什么是电源？电源是将来自电源的能量转换成为负载供电所需的电压值，比如电机或电子设备。电源主要有两种设计：线性电源和开关电源。

　　线性电源：线性电源设计使用变压器降低电压。然后将电压整流并转换为直流电压，然后对其进行滤波以提高波形质量。线性电源使用线性调节器在输出端保持恒定的电压。这些线性调节器以热量的形式消散额外的能量。

　　开关电源：开关电源设计是一种较新的方法，旨在解决线性电源的诸多问题，包括变压器尺寸和电压调节。在开关电源设计中，输入电压不再降低，而是在输入端进行整流和滤波。然后电压通过斩波器，再将其转换成高频脉冲串。在电压达到输出之前，它会被再次过滤和整流。

　　开关电源是如何工作的？多年来，线性AC/DC电源已经成为主流，将电网中的交流电源转换为运行家用电器或照明设备的直流电压。大功率应用对小型电源的需求，意味着线性电源已主要用于特定的工业和医疗用途，在这些领域由于其低噪声而仍然需要它们。但由于开关电源体积更小，效率更高，而且能够处理高功率，所以已经取代了开关电源。图1介绍了开关电源中从交流(AC)到直流(DC)的一般过程。

图1：隔离开关式AC/DC电源

　　输入整流是将交流电压转换为直流电压的第一步。人们普遍认为直流电压是一条笔直的、不动摇的恒压线，就像从电池里出来的那种。然而，定义直流电的是电荷的单向流动。这意味着电压流向相同，但不一定是恒定的。正弦波是交流电(AC)最典型的波形，前半个周期为正，其余周期为负。如果反向或消除负半周期，则电流停止交替，变成直流电。这可以通过一个叫做矫正的过程来实现。整流可以通过使用无源半桥整流器来实现，用二极管消除正弦波的负半部分(见图2)。二极管允许电流在正半波期间流过，但当电流反向流动时，二极管会阻断电流方向。

图2：半桥整流器

　　整流后，产生的正弦波平均功率较低，不能有效地为设备供电。一个更有效的方法是改变负半波的极性并使其变成正电压。这种方法被称为全波整流，它需要四个二极管配置成一个电桥(见图3)。无论输入电压如何，这种配置都能保持稳定的电流流向极性。

图3：全桥整流器

　　全整流波的平均输出电压比半桥整流器的高，但离为电子设备供电所需的恒定直流波形仍有很大差距。虽然这是一个直流波，但由于电压波形，供电是低效的，因为电压波的值变化非常快和频繁。这种周期性的直流电压变化被称为纹波。减少或消除纹波是一个有效的电源供应的关键。减少纹波最简单和最常用的方法是在整流器输出端使用一个大电容器，称为储能电容器或平滑滤波器(见图4)。电容器在电压峰值时存储电压，然后向负载提供电流，直到其电压小于现在上升的整流电压波。得到的波形更接近所需的形状，可以认为是没有交流分量的直流电压。这个最终的电压波形现在可以用来给直流电供电设备。

图4：带平滑滤波器的全桥整流器

　　无源整流使用半导体二极管作为不受控制的开关，是整流交流波最简单的方法，但不是最有效的方法。二极管是相对有效的开关；它们可以以最小的功率损耗快速打开和关闭。半导体二极管的唯一问题是它们的正向偏置电压降为0.5V到1V，这会降低效率。有源整流用可控开关代替二极管，如MOSFET或BJT晶体管(见图5)。这种方法的优点有两个：首先，基于晶体管的整流器消除了与半导体二极管相关的0.5V到1V的固定电压降，因为它们的电阻可以很小，因此电压降也很小。第二，晶体管是可控开关，这意味着开关频率可以控制，从而得到优化。缺点是，有源整流器需要更复杂的控制电路来达到其目的，这就需要额外的元件，从而使它们变得更贵。

图5：全桥有源整流器