的差值，進(jìn)而調(diào)控輸入電壓的大小，負(fù)反饋地實(shí)現(xiàn)實(shí)際輸出電壓與參考電壓相同。

LDO原理示意圖

后者則利用二極管、電容、電感等基礎(chǔ)元件組成的拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)輸入能量的存儲(chǔ)與泄放，進(jìn)而使得輸出電壓增加或者降低。

BUCK電路拓?fù)?/strong>

LDO與開關(guān)電源相比的優(yōu)缺點(diǎn)：

1、效率

開關(guān)電源的效率高于LDO電源 ，因?yàn)殚_關(guān)電源的開關(guān)元件將輸入電壓轉(zhuǎn)換成高頻脈沖，通過濾波和調(diào)整后得到輸出電壓，可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)換效率。而LDO電源的效率相對較低，因?yàn)?a target="_blank">晶體管調(diào)整輸出電壓時(shí)需要通過一個(gè)反饋回路進(jìn)行控制，這個(gè)回路會(huì)有一定的功耗。

2、成本

開關(guān)電源的成本相對較高 ，因?yàn)?a href="http://m.1cnz.cn/soft/data/4-15/" target="_blank">開關(guān)電路需要比較復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)和較高的元器件成本。而LDO電源的成本相對較低，因?yàn)殡娐繁容^簡單，元器件成本也相對較低。

3、穩(wěn)定性

LDO電源的穩(wěn)定性相對較高 ，因?yàn)榫w管控制輸出電壓時(shí)可以通過反饋回路進(jìn)行精確控制。而開關(guān)電源的穩(wěn)定性相對較差，因?yàn)殚_關(guān)電路中存在開關(guān)元件的導(dǎo)通和截止，會(huì)對輸出電壓產(chǎn)生一定的波動(dòng)和擾動(dòng)。

4、適用環(huán)境

LDO只能用來降壓、開關(guān)電源既可以用來升壓也可以用來降壓 （BUCK-BOOST拓?fù)洌?/p>

2、隔離型與非隔離型

隔離型與非隔離型最大的差異在于轉(zhuǎn)換前后是否進(jìn)行了電路隔離。 對于隔離，我們可以理解為：輸入端與輸出端是否未經(jīng)電壓器，直接進(jìn)行了電路連接；也有說法是通過判斷輸入端與輸出端是否共地連接來判斷是否隔離。

典型的隔離型電源——反激電源

如上圖所示，由于輸入端與兩個(gè)輸出端通過變壓器進(jìn)行分割，故被稱為隔離型電源電路。（輸入輸出經(jīng)過電壓器進(jìn)行連接/輸入端與輸出端未共地連接）

隔離型與非隔離型相比的優(yōu)缺點(diǎn)：

1、效率

非隔離型的效率高于隔離型 ，這主要是因?yàn)楦綦x型電源的輸入、輸出端依靠變壓器進(jìn)行連接，變壓器必然帶來一定的電路損耗，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率下降。

2、安全性與抗干擾性

隔離型的安全性與抗干擾性更高 ，這是由于隔離型電源可以將輸入端、輸出端進(jìn)行隔離，在電路上兩者是隔開的。對于隔離型電源來說，當(dāng)一端的電路出現(xiàn)異常后，另一端所受的影響較小。

3、成本

隔離型的成本高于非隔離型 ，隔離型電源的需要額外的變壓器，這直接提升了成本。此外，隔離型電源的體積也相對較大。

4、適用環(huán)境

隔離型可以單路輸入多路輸出，非隔離型只能單路輸出。

3、正激與反激

正激與反激的區(qū)別主要在于變壓器輸入端與輸出端的極性匹配。如果變壓器輸入端與輸出端同極性，則為正激電源，反之為反激電源。

正激電源（圖源水印）

對于正激電源來說，輸入端和輸出端是同時(shí)開啟同時(shí)關(guān)閉的。 當(dāng)開關(guān)MOS打開時(shí)，輸入端能量直接傳導(dǎo)給輸出端，整個(gè)電路構(gòu)成一個(gè) BUCK電路 。正激電源需要一個(gè)額外的初級線圈來防止反電動(dòng)勢把開關(guān)管擊穿（也稱磁復(fù)位電路或去磁電路）。

反激電源（圖源水印）

對于反激電源來說輸入端和輸出端的開關(guān)狀態(tài)恰好相反。 這是由于變壓器兩端為異名端，所以當(dāng)主線圈導(dǎo)通時(shí)，副線圈端由于二極管D4的反向關(guān)閉而不導(dǎo)通。整個(gè)電路可以被類比為一個(gè)BUCK-BOOST****電路 。

4、電感方式與電容方式

電感方式與電容方式最大的區(qū)別在于電源電路中是否有電感元器件 ，若有則為電感方式，若無則為電容方式。

電容方式又稱為電荷泵，是一種特殊的不需要電感儲(chǔ)能便實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換的DC-DC電路。

電荷泵倍壓電路示意圖

電荷泵倍壓電路的原理 ：

第一階段，開關(guān)S1和S2閉合，電源給儲(chǔ)能電容C1充電至V IN ；第二階段，開關(guān)S3和S4閉合，由于電容兩端電壓不能突變，儲(chǔ)能電容C1充電至2V IN ，所以C0兩端的輸出電壓為2V IN ，達(dá)到了倍壓的目的。