AC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理

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(shè)備，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率流由負(fù)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(fù)雜得多。常用的有兩種方法，一種是先通過(guò)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(guò)一個(gè)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(shù)上較復(fù)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(shè)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(duì)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?，如果需要比較“嚴(yán)格”的電流輸出波形，則還要接入有關(guān)電子元器件，組成對(duì)輸出波形進(jìn)行整形的電路。

一般通過(guò)二極管整流電路或電子開(kāi)關(guān)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(guò)程圖

整流電路，是將工頻交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電;

濾波電路，將脈動(dòng)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(fù)反饋技術(shù)，對(duì)整流后的直流電壓進(jìn)一步進(jìn)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(mén)的元件或用4個(gè)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(gè)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(lái)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?，使?jīng)變壓器出來(lái)的電壓Vo只有半個(gè)周期可以到達(dá)負(fù)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(shí)，整流電路中的二極管具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。

如果是輸出220伏的直流電，必須要一個(gè)“橋式整流”電路，有時(shí)候這個(gè)電路集成成一個(gè)塊，然后在輸出端的正負(fù)極連接一個(gè)耐一定電壓、容量足夠大的的電容，此時(shí)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(gè)變壓器，再接一個(gè)“橋式整流”電路，有時(shí)候這個(gè)電路集成成一個(gè)塊，然后在輸出端的正負(fù)極連接一個(gè)耐一定電壓、容量足夠大的的電容，此時(shí)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(duì)較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)(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(biāo)準(zhǔn)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(kāi)關(guān)動(dòng)作，使得解決EMC電磁兼容問(wèn)題難度加大，也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開(kāi)關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)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(xiàng)、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(yīng)用電路圖

220V變直流12V的電源原理圖

FAN3224，利用倍流整流器實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)同步整流(SR)

上圖所示的雙路4AFAN3224驅(qū)動(dòng)器，就可以精確給出通過(guò)MOSFST米勒平坦區(qū)的電平轉(zhuǎn)換和高峰值驅(qū)動(dòng)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(wú)論哪方，都是將輸入的AC電壓和二極管相接，抓到負(fù)向波的振幅。半波整流只使用1個(gè)二極管，來(lái)抓到負(fù)向波的振幅，因此負(fù)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(gè)二極管組成的橋式二極管，能旋轉(zhuǎn)負(fù)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(qiáng)電弱電隔離IGBT隔離驅(qū)動(dòng)浪涌隔離保護(hù)雷電隔離保護(hù)(如人體接觸的醫(yī)療電子設(shè)備的隔離保護(hù))

2、噪聲隔離：(模擬電路與數(shù)字電路隔離、強(qiáng)弱信號(hào)隔離)

3、接地環(huán)路消除：遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸分布式電源供電系統(tǒng)

2)保護(hù)：短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、其它保護(hù)

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(fù)極性轉(zhuǎn)換、單電源與正負(fù)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(yuǎn)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(biāo)

電源效率

電源效率和電源設(shè)計(jì)線路有密切的關(guān)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(lái)標(biāo)定器件，可長(zhǎng)久地加在過(guò)壓保護(hù)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(yīng)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(wú)法滿足你電腦的需求，種種不可預(yù)知的問(wèn)題恐怕就會(huì)接踵而來(lái)。

脈沖電流寬度

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DIN VDE 0675 part1的過(guò)壓保護(hù)設(shè)備的測(cè)試電流，被測(cè)設(shè)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?yàn)楫?dāng)?shù)氐碾妷翰▌?dòng)情況直接影響UPS的運(yùn)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(shí)工作，在如此大的變化范圍里，UPS能否工作至關(guān)重要。如不能工作，只有轉(zhuǎn)電池，這樣一則電池并沒(méi)有用于真正的斷電，二則頻繁轉(zhuǎn)電池會(huì)影響電池的壽命。如果該UPS的轉(zhuǎn)電池裝置為繼電器，則對(duì)繼電器的損壞特別嚴(yán)重，大大增加了UPS的故障率。

電源功率

電源功率越小，機(jī)器所產(chǎn)生的熱量就小，這樣機(jī)器連續(xù)投影時(shí)間就長(zhǎng)。為了使用安全，投影機(jī)里一般裝有過(guò)熱保護(hù)裝置。

噪音和濾波

這項(xiàng)指標(biāo)需要通過(guò)專業(yè)儀器才能直觀量化判斷，主要是220V交流電經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源的濾波和穩(wěn)壓變換成各種低電壓的直流電，噪音標(biāo)志輸出直流電的平滑程度，濾波品質(zhì)的高低直接關(guān)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(gè)系數(shù)越小越好。同時(shí)濾波電容的容量和品質(zhì)也關(guān)系到電流有較大變動(dòng)時(shí)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(duì)電流阻礙的作用叫做電阻，但是在交流電(AC)的領(lǐng)域中則除了電阻會(huì)阻礙電流以外，電容及電感也會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，這種作用就稱之為電抗，而我們?nèi)粘Ｋf(shuō)的阻抗是電阻與電抗在向量上的和。

回波損耗

在高頻場(chǎng)合，反映行波在保護(hù)設(shè)備的過(guò)渡點(diǎn)處被反射的比例。 在這一參數(shù)下可直接衡量， 保護(hù)器件與系統(tǒng)的涌波阻抗的匹配程度。對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，為防止位錯(cuò)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(cè)試電流， 而不引起損壞。保護(hù)器必須能承受2次這樣的大電流。

斷電保護(hù)

功能所謂斷電保護(hù)功能，即切換設(shè)備在正常工作時(shí)可存儲(chǔ)最后的通道切換命令，當(dāng)因突發(fā)情況發(fā)生斷電后，設(shè)備仍將保存此命令，待接電后設(shè)備自動(dòng)恢復(fù)為原有的切換狀態(tài)。

漏電保護(hù)

當(dāng)被保護(hù)線路的相線直接或通過(guò)非預(yù)期負(fù)載對(duì)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(dāng)該電流大于一定數(shù)值時(shí)，保護(hù)器切斷該線路。

短路保護(hù)

當(dāng)被保護(hù)線路趨于短路，而產(chǎn)生大于5倍額定電流時(shí)，保護(hù)器切斷該線路。

過(guò)流保護(hù)

當(dāng)被保護(hù)線路負(fù)載增大，而產(chǎn)生大于1.4倍額定電流時(shí)，保護(hù)器延時(shí)后切斷該線路。

過(guò)壓保護(hù)

當(dāng)被保護(hù)線路的電源電壓高于一定數(shù)值時(shí)，保護(hù)器切斷該線路;當(dāng)電源電壓恢復(fù)到正常范圍時(shí)，保護(hù)器自動(dòng)接通。