電源供應符號完整指南：AC、DC、接地、電池與電源符號

電源供應是電子電路中最基本的組成部分之一。閱讀原理圖時，您可能會遇到不同的電源相關符號，包括交流電源、電壓源以及接地參考。

雖然有些符號看起來很簡單，但每一個都代表特定的電氣功能。誤解這些符號可能導致錯誤連接、非預期的電路行為，甚至造成 PCB 設計中的 EMC 問題。

在本指南中，您將了解：

• 完整的電源供應符號表，從直流與交流電源到電池符號
• 大地接地、機殼接地與訊號接地符號有何不同
• 為什麼受控源使用菱形而不是圓形
• IEC 與 ANSI 符號規範在哪些地方有所不同
• 每一種符號如何對應到實際的 PCB Footprint

圖：完整的電源供應符號表

電源供應符號表（快速參考）

十四種符號幾乎涵蓋了原理圖中會遇到的所有電源類型。它們可以分成四大類：電源、電池、接地與電源軌標籤。

什麼是電源供應符號？

電源供應符號是一種標準化圖形符號，用於原理圖中表示電源、電源軌或參考連接。

工程師不需要使用冗長的文字說明，就能透過這些符號快速且一致地辨識電氣功能。

依照符號類型不同，電源相關符號可以傳達多種資訊：

• 電源類型：電路使用的是直流電源、交流電源、電池或受控源。
• 極性／方向：哪一端是正極，或傳統電流的方向為何。
• 參考作用：該節點是電源、回流路徑還是安全接地連接。

符號本身並不定義額定電流、穩壓性能或實體規格。這些資訊會記錄在參考標號、數值欄位以及物料清單中。

直流電源符號

直流電源符號通常是一個圓形，其中一端標有加號，另一端標有減號。它代表一個讓其中一端維持較高電位，而且電位方向不會隨時間反轉的電源。

圖：標示正極與負極端子的直流電源符號。

帶有正負端子的圓形

圓形代表電源本體。正號與負號位於端子內側或緊鄰端子，用來定義原理圖中所有計算的參考極性。如果將正負標記對調，所有由此電源推導出的節點電壓符號也會改變。

實線與虛線的直流標誌

在設備標籤、面板以及電源供應器上，您會看到另一種圖形：一條實心水平線位於一條虛線上方，由 IEC 60417-5031 定義。它代表直流電。這是一種設備標誌，而不是原理圖符號，因此應放在絲印或額定值標籤上，而不是放進網表中。

直流電壓源與直流電流源

兩者都是圓形，差別在於內部標記。正負標記表示電壓源；圓形內的一支箭頭則表示電流源，而箭頭指向傳統電流的方向。

交流電源符號

交流電源符號通常畫成一個內含正弦波的圓形。它表示極性隨時間週期性變化的交流電壓源。與直流電源不同，兩個端子都不會永久保持正極或負極，因此不使用固定的 + 與 − 極性標記。

圖：以內含單一正弦波的圓形表示交流電源。

單相交流電源符號

單相交流電源符號由一個內含正弦波且具有兩個連接端子的圓形組成。

交流電源旁通常會標示 RMS 電壓與頻率，例如 230 V、50 Hz。符號本身不表示訊號振幅；沒有標示數值的交流電源會使原理圖資訊不完整。

三相電源與市電輸入符號

三相電源通常建模為三個具有相位標示的獨立單相電源，並採用星形或三角形配置。

交流市電輸入通常以連接器或端子入口表示，而不是獨立的交流電源符號。實際電路通常會在市電輸入附近加入保險絲、濾波器與突波保護等保護元件。

從交流電源到整流器之前的區域，是電路板開始進入高電壓設計的第一個位置，因此必須遵守爬電距離與電氣間隙要求。所有輸入側元件都應視為關鍵區域。

電池符號：單節與多節電池

圖：單節與多節電池符號

電池符號由兩條長度不同的平行線組成，而且規則始終不變：較長且較細的線代表正極，較短且較粗的線代表負極。一組長短線代表一節電池，重複的長短線組則表示多節電池串聯。

較長的串聯電池組很少逐節完整畫出。多數原理圖會顯示兩組長短線、中間以虛線省略，最後再畫一組，並在旁邊標示總電壓。這種簡化方式可以保持圖面清晰，同時不隱藏串聯連接關係。

注意：電池符號的極性由線條長度決定，而不是由繪製順序決定。如果您的元件庫符號使用等長線條，請修正元件庫。等長線的電池符號會造成極性模糊，工程師在審查原理圖時通常會將其列為問題。

