交流/直流電源示例　　為了有效地排除故障，您需要了解您的電路。我們將使用一個(gè)示例 AC/DC 電源，它將 230V AC 轉(zhuǎn)換為 5V DC。其框圖如下圖1所示。

　　圖 1.圖片由新加坡國(guó)立大學(xué)提供。
　　首先，我們先來(lái)簡(jiǎn)單回顧一下這些塊。
　　變壓器　　變壓器將高壓市電轉(zhuǎn)換為較低的交流電壓。例如，如果我們想要生成 12V 直流電，則變壓器可以設(shè)計(jì)為生成幅值 22V 的交流電壓，如圖 2 所示。

　　圖2
　　整流器　　整流器將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，如圖 3 所示。這是通過(guò)反轉(zhuǎn)交流電壓的負(fù)部分以生成正電壓來(lái)完成的。結(jié)果是直流電壓，因?yàn)殡娏鳜F(xiàn)在只能沿一個(gè)方向流過(guò)假設(shè)的負(fù)載（圖中未顯示）。但電壓和電流仍然存在較大變化，不能作為電力電子電路的直流電源。圖 3 顯示了整流器輸出的一個(gè)非常重要的屬性：由于負(fù)值部分翻轉(zhuǎn)為正值，因此整流器輸出是一個(gè)周期信號(hào)，其周期為輸入周期的一半。因此，如果輸入是 50 Hz 信號(hào)，則輸出頻率將為 100 Hz。此觀察結(jié)果有助于排除交流/直流電源故障。

　　圖3
　　篩選　　為了消除大的波動(dòng)，我們對(duì)整流器輸出應(yīng)用低通濾波器。濾波器將給出類似于圖 4 中紅色曲線的波形。

　　圖4
　　調(diào)節(jié)器
　　由于仍然存在一些紋波，我們可以將濾波器輸出應(yīng)用于調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器使用反饋概念來(lái)進(jìn)一步抑制波動(dòng)并生成所需的直流電壓?！　∽屛覀儥z查與二極管橋式整流器和低通濾波器相關(guān)的故障，如圖 5 所示。

　　圖5
　　現(xiàn)在我們已經(jīng)熟悉了我們的示例，我們可以開(kāi)始討論一些可能需要解決的常見(jiàn)問(wèn)題。
　　問(wèn)題：二極管開(kāi)路故障　　在 $$V_{AC1}$$ 輸入的每個(gè)半周期中，四個(gè)二極管中的兩個(gè)將導(dǎo)通。例如，當(dāng)$$V_{AC1}$$為正時(shí)，D1和D2將導(dǎo)通電流，而D3和D4則阻斷（反向）電流。在下一個(gè)半周期，D3和D4將導(dǎo)通。如果這四個(gè)二極管中的任何一個(gè)出現(xiàn)開(kāi)路故障，則相應(yīng)的半周期將被省略，電路將充當(dāng)半波整流器。圖 6 顯示了二極管開(kāi)路故障對(duì)輸出電壓的影響。

　　圖6
　　正如您所看到的，波紋的幅度增加了大約兩倍。此外，與故障二極管相關(guān)的曲線的周期是藍(lán)色曲線周期的兩倍，因?yàn)楣收想娐烦洚?dāng)半波整流器。因此，當(dāng)二極管開(kāi)路失敗時(shí)，$$V_{DC1}$$ 的頻率將與 VAC1 相同。對(duì)于正常工作的電路，紋波將以輸入頻率的兩倍的頻率出現(xiàn)。使用示波器，我們可以輕松驗(yàn)證二極管橋式整流器的運(yùn)行情況。如果市電頻率為50赫茲，則波動(dòng)頻率必須為100赫茲。這是示波器比萬(wàn)用表更有幫助的例子。
　　問(wèn)題：二極管短路
　　在上一節(jié)中，我們假設(shè)二極管出現(xiàn)開(kāi)路故障。然而，失效的二極管也可能發(fā)生短路。在這種情況下，二極管在兩個(gè)方向上都會(huì)表現(xiàn)出較小的電阻。二極管失效的常見(jiàn)原因是正向電流過(guò)大和反向電壓過(guò)大。通常，大的反向電壓會(huì)導(dǎo)致二極管短路，而過(guò)電流則導(dǎo)致二極管無(wú)法開(kāi)路?！　∽屛覀兛纯炊搪返亩O管將如何影響全波整流器。假設(shè)圖5中的D1被短路，則電路如圖7所示。

