電源電路
電源電路是指將電源的電能轉換成滿足各種用電設備工作要求的電信號，以保證用電設備正常工作的電路。通常由電源變壓器、整流電路、穩壓電路、濾波電路、保護電路等模塊組成。
供電電路可以追溯到19世紀初，科學家開始使用化學電池作為電源。20世紀初，由于發電機和變壓器技術的發展，交流電成為主要的供電形式。20世紀50年代，穩壓器和集成電路的發展加速了電源電路的革新。
電源電路有很多種類型，包括工頻電源電路、開關電源電路、穩壓電源電路、恒流電源電路、電源電路等。它不僅能為用電設備提供穩定的供電條件，還能為用電設備提供適宜的工作環境，提高其可靠性、穩定性和耐久性。
電源電路的基本工作原理根據電路類型略有不同，但基本都是基于歐姆定律、基爾霍夫定律等原理設計的。一般將輸入的交流電通過變壓器轉換成適合設備需要的低壓或高壓交流電。必要時將交流電源通過整流器轉換成DC電源，最后通過電容和電感降低DC電源中的紋波，從而獲得穩定的交流/DC電源。
操作原理
工作原理
電源電路的工作原理基本上是將輸入的交流電轉換成穩定的直流電或交流電，供其他電路或設備使用。電源電路工作時遵循的基本電氣定律包括:
1.歐姆定律:描述電流、電壓和電阻的關系，即I = u/r。
2.基爾霍夫定律:描述電流分布之間的關系，包括基爾霍夫第一定律和第二定律。
3.麥克斯韋-安培定律:描述了電流與電磁場的關系，即電流回路中的總磁通量等于回路中電流的代數和乘以真空中的磁導率。
4.瓦特定律:描述電功率的計算公式，即P=UI，表示電壓和電流的乘積。
通常，電源電路包括以下三個主要部分:
變壓：供電電路通常需要將來自電網的高壓電能轉換成用電設備所需的低壓電能。通常使用變壓器、降壓模塊等器件將電壓改變到合適的值，然后調節和穩定電壓。變壓器變比的計算方法主要有兩種，一種是利用變壓器變比，另一種是利用繞組匝數。
轉化率計算方法：變壓器的變比是指變壓器次級繞組輸出的電壓與主繞組輸入的電壓之比，可以用來計算輸入輸出電壓的關系。計算公式為:V2 = V1 * N2 / N1
其中，V1和V2分別是輸入和輸出電壓值，N1和N2分別是初級繞組和次級繞組的匝數。在輸入電壓和輸出電壓確定后，通過計算主線圈和輔助線圈的匝數比，可以得到合適的變壓器變比，從而選擇合適的變壓器型號。
繞組匝數計算方法：另一種計算變壓器電壓的方法是使用繞組匝數比。根據變壓器的互感方程:V1 / V2 = N1 / N2
其中，V1和V2分別是輸入和輸出電壓值，N1和N2分別是初級繞組和次級繞組的匝數。在輸入和輸出電壓值已知后，可以通過主線圈和輔助線圈的匝數比來計算輸出電壓。
電壓穩定和濾波：為了保證輸出電壓的穩定性和紋波的可控性，電源電路通常采用由穩壓器、電容、電感等元件組成的一系列濾波器。這些元件可以將輸出端的電壓波動降低到可控的可接受范圍。例如，基于TL431的最常用開關電源的輸出電壓可通過下式計算:Vout = Vref * (R1 + R2) / R2其中Vref是TL431的參考電壓，R1和R2是連接在TL431芯片兩端的電阻，R2通常很小。
保護控制
電源電路中可能存在電流和電壓過載。為了保護電氣設備不受損壞，通常使用保險絲和過載保護器等保護電路。同樣，供電電路也需要借助電動調節電路實現對輸出端電壓和電流的精確控制，以保證供電的質量和穩定性。
主要分類
電源電路按其類型主要可分為工頻電源電路、開關電源電路、穩壓電源電路、恒流電源電路、逆變電源電路、DC-DC電源電路、LDO(線性)電源電路、保護電源電路等。
