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AC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理

來源：網(wǎng)絡 2021-12-19 06:18:42

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AC-AlternaTIng current 是交流的意思，DC-Direct current 是直流的意思，AC/DC變換是將交流變換為直流，AC/DC轉(zhuǎn)換器就是將交流電變?yōu)橹绷麟姷脑O備，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。

一：AC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理-工作原理

交流電轉(zhuǎn)換為直流電稱為整流，而直流電轉(zhuǎn)換為交流電稱為逆變。逆變要比整流復雜得多。常用的有兩種方法，一種是先通過SPWM方式，調(diào)制出正弦波波形（如果方波也可以的話，這步可以省略），然后通過一個H橋切換輸出電壓極性，這要求H橋的切換與SPWM電路同步，技術上較復雜但這種方式的效率好像很高，所以不少逆變器都是這種方式。

將直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娛褂玫脑O備就是叫“逆變器”原理基本是將直流電送到用于逆變輸出的三極管，利用接在該管子回路上的變壓器等元器件對管子形成正反饋而使管子產(chǎn)生“震蕩”電流（起振）而變?yōu)榻涣鬏敵觯绻枰容^“嚴格”的電流輸出波形，則還要接入有關電子元器件，組成對輸出波形進行整形的電路。

一般通過二極管整流電路或電子開關電路，都可將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。

AC/DC轉(zhuǎn)換器的工作過程圖

整流電路，是將工頻交流電轉(zhuǎn)換為脈動直流電；

濾波電路，將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分；

穩(wěn)壓電路，采用負反饋技術，對整流后的直流電壓進一步進行穩(wěn)定。

1整流--即把交流調(diào)整成直流，換句話就是使交流的正玄波調(diào)整到的X軸上方。但是現(xiàn)在還只是脈沖的。主要元件是二極管。整流方式：全波整流（橋式整流，有專門的元件或用4個二極管）、半波整流（x以下的波損失掉，電流不是連續(xù)的。用一個二極管做）。

2濾波--把波形調(diào)整成平穩(wěn)的直流（可用電容）另：根據(jù)需要的電壓，可以在整流之前做變壓。

一般來講整流電路有如下幾種方法：

半波整流電路：半波整流就是利用二極管的單向?qū)щ娦阅埽菇?jīng)變壓器出來的電壓Vo只有半個周期可以到達負載，如下：

單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管具有單向?qū)щ娦浴．斦胫軙r，二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當負半周時，二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正、負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。

如果是輸出220伏的直流電，必須要一個“橋式整流”電路，有時候這個電路集成成一個塊，然后在輸出端的正負極連接一個耐一定電壓、容量足夠大的的電容，此時輸出端的電流基本就是穩(wěn)壓的直流了，電容起穩(wěn)定電壓的作用；

如果輸出低壓直流，先得要一個變壓器，再接一個“橋式整流”電路，有時候這個電路集成成一個塊，然后在輸出端的正負極連接一個耐一定電壓、容量足夠大的的電容，此時輸出端的電流基本就是穩(wěn)壓的直流了，電容起穩(wěn)定電壓的作用。

如果AC/DC轉(zhuǎn)換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

二：AC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理-典型應用電路圖

220V變直流12V的電源原理圖

FAN3224，利用倍流整流器實現(xiàn)自驅(qū)動同步整流（SR）

上圖所示的雙路4AFAN3224驅(qū)動器，就可以精確給出通過MOSFST米勒平坦區(qū)的電平轉(zhuǎn)換和高峰值驅(qū)動電流

上圖為屬于整流基本種類的全波整流，以及半波整流的作用。無論哪方，都是將輸入的AC電壓和二極管相接，抓到負向波的振幅。半波整流只使用1個二極管，來抓到負向波的振幅，因此負向波消失，只剩下一半的波形，故稱半波。全波整流使用了由4個二極管組成的橋式二極管，能旋轉(zhuǎn)負向波，讓它出現(xiàn)在正向波區(qū)域內(nèi)，而能顯示全波形的就是DC。

三：AC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理-AC/DC電源控制芯片的作用

1）隔離：

1、安全隔離：強電弱電隔離\IGBT隔離驅(qū)動\浪涌隔離保護\雷電隔離保護（如人體接觸的醫(yī)療電子設備的隔離保護）

2、噪聲隔離：（模擬電路與數(shù)字電路隔離、強弱信號隔離）

3、接地環(huán)路消除：遠程信號傳輸\分布式電源供電系統(tǒng)

