AC/DC基礎(chǔ)：所謂開(kāi)關(guān)方式

公司總裁 2021-04-03

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使用開(kāi)關(guān)元件的AC/DC轉(zhuǎn)換方式如圖5所示。

開(kāi)關(guān)方式為一開(kāi)始先用橋式二極器，整流100VAC。變壓器方式，會(huì)先利用變壓器降低AC/AC電壓，但開(kāi)關(guān)方式卻是直接整流高AC電壓。因此，橋式二極管必須能夠承受高電壓。100VAC的峰值約140V左右。

再以電容器使其平滑。這部分同樣使用高電壓規(guī)格品。

接著，通過(guò)開(kāi)關(guān)元件ON/OFF斬波(切分)高DC電壓，并經(jīng)由高頻變壓器，將電能傳送至二次側(cè)。

此時(shí)的ON/OFF頻率，也就是開(kāi)關(guān)頻率，使用比輸入AC頻率50/60Hz高出許多的數(shù)十kHz，然后再轉(zhuǎn)換成呈現(xiàn)如圖5般方波的AC。

利用二次側(cè)的整流二極管，整流該高頻率AC電壓，接著以電容器使其平滑后，再轉(zhuǎn)換成設(shè)定的DC輸出電壓。圖片中省略了高頻率AC電壓的整流波形，但它是使用1個(gè)二極管的半波整流，因此請(qǐng)各位參照?qǐng)D2。此外，轉(zhuǎn)換成需要的DC電壓時(shí)，必須設(shè)定如圖5般的開(kāi)關(guān)元件控制電路。（此電路構(gòu)造為反激式的范例。反激式留待后述。）

切分高DC電壓轉(zhuǎn)換成AC，之后再通過(guò)整流-平滑，轉(zhuǎn)換成低DC電壓的方法，和一般采用開(kāi)關(guān)方式轉(zhuǎn)換DC/DC相同。此進(jìn)一步細(xì)分采用開(kāi)關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換的過(guò)程，就是先從DC開(kāi)關(guān)成AC后，再開(kāi)關(guān)至DC。另外，使用3引腳的線性穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換DC/DC時(shí)，就只是單純將DC轉(zhuǎn)換成DC而已。

整流-平滑后以開(kāi)關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換原理

先說(shuō)明整流AC后再轉(zhuǎn)換成DC的原理，并在之后約略解說(shuō)一下采用開(kāi)關(guān)方式轉(zhuǎn)換DC/DC的原理。

圖6是利用代表性的控制方式PWM（Pulse Width Modulation:脈沖寬度調(diào)制)方式加以降壓的原理。PWM是指讓周期(頻率)保持恒定，調(diào)整ON和OFF的時(shí)間比，也就是占空比來(lái)進(jìn)行控制的方法，能運(yùn)用在多種應(yīng)用上。采用PWM時(shí)，經(jīng)由開(kāi)關(guān)將DC電壓轉(zhuǎn)換成達(dá)到必要占空比的AC后，接著再進(jìn)行整流回到DC，以取得想要的DC電壓。例如經(jīng)由開(kāi)關(guān)將100VDC轉(zhuǎn)換成周期25%ON、剩下OFF的25:75的AC。接著，整流-平滑該AC，也即將其均勻化后轉(zhuǎn)換成DC，電壓就會(huì)轉(zhuǎn)換成相當(dāng)于25%的25VDC。事實(shí)上，DC/DC轉(zhuǎn)換屬于功率轉(zhuǎn)換，必須提升轉(zhuǎn)換效率，雖然不必如圖片般配置，但仍須遵照其原理。此外，負(fù)載電流如果增加，電壓就會(huì)下降，反之，必須增加控制電路的脈沖寬度，并將電壓返回到設(shè)定值，進(jìn)行反饋控制，因此脈沖寬度無(wú)法保持恒定。

總而言的，AC/DC轉(zhuǎn)換是直接將輸入的AC電壓整流-平滑后，轉(zhuǎn)換成DC，再將該DC轉(zhuǎn)換成高頻率的AC，接著重復(fù)整流-平滑步驟，轉(zhuǎn)換成想要的DC電壓。和前述的變壓器方式相比，必須重復(fù)AC/DC轉(zhuǎn)換2次，讓人覺(jué)得非常復(fù)雜。的確是有些復(fù)雜，但優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)，因此近年來(lái)采用開(kāi)關(guān)方式的AC/DC轉(zhuǎn)換器日漸增加。至于有哪些優(yōu)點(diǎn)則留待后述。

開(kāi)關(guān)方式使用部件和安裝例

圖7的照片是采用開(kāi)關(guān)方式的AC/DC轉(zhuǎn)換所必須部件和電路安裝例。基本構(gòu)造和圖5相同，將輸出電壓反饋至PWM控制電路上，借此穩(wěn)定控制。

圖7:PWM開(kāi)關(guān)方式 AC/DC轉(zhuǎn)換器的部件和安裝例

部件和前述的變壓器方式相似，但橋式二極管、一次側(cè)的電解電容器、開(kāi)關(guān)元件(晶體管)，全部采用可支持高電壓的規(guī)格品。

必須以數(shù)十kHz的高頻率才能工作的變壓器，我們稱(chēng)為高頻變壓器或開(kāi)關(guān)式變壓器。開(kāi)關(guān)式變壓器的鐵芯，一般都是使用鐵氧體。

開(kāi)關(guān)元件基本上使用晶體管。有功率晶體管或開(kāi)關(guān)晶體管等多種名稱(chēng)，但則以開(kāi)關(guān)電源用的高功率MOSFET最為普遍。開(kāi)關(guān)晶體管必須配合輸出功率選擇適合的規(guī)格，但當(dāng)輸出功率不太時(shí)，就能夠使用內(nèi)置開(kāi)關(guān)晶體管的控制IC，減少部件數(shù)量。

至于穩(wěn)定輸出電壓的控制電路，可以使用晶體管和運(yùn)算放大器等單獨(dú)的元件組成電路。最近除了正確、穩(wěn)定控制外，也開(kāi)始提供各種保護(hù)功能，因此愈來(lái)愈多裝置采用AC/DC轉(zhuǎn)換用IC。特別是在電路基板上安裝AC/DC電源時(shí)，設(shè)計(jì)電路上以AC/DC轉(zhuǎn)換器用IC為中心會(huì)較為實(shí)際。另外，該電路的控制IC是安裝在基板背面下方正中央旁邊。雖然SOP8是非常小的封裝，但除了控制功能外，還具備了多種保護(hù)功能。

來(lái)源：ROHM

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