电源电路
电源电路是指将电源的电能转换成满足各种用电设备工作要求的电信号，以保证用电设备正常工作的电路。通常由电源变压器、整流电路、稳压电路、滤波电路、保护电路等模块组成。
供电电路可以追溯到19世纪初，科学家开始使用化学电池作为电源。20世纪初，由于发电机和变压器技术的发展，交流电成为主要的供电形式。20世纪50年代，稳压器和集成电路的发展加速了电源电路的革新。
电源电路有很多种类型，包括工频电源电路、开关电源电路、稳压电源电路、恒流电源电路、电源电路等。它不仅能为用电设备提供稳定的供电条件，还能为用电设备提供适宜的工作环境，提高其可靠性、稳定性和耐久性。
电源电路的基本工作原理根据电路类型略有不同，但基本都是基于欧姆定律、基尔霍夫定律等原理设计的。一般将输入的交流电通过变压器转换成适合设备需要的低压或高压交流电。必要时将交流电源通过整流器转换成DC电源，最后通过电容和电感降低DC电源中的纹波，从而获得稳定的交流/DC电源。
操作原理
工作原理
电源电路的工作原理基本上是将输入的交流电转换成稳定的直流电或交流电，供其他电路或设备使用。电源电路工作时遵循的基本电气定律包括:
1.欧姆定律:描述电流、电压和电阻的关系，即I = u/r。
2.基尔霍夫定律:描述电流分布之间的关系，包括基尔霍夫第一定律和第二定律。
3.麦克斯韦-安培定律:描述了电流与电磁场的关系，即电流回路中的总磁通量等于回路中电流的代数和乘以真空中的磁导率。
4.瓦特定律:描述电功率的计算公式，即P=UI，表示电压和电流的乘积。
通常，电源电路包括以下三个主要部分:
变压：供电电路通常需要将来自电网的高压电能转换成用电设备所需的低压电能。通常使用变压器、降压模块等器件将电压改变到合适的值，然后调节和稳定电压。变压器变比的计算方法主要有两种，一种是利用变压器变比，另一种是利用绕组匝数。
转化率计算方法：变压器的变比是指变压器次级绕组输出的电压与主绕组输入的电压之比，可以用来计算输入输出电压的关系。计算公式为:V2 = V1 * N2 / N1
其中，V1和V2分别是输入和输出电压值，N1和N2分别是初级绕组和次级绕组的匝数。在输入电压和输出电压确定后，通过计算主线圈和辅助线圈的匝数比，可以得到合适的变压器变比，从而选择合适的变压器型号。
绕组匝数计算方法：另一种计算变压器电压的方法是使用绕组匝数比。根据变压器的互感方程:V1 / V2 = N1 / N2
其中，V1和V2分别是输入和输出电压值，N1和N2分别是初级绕组和次级绕组的匝数。在输入和输出电压值已知后，可以通过主线圈和辅助线圈的匝数比来计算输出电压。
电压稳定和滤波：为了保证输出电压的稳定性和纹波的可控性，电源电路通常采用由稳压器、电容、电感等元件组成的一系列滤波器。这些元件可以将输出端的电压波动降低到可控的可接受范围。例如，基于TL431的最常用开关电源的输出电压可通过下式计算:Vout = Vref * (R1 + R2) / R2其中Vref是TL431的参考电压，R1和R2是连接在TL431芯片两端的电阻，R2通常很小。
保护控制
电源电路中可能存在电流和电压过载。为了保护电气设备不受损坏，通常使用保险丝和过载保护器等保护电路。同样，供电电路也需要借助电动调节电路实现对输出端电压和电流的精确控制，以保证供电的质量和稳定性。
主要分类
电源电路按其类型主要可分为工频电源电路、开关电源电路、稳压电源电路、恒流电源电路、逆变电源电路、DC-DC电源电路、LDO(线性)电源电路、保护电源电路等。
工频电源电路：工频电源电路的核心部件是工频变压器，变压器的线圈包括两个绕组:一次绕组和二次绕组。初级绕组通常包括用于接收输入电压的多个线圈。次级绕组包含相应数量的绕组，并连接到设备所需的输出电压。当输入电源的电流通过初级绕组时，会产生交变磁场，交变磁场穿过铁芯，激励次级绕组引出输出电压。因此，变压器可以将输入电压转换成适合设备的输出电压，变压比由初级绕组和次级绕组的匝数比决定。如果原边绕组的匝数是副边绕组的两倍，那么输出电压将是输入电压的一半，这就是经典的1:2变压器供电电路。通过整流和滤波电路，可以获得所需的电压。
开关电源电路：开关电源电路是日常生活中最常用的电路，通常由整流电路、高频变压器、稳压电路和保护电路组成。变压器将交流电压升高或降低，通过整流电路将交流电压转换成DC电压，再通过稳压电路稳定输出电压，使其满足DC设备的要求。
稳定电源电路：稳压电源电路一般包括稳压管、限流电阻和滤波电容。当调压器的正负极之间的电压达到击穿电压时，调压器将进入反向截止状态，不再继续升压。调压器起保护电源和负载的作用，通常选用锗调压器和硅调压器。限流电阻的作用是控制电流，保护稳压管。滤波电容的作用是滤除续流电路中的交流分量，使输出电压稳定。一些高性能稳压电源还会增加稳压器、保险丝等元件，进一步增强稳定性和安全性。
恒流电源电路：恒流电源电路又称恒流源，分为电阻型和反馈型。阻性恒流电路是一种通过电阻实现恒流输出的电路，也称为“串联电阻恒流源”。具体实现方法是将负载和电阻串联，然后将电压源接入整个电路，通过调节器提供恒定的电压。当电路中的负载发生变化时，会改变电路中的总电阻，从而影响电路中的电流。如果你想保持恒定的电流输出，你需要调整电压来重新平衡电路中的总电阻。反馈恒流电路是一种通过反馈控制实现恒流输出的电路，也称为“反馈电流源”。