工頻電源電路：工頻電源電路的核心部件是工頻變壓器，變壓器的線圈包括兩個繞組:一次繞組和二次繞組。初級繞組通常包括用于接收輸入電壓的多個線圈。次級繞組包含相應數量的繞組，并連接到設備所需的輸出電壓。當輸入電源的電流通過初級繞組時，會產生交變磁場，交變磁場穿過鐵芯，激勵次級繞組引出輸出電壓。因此，變壓器可以將輸入電壓轉換成適合設備的輸出電壓，變壓比由初級繞組和次級繞組的匝數比決定。如果原邊繞組的匝數是副邊繞組的兩倍，那么輸出電壓將是輸入電壓的一半，這就是經典的1:2變壓器供電電路。通過整流和濾波電路，可以獲得所需的電壓。
開關電源電路：開關電源電路是日常生活中最常用的電路，通常由整流電路、高頻變壓器、穩壓電路和保護電路組成。變壓器將交流電壓升高或降低，通過整流電路將交流電壓轉換成DC電壓，再通過穩壓電路穩定輸出電壓，使其滿足DC設備的要求。
穩定電源電路：穩壓電源電路一般包括穩壓管、限流電阻和濾波電容。當調壓器的正負極之間的電壓達到擊穿電壓時，調壓器將進入反向截止狀態，不再繼續升壓。調壓器起保護電源和負載的作用，通常選用鍺調壓器和硅調壓器。限流電阻的作用是控制電流，保護穩壓管。濾波電容的作用是濾除續流電路中的交流分量，使輸出電壓穩定。一些高性能穩壓電源還會增加穩壓器、保險絲等元件，進一步增強穩定性和安全性。
恒流電源電路：恒流電源電路又稱恒流源，分為電阻型和反饋型。阻性恒流電路是一種通過電阻實現恒流輸出的電路，也稱為“串聯電阻恒流源”。具體實現方法是將負載和電阻串聯，然后將電壓源接入整個電路，通過調節器提供恒定的電壓。當電路中的負載發生變化時，會改變電路中的總電阻，從而影響電路中的電流。如果你想保持恒定的電流輸出，你需要調整電壓來重新平衡電路中的總電阻。反饋恒流電路是一種通過反饋控制實現恒流輸出的電路，也稱為“反饋電流源”。
實現方法是以運算放大器為反饋控制的核心元件，串聯負載和電流傳感器，將它們的信號輸入運算放大器的比較器進行比較。當負載電流等于設定電流時，比較器輸出為零，反饋電路不調整；當負載電流小于設定電流時，比較器的輸出為正，反饋電路會提高運算放大器的輸出電壓來增加電流；當負載電流大于設定電流時，比較器的輸出為負，反饋電路會降低運算放大器的輸出電壓，從而降低電流。反饋式恒流源廣泛應用于LED驅動中。
逆變器電源電路：逆變電源電路是將DC電源轉換為交流電源的電路。它的主要功能是將蓄電池等DC電源的電能轉換成交流電源，供給各種需要交流電源的用電設備。逆變電源電路通常由DC輸入、逆變變壓器、輸出濾波電路、控制電路等組成。其中，逆變變壓器是實現DC-交流轉換的核心器件，輸出濾波電路用于去除輸出交流波形中的雜波和噪聲，獲得更穩定的交流電壓輸出。逆變電源電路通常采用MOSFET、IGBT等功率開關器件，配合逆變變壓器、濾波電路和控制電路，實現輸出波形的調節，保證輸出電壓和電流的穩定。控制電路可以根據需求自適應調整開關頻率和占空比，從而實現輸出電壓和電流的快速響應和調節。逆變電源已廣泛應用于發電機組、太陽能發電、風力發電等領域。
LDO(線性)電源電路：線性電源是一種基于線性電路原理的電源。其主要特點是輸入電壓與輸出電壓成線性比例關系(輸入電壓增大，輸出電壓也會增大)，使得線性電源在輸出電壓和電流范圍內具有精度高、穩定性好、輸出噪聲和雜波少的特點，常用于大范圍控制用電設備的電壓和電流。
