首先，我們過一下AC(交流)和DC(直流)的概念。Alternating Current(交流)的首字母縮寫。AC是大小和極性(方向)隨時(shí)間呈周期性變化的電流。電流極性在1秒內(nèi)的變化次數(shù)被稱為頻率，以Hz為單位表示。

何謂DC

Direct Current(直流)的首字母縮寫。

DC是極性(方向)不隨時(shí)間變化的電流。

①流動(dòng)極性(方向)和大小皆不隨時(shí)間變化的電流通常被稱為DC。

②流動(dòng)極性不隨時(shí)間變化，但大小隨時(shí)間變化的電流也是DC，通常被稱為紋波電流 (Ripple current)。

一、AC/DC轉(zhuǎn)換器

何謂AC/DC轉(zhuǎn)換器?

AC/DC轉(zhuǎn)換器是指將AC(交流電壓)轉(zhuǎn)換成DC(直流電壓)的元件。

為什么需要AC/DC轉(zhuǎn)換器?

那是因?yàn)榧彝プ≌蜆欠拷邮盏降碾妷菏?00V或200V的AC電壓。然而大家大部分使用的電器是在5V或3.3V的DC電壓下工作的。也就是說，如果不把AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓，電器就不能工作。

其中也有電機(jī)、燈泡等可以用交流電壓驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品，但電機(jī)與微控制器的控制電路連在一起，燈泡也變成節(jié)能LED，因此有必要進(jìn)行ACDC轉(zhuǎn)換。

為什么傳輸?shù)氖茿C電壓?

可能有人會(huì)認(rèn)為“既然電器使用的是DC，那為什么不一開始就傳輸DC?”

總所周知，電力來自水力發(fā)電站、火力發(fā)電站、核電站等。這些發(fā)電站位于山區(qū)或沿海等地區(qū)，從這些地區(qū)傳輸?shù)绞袇^(qū)，AC電壓更有優(yōu)勢(shì)。

簡(jiǎn)而言之，通過以高電壓、低電流方式傳輸AC電壓，可以減少傳輸損耗(能量損耗)。然而，在實(shí)際家庭中，由于不能直接使用高電壓，所以需要通過幾個(gè)變電站分階段進(jìn)行變壓(降壓)，最后轉(zhuǎn)換成100V或200V后進(jìn)入家庭。這些轉(zhuǎn)換也因AC更簡(jiǎn)單，所以傳輸?shù)氖茿C電壓。

全波整流和半波整流(AC/DC轉(zhuǎn)換)

將AC(交流電壓)轉(zhuǎn)換為DC(直流電壓)的整流方式有全波整流和半波整流。兩種情況都利用了二極管的電流正向流通特性來進(jìn)行整流，唯樣商城在售二極管，型號(hào)多樣，原廠授權(quán)正品現(xiàn)貨。

全波整流是通過二極管橋式電路結(jié)構(gòu)將輸入電壓的負(fù)電壓成分轉(zhuǎn)換為正電壓后整流成直流電壓(脈沖電壓)。而半波整流是使用一個(gè)二極管來消除輸入負(fù)電壓成分后整流為直流電壓(脈沖電壓)。之后，利用電容器的充電和放電功能來平滑波形，從而轉(zhuǎn)換為純凈的直流電壓。因此可以說，與不利用輸入負(fù)電壓成分的半波整流相比，全波整流是更具高效率的整流方法。此外，平滑后的紋波電壓根據(jù)電容器容量和負(fù)載(LOAD)而變化。

全波整流和半波整流在相同的電容器容量和負(fù)載條件下，全波整流的紋波電壓更小。紋波電壓越小，穩(wěn)定性越高、性能越優(yōu)。

AC/DC轉(zhuǎn)換方法

AC/DC轉(zhuǎn)換有變壓器方式和開關(guān)方式。

變壓器方式

這是普通AC/DC轉(zhuǎn)換器的變壓器方式電路結(jié)構(gòu)。

【變壓器方式的電路結(jié)構(gòu)示例】

下圖顯示了變壓器方式電壓波形的變化。

變壓器方法首先需要通過變壓器將交流電壓降壓到適當(dāng)?shù)慕涣麟妷?例如，從AC100V降至AC10V等)。這屬于AC/AC轉(zhuǎn)換，降壓值由變壓器的繞組比設(shè)定。

接下來，通過二極管橋式整流器對(duì)經(jīng)過變壓器降壓的交流電壓進(jìn)行全波整流，轉(zhuǎn)換為脈沖電壓。最后，經(jīng)電容器平滑并輸出紋波小的直流電壓，這是最傳統(tǒng)的AC/DC轉(zhuǎn)換方法。