接地符號：大地接地、機殼接地與訊號接地

圖：大地接地、機殼接地與訊號接地符號

接地符號用來識別電路的參考電位，或表示與大地、機殼或其他指定接地網路的連接。依照電路與接地架構不同，它們也可能提供電流回流路徑。

這些接地符號代表不同功能，不應視為可以互相替換。

機殼接地不等於大地接地

這項差異非常重要，因為機殼不一定處於大地電位。IEEE 315 clause 3.9.2 明確指出，機殼或框架相對周圍大地可能存在相當高的電位。如果希望兩者連接，應將連接點明確畫出，並使用自己的參考標號。

AGND、DGND 與 PGND 命名回流

AGND、DGND 與 PGND 等命名方式通常都沿用訊號接地三角形。符號形狀保持相同，只有標籤內容不同，因此 PCB 佈局工具才能將三個回流網路分開，並在指定的單一連接點將它們接合。

定電壓源與定電流源符號

圖：定電壓源符號與定電流源符號

這兩種符號通常都畫成圓形，但可透過內部標記區分兩種電源類型。

定電壓源會維持指定的端電壓，而流過的電流則由負載決定。定電流源會維持指定電流，而端電壓則由負載決定。

為什麼理想電源符號與實際硬體不同

理想電源並不存在，因為實際電源都具有有限的內阻。因此，只要電流需求還沒有大到讓內部壓降占主導地位，它就會表現得像電壓源。當桌上型電源供應器從 CV 模式切換到 CC 模式時，顯示的正是這個轉換點。

電流源上的箭頭方向並不是裝飾。它定義了電流的參考方向；如果計算結果得到負值，只代表實際電流方向與箭頭所定義的參考方向相反。

相依（受控）電源符號

圖：四種相依電源符號

相依電源也稱為受控源，其輸出由電路其他位置的電壓或電流控制。

它通常畫成菱形，而不是圓形。菱形用來區分相依源與獨立源，而內部標記則用來表示它屬於電壓源或電流源。

四種類型的相依電源

控制量一定要在原理圖中明確標示，通常是其他位置具有標籤的支路電流或節點電壓。如果沒有這個標籤，符號就無法使用，因為無從得知輸出究竟受哪一個量控制。

相依電源符號在實際電路中的應用

相依電源並不是只存在於教科書中的抽象概念。所有主動元件都可以透過它們建立模型：

• 雙極性電晶體的小訊號模型可以表示為 CCCS，集極電流跟隨基極電流。
• MOSFET 可以表示為 VCCS，汲極電流跟隨閘極－源極電壓。
• 理想運算放大器可以表示為 VCVS，輸出跟隨差動輸入。
• 跨阻放大器可以建模為 CCVS，將輸入電流轉換成輸出電壓。

與在 IEC 60417 中具有編號的大地接地標誌不同，菱形並不是 IEC 60617 中具有獨立編號的條目，但它幾乎已被普遍採用為繪圖慣例。

這種符號長期出現在電路理論教材、SPICE 以及後來的電路模擬器與 EDA 元件庫中，因此可以將它視為業界實際採用的標準慣例，但不要引用並不存在的標準條款編號。

以運算放大器為例，我們的 運算放大器符號指南進一步說明了電源接腳的繪製方式，以及為什麼這些接腳有時會被隱藏。

電源軌標籤：VCC、VDD、VSS、VEE 與 GND

電源軌標籤可以視為文字形式的電源供應符號。一條帶有向上橫線或箭頭的短垂直線，再加上名稱，就能宣告一個電源網路，而不必一路畫線回到電源。

VCC 與 VDD：應該使用哪一個標籤？

在現代實務中，VCC 與 VDD 常被交替用來表示正電源軌，而 VSS 與 GND 也常被交替用作回流名稱。這種區別源自元件物理結構，而不是現代標準的要求。

歷史上，使用雙極性電晶體（BJT）時，電源主要供給集極，因此稱為 VCC。現在 CMOS 已非常普遍，電源供給 MOSFET 的汲極，因此稱為 VDD。

在現代設計中，雖然標籤選擇通常取決於設計慣例，但最佳做法始終是遵循元件資料表中的電源接腳名稱。

電源供應符號：IEC 60617 與 ANSI/IEEE 315

圖：IEC 60617 與 ANSI/IEEE 315 電氣符號比較

IEC 60617 是國際上用於電氣圖的圖形符號標準，而 ANSI/IEEE 315 則是北美地區對應的標準。

加入電阻這一列，是因為工程師通常最先從電阻符號注意到兩套標準的差異。不過就電源符號本身而言，依任一套標準繪製的原理圖，受過另一套標準訓練的工程師仍然可以完全理解。