DC-DC電源電路：DC-DC電源是一種將一種DC輸入電壓轉換成另一種電壓電平的電源。通過帶電感和電容的DC/DC轉換器，可以將高電壓(如電池)轉換成低電壓，從而為電子產品提供必要的穩定電源。與線性穩壓電源相比，DC/DC電源電路具有效率高、工作時無熱效應、能完成升壓、降壓等所需轉換等優點。
保護電源電路：保護電源電路的主要作用是在電路出現異常、無效或故障時，及時切斷或限制電路中的電流和電壓，以保護電路或設備免受更嚴重的損壞或事故。根據保護的類型，它可以分為以下幾類:
過電流保護電路：在保護電路中增加過流保護電路，可以在電路中出現過流時自動切斷電源，從而防止設備進一步損壞。
過壓保護電路：在電路中使用過壓保護電路，可以避免高電源電壓對電路中器件的損壞。過壓保護電路的作用是當電源電壓超過安全值時，自動切斷電源。
過溫保護電路：在設備電路中引入超溫保護電路，還可以防止設備因內部溫度過高而導致設備性能下降或短路，在溫度上升到安全范圍后恢復正常工作狀態。
反向保護電路：設備電路中的一些器件會因為極性相反而被廢棄。在電路中加入反接保護電路，可以防止極性不當造成的設備損壞和故障。
靜電保護電路：如果設備在運行過程中沒有受到靜電放電(ESD)的有效保護，很容易丟失電子器件或暫時失效。在保護電源電路中加入ESD保護電路，可以有效提高設備的保護能力。此外，電源電路根據其隔離度也可分為隔離電源電路和非隔離電源電路。兩者最大的區別是隔離電源有電氣隔離，非隔離電源沒有。非隔離電源通常用于低壓場合，而隔離電源更適用于高壓、高頻、高精度等需要電氣隔離的場合。
優勢特點
今天，電源電路在設備和機器中起著非常重要的作用，其作用主要表現在五個方面:提供相對穩定的電壓和電流，保證電子設備的正常工作。它可以設計和調整，以滿足各種輸出電壓和電流的要求。它能最大限度地減少不穩定、波動等因素，有效地提高設備的工作效率。穩壓電源可以保證輸出電壓在不同負載下基本穩定，使負載的使用更加安全。高質量電源電路的普及和推廣，使不同類型的電子設備相互兼容，增加了設備間的互操作性和使用的便利性。
當然，面對不斷變化的新應用環境，電源電路也存在一些問題:效率低問題:損失了一部分功率，需要更高的輸出功率來滿足負載需求。
待機功耗問題:部分供電電路在設備關閉時仍需運行，造成能源浪費。噪聲和紋波:電源輸出的噪聲和紋波會干擾和影響負載，所以需要通過濾波來降低噪聲。散熱問題:由于供電電路需要消耗功率，容易產生熱量，需要通過散熱設計來解決。
可靠性:供電電路的設計和制造質量直接影響設備的可靠性和安全性，因此必須嚴格控制制造質量，加強設備的維護和檢修。
使用場景
電源電路可廣泛應用于各種電子產品和設備中，提供穩定可靠的電源。
電源電路計算機和其他數字設備：該電源電路用于電腦、筆記本電腦、平板電腦、智能手機、數碼相機等數碼設備中，提供穩定的DC電源。
家電：該電源電路用于電視機、音響、DVD播放機、洗衣機等家用電器，提供穩定的交流或DC電源。
工業自動化系統：電源電路用于各種工業設備和自動化系統，例如:電機控制器:電源電路用于電機的啟動、停止、加速和減速，保護電機不受功率波動和短路的影響。變頻器和變壓器:電源電路提供穩定的電壓和電流，用來驅動變頻器和變壓器，從而調節電源的頻率和電壓。傳感器和測量設備:電源電路為傳感器和測量設備提供穩定的電壓和電流，保證它們能夠準確測量和監控。
機器人控制系統:電源電路用于控制機器人的電源和通訊設備，保證機器人穩定工作并與計算機保持通訊。
光電傳感器:電源電路向光電傳感器供電，檢測物體的位置和運動，必要時觸發報警或停止運行。