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2016年3月30日AC / DC

所谓开关方式

AC / DC基本知识

使用开关元件转换的AC / DC的方式如图5所示。

开关方式为一开始先用桥式二极器,整流100VAC。使用变压器时,会先利用变压器降低AC / AC电压,但开关方式却是直接整流高AC电压。因此,桥式二极体必须能够承受高电压.100VAC的峰值约140V左右。

再来以电容使其平滑。这部分同样使用高电压规格品。

接着,藉由开关元件ON / OFF截断(切分)高DC电压,并经由高频变压器,将能量传送至二次侧。此时的ON / OFF频率,也就是开关频率,使用比输入交流频率50 / 60Hz的高出许多的数十千赫,然后再转换成呈现如图5般方形波的交流。

图5:采用开关方式转换AC / DC

利用二次侧的整流二极体,整流此一高频率的交流电压,接着以电容使其平滑后,再转换成设定的DC输出电压。图片中省略了高频率的交流电压的整流波形,但它是使用1个二极体的半波整流,因此请各位参照图2,另外,变换成需要的DC电压时,必须设置如图5般的开关元件控制电路。(此电路构造为返驰式的范例。返驰式留待后述。)

切分高DC电压转换成AC,之后再藉由整流 - 平滑,转换成低直流电压的方法,和一般采开关方式转换DC / DC相同在此进一步细分采开关方式转换DC / DC的过程,就是先从DC开关成AC后,再开关至DC。另外,使用3端子的线性稳压器转换DC / DC时,就只是单纯将DC转换成DC而已。

整流 - 平滑后以开关方式转换DC / DC的原理

先说明整流AC后再转换成DC的原理,并在之后约略解说一下采开关方式转换DC / DC的原理。

图6的交换系统为基础的DC / DC转换了结PWM作为例子原则

图6:以PWM为例,说明采用开关方式转换DC / DC的原理

图6是利用代表性的控制方式的PWM(脉宽调制:脉冲宽度调变)加以降压的原理.PWM是让周期(频率)保持一定,调整ON和OFF的时间比,也就是工作周期(占空周期)来进行控制的方式,能运用在多种应用装置上。采用PWM时,经由开关将DC电压转换成达到必要工作周期的AC后,接着再进行整流回到DC,以取得想要的DC电压。例如经由开关将100VDC转换成周期25%ON,OFF剩下的25:75之AC接着,整流 - 平滑该AC,亦即将其均匀化后转换成DC,电压就会转换成相当于25%的25VDC。事实上,DC / DC转换属于功率转换,必须提升转换效率,虽然不必如图片般配置,但仍须遵照其原理。此外,负载电流若增加,电压就会下降,反而必须增加控制电路的脉冲宽度,并将电压回复到设定值,进行回馈控制,因此脉冲宽度无法保持固定。

总而言之,AC / DC转换是直接将输入的AC电压整流 - 平滑后,转换成DC,再将该DC转换成高频率的AC,接着重复整流 - 平滑步骤,转换成想要的DC电压和前述的变压器方式相比,必须重复AC / DC转换2次,让人觉得非常复杂。的确是有些复杂,但优点大于缺点,因此近年来采用开关方式的AC / DC转换器日渐增加。至于有哪些优点则留待后述。

使用开关方式的零件和安装范例

图7的照片是采用开关方式,转换AC / DC时所必要的零件和回路安装范例。基本构造和图5相同,将输出电压反馈至PWM控制电路上,借此稳定控制。

AC_fig_7-1AC_fig_7-2

图7:PWM采用开关方式时,AC / DC转换器的零件和安装范例

部品和前述的变压器方式相似,但桥式二极体,一次侧的电解电容,开关元件(电晶体),全部采用可因应高电压的规格品。

必须以数十千赫兹的高频率才能驱动的变压器,我们称为高频变压器或开关式变压器。开关式变压器的线圈,一般都是使用铁氧体(铁氧体)。

开关元件基本上会使用电晶体,有功率电晶体或开关电晶体等多种名称,但则以开关电源用的高功率MOSFET最为普遍。开关电晶体必须配合输出功率选择适合的规格,但当输出功率不太时,就能够使用内建开关电晶体的控制IC,减少零件数量。

至于稳定输出电压的控制电路,可以使用电晶体和运算放大器等单独的元件组成电路。然而,最近除了正确,稳定控制外,也开始提供各种保护功能,因此愈来愈多装置采用AC / DC转换用IC。尤其是在电路机板上安装AC / DC电源时,设计电路上以AC / DC转换器用IC为中心会较为实际。另外,该电路的控制IC是安装在机板背面下方正中央旁边。虽然SOP8是非常小的封装,但除了控制功能外,还具备了多种保护功能。

重点:

·比变压器方式复杂许多,但为近几年的主流。

·利用控制IC,能简化设计。

AC / DC转换的基本资料