我們現在在新時代，用電的電器已經不隻是燈泡了，我們主要的用電器已經是手機了。現在人類仿佛抱着手機可以過一輩子。不要電燈、不需要冰箱、不需要洗衣機；手機搞定一切……手機内部的電池充放電都是直流電，很多用電器内部都是AD/DC，轉成直流，再給半導體芯片供電，包括照明現在都是用LED了，用交流電供電也是要轉成直流。

最近在做個項目，涉及AC/DC電源設計，由于AC/DC由于功率增加帶來了諸多麻煩，設計複雜度比DCDC要多得多，所以反問一個很基礎的問題：為什麼半導體都是用直流電，但是發電廠送來的都是交流電？

而人類最早用電的需求就是來自照明，就跟在夜晚時候，一個燈泡就可以點亮黑暗，而不是跟古代人一樣用昏暗的蠟燭來照明。所以這就讓我們要感激當時在地球上發明了燈泡的愛迪生，他是在19世紀享譽盛名的天才發明家。

而上帝就在他那個年代，放置了一個同樣也是擁有幾百項發明專利的青年才俊特斯拉，而他們兩位就在相同的領域，并且每個人都具備大量發明專利的情況下，展開了一場世紀大戰，那就是來自交流電跟直流電的紛争。

而這就牽扯到這兩位天才發明家在地球上的地位，所以在當時兩者為了赢得全世界的贊譽都是煞費苦心，愛迪生代表了直流電這一邊，而特斯拉就代表了交流電這一側，曾經的交流電直流電之争在目前來看，當時還是相當精彩。

當年那個電器大量開始出現的年代，愛迪生為了赢取大家的認可，不惜用交流電電死了一頭健壯的牛，勸告人們要遠離交流電，而最終的結果卻出乎意料，那就是特斯拉代表的交流電赢了愛迪生的直流電。而這其中，這兩種電究竟有何區别？

流電跟直流電在本質上來說，其實就是方向跟大小這兩者的問題，也就是說直流電就是一直大小不改變方向也不改變的電流，而交流電則就是會改變方向跟大小的電流，兩者擁有如此巨大的差距，能夠讓特斯拉的交流電勝出，這是地球上科技發展的必然趨勢。

為在随着用電時代的到來，大部分地區都開始遠距離輸送電流，每家每戶的電都是通過電廠在冗長的電線中輸送過去，而在這樣遠距離的輸送過程中，要是一直利用直流電來輸送，不方便進行升壓，如果用低壓傳輸就會出現電力大量浪費的情況，不利于經濟節約是小事，傳輸線會因為電流過大無法承載大功率的應用。

随着電器數量越來越多，功率越來越大，傳輸距離越來越遠的時代發展，直流電必然就不能夠跟交流電相提并論，用交流電就是便利，隻需要在電廠這裡輸出端降低電流，并且可以在中途輸送過程中變換方向，完全就能夠在長距離的輸送上減少損耗，而即将達到用戶端的時候，就可以适當變壓，達到預期的電路效果。

然直流電在目前來說，雖然在遠距離輸送電流方面上不如交流電，依然還是能夠在半導體材料中找到它的一席之地，這是交流電不能夠替代的。

上目前在全球提倡綠色低碳的角度上，在環境友好型的電子設備中，依然有着直流電發揮的地方，能夠讓很多設備兼容這種單向傳遞的直流電輸送。

一項發明，在曆史長河中是否具有生命力，取決于它的實用價值。例如拉鍊，被譽為最偉大的發明，其道理也基于此。題主其實談的是電能問題。我們知道，電能包括發電、輸送電、配電和用電四大過程。1.發電和輸送電的升壓和降壓在發電和輸送電的過程中，有一個關鍵的設備，就是變壓器。為何要用變壓器來改變電壓？我們知道，電能的傳輸導線是具有電阻的，傳輸導線所消耗的電能功率Pline為：

這裡的I就是流過導線的電流。可見，為了減小線路損耗，就要減小電流。事實上，輸送電消耗掉的電能，占總發電電能的比例不可小觑。減小輸送電的線路損耗，有很大的意義。

而要減小電流，最方便的就是利用變壓器了。如果我們忽略掉變壓器的各種損耗，例如鐵損、銅損等等，則變壓器兩側的功率基本相等。把變壓器某側的電壓升高，該側的電流自然就減小了。不過，變壓器隻能工作在交流電路中，不能工作在直流狀态下。我們來看變壓器的工作原理：