如何在電路中讀懂電源供應符號

按照固定順序閱讀電源符號，就能快速理解原理圖。從電源開始一路追蹤到回流路徑，然後再確認各個參考連接。

圖：原理圖範例，展示電源軌、去耦、相依電源與接地回流路徑。

1. 找到電源並識別其類型。圓形代表獨立源，菱形代表相依源，長短線組代表電池。閱讀任何標籤之前，外形就能先告訴您這些資訊。
2. 查看內部標記以判斷類型與方向。正負極性表示電壓源，箭頭表示電流源，而正弦波表示交流電源。
3. 沿著原理圖追蹤正電源軌。找出所有名稱相同的電源軌標籤，因為無論是否存在可見導線，它們都屬於同一個網路。
4. 分別辨識每一種接地符號。確認圖中出現多少種不同的回流符號。兩種不同符號通常代表兩個不同網路。
5. 找到連接點。確認不同回流網路在哪裡連接，通常是一個單一 Net Tie 或 0 歐姆電阻。如果完全找不到連接點，原理圖可能存在問題。
6. 確認每個菱形符號的控制變數。沒有指定控制量的相依電源是不完整的。

常見電源供應符號錯誤

大多數電源符號錯誤都屬於繪圖錯誤，而由於原理圖看起來仍然合理，因此很容易在審查過程中被忽略。

• 將相依電源畫成圓形：這是最常見的錯誤之一，會讓受控源看起來像獨立電源。模擬器可能因此收斂到完全錯誤的工作點。
• 將機殼接地與大地接地隱含連接：如果在沒有明確連接點的情況下將兩個符號放在同一個網路上，可能形成接地迴路，而問題通常是在 EMC 測試失敗時才被發現，而不是由 DRC 找出。
• 使用等長的電池線條：極性會變得模糊，最終可能導致 PCB 上的電池座方向裝反。
• 未標示數值的交流電源：沒有 RMS 電壓與頻率的交流電源符號，既無法實際製作，也無法正確模擬。
• 在原理圖中使用 IEC 60417 設備標誌：實線與虛線組成的直流標誌應用於額定值標籤，而不是網表。
• 類比與電源回流共用 GND：同一個網路名稱會把原本需要分離的兩條回流路徑合併，使開關雜訊進入參考地。

從電源供應符號到 PCB Footprint

只有當電源符號被賦予 Footprint、網路類別與銅箔後，它才真正成為實體電氣連接。這一步會把原理圖中的設計決策轉化為可製造的 PCB。

圖：展示單一電源供應符號轉換流程的示意圖

電源網路的走線寬度與 Net Class

到了走線寬度這一步，電源網路就不再只是原理圖中的符號。依 IPC-2221，所需的走線寬度取決於三個因素：

• 電流：網路所承載的連續電流，而不是峰值電流。
• 可接受溫升：通常為高於環境溫度 10 C 至 20 C。
• 所在層位置：內層或外層。

相同電流下，內層需要比外層更寬的走線，因為埋在板內的銅箔散熱能力較差。2 A 電源軌如果位於 1 oz 外層，與相同電流但埋在內層的走線，其尺寸要求會有明顯差異。

建議在 EDA 工具中放置電源符號時，就同時設定該網路的 Net Class。如此一來，走線寬度規則便會自動跟隨網路，而不必等到佈線時再靠人工記住。

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結論

電源供應符號是一套數量不多，卻能傳達大量資訊的圖形語言。四大類幾乎涵蓋所有情況：圓形代表獨立源、菱形代表相依源、長短線組代表電池，而三種不同的接地符號則表示不同的回流連接。這些圖形在 IEC 60617 與 ANSI/IEEE 315 之間大致保持一致，因此只要熟悉其中一套規範，就能讀懂另一套。

最值得避免的兩個錯誤，是把受控源畫成圓形，以及把機殼接地、大地接地和訊號接地視為同一個網路。這兩種問題都不一定會觸發設計規則檢查，但在 PCB 製造完成後才發現時，修正成本往往相當高。只要在原理圖階段正確使用符號，後續的 Net Class、平面配置與走線寬度就能自然地建立起來。

電源供應符號常見問題