2）保護：短路保護、過壓保護、欠壓保護、過流保護、其它保護

3）電壓變換：　升壓變換\降壓變換\交直流轉(zhuǎn)換（AC/DC、DC/AC）\極性變換（正負極性轉(zhuǎn)換、單電源與正負電源轉(zhuǎn)換、單電源與多電源轉(zhuǎn)換）

4）穩(wěn)壓：交流市電供電\遠程直流供電\分布式電源供電系統(tǒng)\電池供電

5）降噪：有源濾波

四：AC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理-AC/DC轉(zhuǎn)換器的參數(shù)指標

電源效率

電源效率和電源設計線路有密切的關系，高效率的電源可以提高電能的使用效率，在一定程度上可以降低電源的自身功耗和發(fā)熱量。

額定電壓

用來標定器件，可長久地加在過壓保護器兩端的電壓。

額定功率

額定功率一般指能夠連續(xù)輸出的有效功率；也就是在正常的工作環(huán)境下可以持續(xù)工作的最大功率。額定功率應該是一款電源最重要的參數(shù)規(guī)格，如果電源的額定功率無法滿足你電腦的需求，種種不可預知的問題恐怕就會接踵而來。

脈沖電流寬度

依據(jù)標準DIN VDE 0675 part1的過壓保護設備的測試電流，被測設備必須能承受20次這樣的電流。

輸入電壓范圍

即UPS允許市電電壓的變化范圍，因為當?shù)氐碾妷翰▌忧闆r直接影響UPS的運行，特別是有些地區(qū)電網(wǎng)比較惡劣，白天和晚上的電壓相差很大。如果UPS 要24小時工作，在如此大的變化范圍里，UPS能否工作至關重要。如不能工作，只有轉(zhuǎn)電池，這樣一則電池并沒有用于真正的斷電，二則頻繁轉(zhuǎn)電池會影響電池的壽命。如果該UPS的轉(zhuǎn)電池裝置為繼電器，則對繼電器的損壞特別嚴重，大大增加了UPS的故障率。

電源功率

電源功率越小，機器所產(chǎn)生的熱量就小，這樣機器連續(xù)投影時間就長。為了使用安全，投影機里一般裝有過熱保護裝置。

噪音和濾波

這項指標需要通過專業(yè)儀器才能直觀量化判斷，主要是220V交流電經(jīng)過開關電源的濾波和穩(wěn)壓變換成各種低電壓的直流電，噪音標志輸出直流電的平滑程度，濾波品質(zhì)的高低直接關系到輸出直流電中交流分量的高低，也被稱為波紋系數(shù)，這個系數(shù)越小越好。同時濾波電容的容量和品質(zhì)也關系到電流有較大變動時電壓的穩(wěn)定程度。

阻抗

阻抗（Impedance）：注意與電阻含義的區(qū)別，在直流電（DC）的世界中，物體對電流阻礙的作用叫做電阻，但是在交流電（AC）的領域中則除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流動，這種作用就稱之為電抗，而我們?nèi)粘Ｋf的阻抗是電阻與電抗在向量上的和。

回波損耗

在高頻場合，反映行波在保護設備的過渡點處被反射的比例。在這一參數(shù)下可直接衡量，保護器件與系統(tǒng)的涌波阻抗的匹配程度。對于數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，為防止位錯誤，系統(tǒng)的回波損耗必須大于20dB.

最大放電電流（Imax）

避雷器必須承受8/20波形（參看DIN VDE 0432/10.78 part3）的測試電流，而不引起損壞。保護器必須能承受2次這樣的大電流。

斷電保護

功能所謂斷電保護功能，即切換設備在正常工作時可存儲最后的通道切換命令，當因突發(fā)情況發(fā)生斷電后，設備仍將保存此命令，待接電后設備自動恢復為原有的切換狀態(tài)。

漏電保護

當被保護線路的相線直接或通過非預期負載對大地接通，而產(chǎn)生近似正弦波形并且其有效值是緩慢變化的剩余電流，當該電流大于一定數(shù)值時，保護器切斷該線路。

短路保護

當被保護線路趨于短路，而產(chǎn)生大于5倍額定電流時，保護器切斷該線路。