实现方法是以运算放大器为反馈控制的核心元件，串联负载和电流传感器，将它们的信号输入运算放大器的比较器进行比较。当负载电流等于设定电流时，比较器输出为零，反馈电路不调整；当负载电流小于设定电流时，比较器的输出为正，反馈电路会提高运算放大器的输出电压来增加电流；当负载电流大于设定电流时，比较器的输出为负，反馈电路会降低运算放大器的输出电压，从而降低电流。反馈式恒流源广泛应用于LED驱动中。
逆变器电源电路：逆变电源电路是将DC电源转换为交流电源的电路。它的主要功能是将蓄电池等DC电源的电能转换成交流电源，供给各种需要交流电源的用电设备。逆变电源电路通常由DC输入、逆变变压器、输出滤波电路、控制电路等组成。其中，逆变变压器是实现DC-交流转换的核心器件，输出滤波电路用于去除输出交流波形中的杂波和噪声，获得更稳定的交流电压输出。逆变电源电路通常采用MOSFET、IGBT等功率开关器件，配合逆变变压器、滤波电路和控制电路，实现输出波形的调节，保证输出电压和电流的稳定。控制电路可以根据需求自适应调整开关频率和占空比，从而实现输出电压和电流的快速响应和调节。逆变电源已广泛应用于发电机组、太阳能发电、风力发电等领域。
LDO(线性)电源电路：线性电源是一种基于线性电路原理的电源。其主要特点是输入电压与输出电压成线性比例关系(输入电压增大，输出电压也会增大)，使得线性电源在输出电压和电流范围内具有精度高、稳定性好、输出噪声和杂波少的特点，常用于大范围控制用电设备的电压和电流。
DC-DC电源电路：DC-DC电源是一种将一种DC输入电压转换成另一种电压电平的电源。通过带电感和电容的DC/DC转换器，可以将高电压(如电池)转换成低电压，从而为电子产品提供必要的稳定电源。与线性稳压电源相比，DC/DC电源电路具有效率高、工作时无热效应、能完成升压、降压等所需转换等优点。
保护电源电路：保护电源电路的主要作用是在电路出现异常、无效或故障时，及时切断或限制电路中的电流和电压，以保护电路或设备免受更严重的损坏或事故。根据保护的类型，它可以分为以下几类:
过电流保护电路：在保护电路中增加过流保护电路，可以在电路中出现过流时自动切断电源，从而防止设备进一步损坏。
过压保护电路：在电路中使用过压保护电路，可以避免高电源电压对电路中器件的损坏。过压保护电路的作用是当电源电压超过安全值时，自动切断电源。
过温保护电路：在设备电路中引入超温保护电路，还可以防止设备因内部温度过高而导致设备性能下降或短路，在温度上升到安全范围后恢复正常工作状态。
反向保护电路：设备电路中的一些器件会因为极性相反而被废弃。在电路中加入反接保护电路，可以防止极性不当造成的设备损坏和故障。
静电保护电路：如果设备在运行过程中没有受到静电放电(ESD)的有效保护，很容易丢失电子器件或暂时失效。在保护电源电路中加入ESD保护电路，可以有效提高设备的保护能力。此外，电源电路根据其隔离度也可分为隔离电源电路和非隔离电源电路。两者最大的区别是隔离电源有电气隔离，非隔离电源没有。非隔离电源通常用于低压场合，而隔离电源更适用于高压、高频、高精度等需要电气隔离的场合。
优势特点
今天，电源电路在设备和机器中起着非常重要的作用，其作用主要表现在五个方面:提供相对稳定的电压和电流，保证电子设备的正常工作。它可以设计和调整，以满足各种输出电压和电流的要求。它能最大限度地减少不稳定、波动等因素，有效地提高设备的工作效率。稳压电源可以保证输出电压在不同负载下基本稳定，使负载的使用更加安全。高质量电源电路的普及和推广，使不同类型的电子设备相互兼容，增加了设备间的互操作性和使用的便利性。
当然，面对不断变化的新应用环境，电源电路也存在一些问题:效率低问题:损失了一部分功率，需要更高的输出功率来满足负载需求。
待机功耗问题:部分供电电路在设备关闭时仍需运行，造成能源浪费。噪声和纹波:电源输出的噪声和纹波会干扰和影响负载，所以需要通过滤波来降低噪声。散热问题:由于供电电路需要消耗功率，容易产生热量，需要通过散热设计来解决。
可靠性:供电电路的设计和制造质量直接影响设备的可靠性和安全性，因此必须严格控制制造质量，加强设备的维护和检修。
使用场景
电源电路可广泛应用于各种电子产品和设备中，提供稳定可靠的电源。
电源电路计算机和其他数字设备：该电源电路用于电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、数码相机等数码设备中，提供稳定的DC电源。
家电：该电源电路用于电视机、音响、DVD播放机、洗衣机等家用电器，提供稳定的交流或DC电源。
工业自动化系统：电源电路用于各种工业设备和自动化系统，例如:电机控制器:电源电路用于电机的启动、停止、加速和减速，保护电机不受功率波动和短路的影响。变频器和变压器:电源电路提供稳定的电压和电流，用来驱动变频器和变压器，从而调节电源的频率和电压。传感器和测量设备:电源电路为传感器和测量设备提供稳定的电压和电流，保证它们能够准确测量和监控。
机器人控制系统:电源电路用于控制机器人的电源和通讯设备，保证机器人稳定工作并与计算机保持通讯。
光电传感器:电源电路向光电传感器供电，检测物体的位置和运动，必要时触发报警或停止运行。