【變壓器方式的波形推移】

開關(guān)方式

這是普通AC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)方式電路結(jié)構(gòu)。

【開關(guān)方式的電路結(jié)構(gòu)示例】

下圖顯示了開關(guān)方式電壓波形的變化。

變壓器方式是首先通過變壓器進(jìn)行AC/AC降壓，而開關(guān)方式是直接用二極管橋式整流器對(duì)交流電壓進(jìn)行整流。由于普通家庭的用電電壓為AC100V或AC200V，所以二極管橋式整流器必須具有可承受高電壓的規(guī)格。

接下來，用電容器平滑直流電壓(脈沖電壓)。電容器同樣需要耐高壓的電容器。然后，通過開關(guān)元件的ON/OFF對(duì)直流電壓進(jìn)行斬波(切割)，并經(jīng)過高頻變壓器降壓后傳送到二次側(cè)。此時(shí)，斬波波形變?yōu)榉讲ā?

與家用頻率(50/60Hz)相比，開關(guān)元件使用的頻率更高(例如，100kHz)。由于高頻工作，所以可以實(shí)現(xiàn)變壓器的小型化、輕便化。

【開關(guān)方式的波形推移】

在二次側(cè)利用整流二極管對(duì)方波進(jìn)行半波整流，之后用電容器對(duì)其進(jìn)行平滑，并輸出直流電壓。

開關(guān)方式是利用控制電路控制開關(guān)元件，獲得穩(wěn)定的預(yù)期的直流輸出(例如，DC12V)的方式。

與變壓器方式相比，開關(guān)方式由開關(guān)元件和控制電路組成，電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但由于基于高頻控制可以使用小型變壓器，所以有助于設(shè)備小型化，這是它的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。

反饋控制

何謂反饋控制?

開關(guān)式AC/DC轉(zhuǎn)換器通過確認(rèn)實(shí)際輸出的DC電壓值，并根據(jù)該電壓信息對(duì)開關(guān)元件進(jìn)行控制，從而確保穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)規(guī)定的DC輸出。這種確認(rèn)該輸出電壓值以控制開關(guān)元件的機(jī)制叫做反饋控制(FB控制)。

【開關(guān)方式電路結(jié)構(gòu)示例】

反饋控制的示意圖

開關(guān)式AC/DC轉(zhuǎn)換器通過二極管電橋?qū)C電壓進(jìn)行整流，再通過電容器實(shí)施平滑處理，將AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓。然后，通過開關(guān)元件對(duì)該DC電壓進(jìn)行斬波(ON/OFF)后，通過高頻變壓器降壓后傳遞到2次側(cè)，再利用電容器進(jìn)行平滑處理，輸出規(guī)定的DC電壓(VDC)。

FB控制電路檢測(cè)實(shí)際輸出的該電壓值是否達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)電壓值。

【經(jīng)過平滑處理的輸出電壓示意圖】

實(shí)際輸出電壓值低于目標(biāo)電壓值時(shí)，則會(huì)對(duì)開關(guān)元件進(jìn)行控制，使ON時(shí)間變長(zhǎng)。這樣，輸出電壓值就會(huì)上升。反之，高于目標(biāo)電壓值時(shí)，則控制ON時(shí)間變短。

這樣，反饋控制電路常時(shí)對(duì)實(shí)際輸出電壓值進(jìn)行確認(rèn)，并根據(jù)該值調(diào)整開關(guān)元件的ON/OFF時(shí)間，確保目標(biāo)輸出電壓值的穩(wěn)定。

輕負(fù)載模式

何謂輕負(fù)載模式?

提高使用較少輸出電流時(shí)的效率的技術(shù)叫做輕負(fù)載模式。在DC/DC轉(zhuǎn)換器等中也叫脈沖串模式。

開關(guān)式AC/DC及DC/DC轉(zhuǎn)換器通過ON/OFF轉(zhuǎn)換進(jìn)行電壓斬波和電容器平滑處理，以穩(wěn)定提供目標(biāo)輸出電壓值。但是，這種轉(zhuǎn)換在ON/OFF時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間漏電流(貫通電流)。也就是說，單位時(shí)間內(nèi)的ON/OFF次數(shù)越多，漏電流導(dǎo)致的損失越大，效率越低。

周期恒定(PWM控制)時(shí)，即使ON/OFF時(shí)間比有變化，其次數(shù)在單位時(shí)間內(nèi)也是恒定的。因此，自身功耗量也是恒定的，輕負(fù)載時(shí)這種轉(zhuǎn)換漏電流造成的損失會(huì)導(dǎo)致效率降低。故此，在使用電流少的情況下，通過頻率調(diào)制(PFM控制)將周期拉長(zhǎng)、變慢，從而減少單位時(shí)間內(nèi)的ON/OFF轉(zhuǎn)換次數(shù)，以減少損失。這種技術(shù)就叫做輕負(fù)載模式。