　　圖7
　　假設(shè) $$V_{AC1}$$ 為正。在這種情況下，D2 將導(dǎo)通，D3 和 D4 將反向偏置。電流將流過(guò)負(fù)載和 D2 二極管回到變壓器的次級(jí)，就像圖 5 中那樣。因此，假設(shè)二極管是理想的并且正向壓降為零，則正半周期不會(huì)受短路二極管的影響。但是負(fù)半周期呢？當(dāng)$$V_{AC1}$$變?yōu)樨?fù)值時(shí)，D3將導(dǎo)通。電流將通過(guò)短路二極管而不是負(fù)載流回變壓器。因此，$$V_{DC1}$$ 將為零，并且大電壓將直接施加到 D3。過(guò)大的正向電流可能會(huì)迫使 D3 無(wú)法打開(kāi)。變壓器和短路二極管 (D1) 是另外兩個(gè)可能燒斷的組件。
　　問(wèn)題：濾波電容老化
　　AC/DC電源一般采用電解電容來(lái)抑制紋波。這些電容器在給定的工作電壓下提供高電容（它們幾乎具有最高的可用電容乘以電壓或 CV）。此外，這種高 CV 是以實(shí)惠的價(jià)格實(shí)現(xiàn)的。
　　盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，電解電容器也有其局限性。一個(gè)主要缺點(diǎn)是它們的預(yù)期壽命比其他電容器短得多。這是因?yàn)殡娙萜鲀?nèi)的電解質(zhì)隨著時(shí)間的推移而蒸發(fā)，電容減小。到電容器壽命結(jié)束時(shí)，電容將減少約 20%。
　　還值得注意的是，電容器的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 隨著使用而增加。 ESR越大，產(chǎn)生的熱量越多，熱量是加速電解液蒸發(fā)的主要因素。這將導(dǎo)致熱失控情況。　　關(guān)鍵是，在正確設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)中，電解電容器可能是第一個(gè)出現(xiàn)故障的元件。設(shè)計(jì)者為了簡(jiǎn)單地降低成本而忽略了這個(gè)可靠性問(wèn)題。隨著老化，電容會(huì)減小，$$V_{DC1}$$ 上會(huì)有更大的紋波。我們使用 $$C_L=220 μF$$ 和 $$R_L= 1 k \Omega$$ 來(lái)創(chuàng)建本文的圖形。讓我們將 $$C_L$$ 減少 20%，以可視化電容器老化的影響（為了使事情更簡(jiǎn)單，我們忽略 ESR 的增加）。當(dāng) $$C_L=176 μF$$ 時(shí)，我們得到圖 8 中的紅色曲線。

　　圖8
　　正如預(yù)期的那樣，較小的電容器會(huì)導(dǎo)致較大的波動(dòng)。因此，當(dāng)紋波比預(yù)期大時(shí)，我們應(yīng)該檢查紋波的頻率：如果頻率是輸入頻率的兩倍，則二極管工作正常，電容器可能有問(wèn)題。
　　問(wèn)題：濾波電容器短路　　電解電容器通常會(huì)開(kāi)路。事實(shí)上，形成電容器電介質(zhì)的氧化鋁層具有自恢復(fù)特性，通?？梢粤⒓醇m正微小的短路。然而，當(dāng)相對(duì)較小的電阻器與電容器并聯(lián)時(shí)，仍然有可能出現(xiàn)漏電容器。如果漏電阻太小，電容器就會(huì)顯得短路。對(duì)電容器施加反向電壓可能會(huì)導(dǎo)致元件漏電。第一次制造電路板時(shí)可能會(huì)發(fā)生一些事情。在這種情況下，電路可以如圖 9 所示進(jìn)行建模。

　　圖9
　　漏電阻將使電容器放電更快，因此我們會(huì)產(chǎn)生更大的紋波，類似于圖 8 的紅色曲線。如果漏電阻太小，輸出將短路到地。因此，短路的電容器可能導(dǎo)致二極管或變壓器無(wú)法開(kāi)路。