忽略變壓器的損耗，則有：

在這裡，U1和I1是變壓器一次側的電壓和電流，U2和I2是變壓器二次側的電壓和電流，K是變比。我們看到，隻要把U2提高，則I2自然就小了，于是在輸配電線路的起始端，我們把電壓給升高，在輸配電線路的末端，我們再把電壓給降下來。這樣就減小了線路損耗。交流傳輸線上的高壓電和超高壓電其用途就在于此。我們看到，利用變壓器，交流電壓的高低變換何其方便。

但直流電可以升壓嗎？當然可以，但相對交流升壓來說，要麻煩很多，且成本要高很多。除非是長距離輸送電，否則不劃算。可見，在發電和輸送電中，交流電比直流電要方便很多，成本也低廉很多。

不過，也不是說直流就沒有優勢。交流線路電阻與直流相比，還多了趨膚效應和鄰近效應，因此同樣的導線，交流線路電阻大于直流線路電阻。換句話說，其實交流的線路損耗大于直流的線路損耗。也因此，采用直流長距離輸送電，也是人們追求的目标之一。我國在這方面走在世界前列，我國的世界首條±800kV的直流輸電線路正在平穩高效安全地運行中。

2.配電方面的問題在輸送電的末端，需要分配電能，這就需要使用配電電器。配電電器的主要元件是各類隔離開關和斷路器。對于開關電器來說，滅弧是個大問題。電弧會燒蝕觸頭，産生巨大的熱沖擊，嚴重影響到開關設備的穩定工作。

交流電和直流電相比，每個周波有兩次過零，而過零時，電弧也自動熄滅，所以交流電器的滅弧能力強于直流電器。有一個參數，它描述的是電弧熄滅後電弧介質氣體的恢複過程和恢複強度，用Ujf來表達；另外一個參數，它描述的是電弧熄滅後，電壓上升過程和強度，用Uhf來表達。所謂介質氣體的恢複，指的是氣體從電弧的等離子狀态恢複為正常氣體狀态，顯然，它與時間有關，也與氣體性質有關。如果：

也即，介質恢複強度大于電壓恢複強度，則電弧将不會不重新燃燒。

上圖中，在時刻0，交流電弧過零熄滅。但過零後，Ujf2小于Uhf，所以交流電弧重燃；Ujf1>Uhf，所以交流電弧不再重燃，并且徹底地熄滅。不過，直流電弧可沒這麼好，它根本就不會過零。我們看下圖：

上圖是GIS複合開關，一般用于高壓配電網。GIS看起來象一隻隻的鍋爐，大筒子裡就是開關，開關周圍充滿了六氟化硫氣體。六氟化硫氣體的特點是分子量大，非常穩定，絕緣性能特别好，所以用來在高壓電器中加強滅弧，提高Ujf。 不過，六氟化硫是溫室氣體。因此人們期望能找到一種氣體替代它。真空就是一種好辦法。 可見滅弧是多麼重要的一件事。在這方面，直流電比交流電要遜色多了。因此，同樣的開關電器，用在直流就必須降容。為了改善直流開關電器的滅弧能力，人們在電弧燒蝕的材料中鍍上一層特種膜，在高溫燒烤下，能釋放出類似六氟化硫的氣體，以此提高介質恢複強度。3.用電電器方面在用電電器方面，最典型的就是交流鼠籠式異步電動機了。相對直流電機，它價格低廉，工作可靠，性能穩定，也無須更換碳刷。因此，直流電機完全比不上交流電機的方便、實用和可靠，直流電機的應用面也要小很多。不可否認的是，直流電機的調速性能良好，但自從有了變頻器，交流電機的調速問題也解決了，直流電機的優點也被削弱了。

4.電源變換方面交流電變成直流電，十分方便，采用整流電路就可以了。但直流電要變成交流電，需要配套逆變器，相對麻煩得多。

部分内容整理自《百度号》黑洞先驅，《知乎》Patrick Zhang