AC/DC转换器的工作原理

AC-AlternaTIng current 是交流的意思 ，DC-Direct current 是直流的意思，AC/DC变换是将交流变换为直流，AC/DC转换器就是将交流电变为直流电的设备，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。

一：AC/DC转换器的工作原理-工作原理

　　交流电转换为直流电称为整流，而直流电转换为交流电称为逆变。逆变要比整流复杂得多。常用的有两种方法，一种是先通过SPWM方式，调制出正弦波波形（如果方波也可以的话，这步可以省略），然后通过一个H桥切换输出电压极性，这要求H桥的切换与SPWM电路同步，技术上较复杂但这种方式的效率好像很高，所以不少逆变器都是这种方式。

　　将直流电源转变为交流电使用的设备就是叫“逆变器”原理基本是将直流电送到用于逆变输出的三极管，利用接在该管子回路上的变压器等元器件对管子形成正反馈而使管子产生“震荡”电流（起振）而变为交流输出，如果需要比较“严格”的电流输出波形，则还要接入有关电子元器件，组成对输出波形进行整形的电路。

　　一般通过二极管整流电路或电子开关电路，都可将交流电转换为直流电。

　　AC/DC转换器的工作过程图

　　整流电路，是将工频交流电转换为脉动直流电；

　　滤波电路，将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分；

　　稳压电路，采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。

　　1整流--即把交流调整成直流，换句话就是使交流的正玄波调整到的X轴上方。但是现在还只是脉冲的。主要元件是二极管。整流方式： 全波整流（桥式整流，有专门的元件或用4个二极管） 、半波整流（x以下的波损失掉，电流不是连续的。用一个二极管做）。

　　2滤波--把波形调整成平稳的直流（可用电容） 另：根据需要的电压，可以在整流之前做变压。

　　一般来讲整流电路有如下几种方法：

　　半波整流电路：半波整流就是利用二极管的单向导电性能，使经变压器出来的电压Vo只有半个周期可以到达负载，如下：

单相桥式整流电路是基本的将交流转换为直流的电路，在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管具有单向导电性。当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

　　如果是输出220伏的直流电，必须要一个“桥式整流”电路，有时候这个电路集成成一个块，然后在输出端的正负极连接一个耐一定电压、容量足够大的的电容，此时输出端的电流基本就是稳压的直流了，电容起稳定电压的作用；

　　如果输出低压直流，先得要一个变压器，再接一个“桥式整流”电路，有时候这个电路集成成一个块，然后在输出端的正负极连接一个耐一定电压、容量足够大的的电容，此时输出端的电流基本就是稳压的直流了，电容起稳定电压的作用。

　　如果AC/DC转换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。

　　AC/DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单项、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。

二：AC/DC转换器的工作原理-典型应用电路图

　　220V变直流12V的电源原理图

FAN3224，利用倍流整流器实现自驱动同步整流（SR）

　　上图所示的双路4AFAN3224驱动器，就可以给出通过MOSFST米勒平坦区的电平转换和高峰值驱动电流

　　上图为属于整流基本种类的全波整流，以及半波整流的作用。无论哪方，都是将输入的AC电压和二极管相接，抓到负向波的振幅。半波整流只使用1个二极管，来抓到负向波的振幅，因此负向波消失，只剩下一半的波形，故称半波。全波整流使用了由4个二极管组成的桥式二极管，能旋转负向波，让它出现在正向波区域内，而能显示全波形的就是DC。

三：AC/DC转换器的工作原理-AC/DC电源控制芯片的作用

　　1）隔离：

　　1、安全隔离：强电弱电隔离\IGBT隔离驱动\浪涌隔离保护\雷电隔离保护（如人体接触的医疗电子设备的隔离保护）

　　2、噪声隔离：（模拟电路与数字电路隔离、强弱信号隔离）

　　3、接地环路消除：远程信号传输\分布式电源供电系统

　　2）保护：短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护、其它保护

　　3）电压变换：　升压变换\降压变换\交直流转换（AC/DC、DC/AC）\极性变换（正负极性转换、单电源与正负电源转换、单电源与多电源转换）

　　4）稳压：交流市电供电\远程直流供电\分布式电源供电系统\电池供电

　　5）降噪：有源滤波

四：AC/DC转换器的工作原理-AC/DC转换器的参数指标

　　电源效率

　　电源效率和电源设计线路有密切的关系，高效率的电源可以提高电能的使用效率，在一定程度上可以降低电源的自身功耗和发热量。

　　额定电压

　　用来标定器件，可长久地加在过压保护器两端的电压。

　　额定功率

　　额定功率一般指能够连续输出的有效功率；也就是在正常的工作环境下可以持续工作的功率。额定功率应该是一款电源重要的参数规格，如果电源的额定功率无法满足你电脑的需求，种种不可预知的问题恐怕就会接踵而来。

　　脉冲电流宽度

　　依据标准DIN VDE 0675 part1的过压保护设备的测试电流，被测设备必须能承受20次这样的电流。

　　即UPS允许市电电压的变化范围，因为当地的电压波动情况直接影响UPS的运行，特别是有些地区电网比较恶劣，白天和晚上的电压相差很大。如果UPS 要24小时工作，在如此大的变化范围里，UPS能否工作至关重要。如不能工作，只有转电池，这样一则电池并没有用于真正的断电，二则频繁转电池会影响电池的寿命。如果该UPS的转电池装置为继电器，则对继电器的损坏特别严重，大大增加了UPS的故障率。

　　电源功率

　　电源功率越小，机器所产生的热量就小，这样机器连续投影时间就长。为了使用安全，投影机里一般装有过热保护装置。

　　噪音和滤波

　　这项指标需要通过仪器才能直观量化判断，主要是220V交流电经过开关电源的滤波和稳压变换成各种低电压的直流电，噪音标志输出直流电的平滑程度，滤波品质的高低直接关系到输出直流电中交流分量的高低，也被称为波纹系数，这个系数越小越好。同时滤波电容的容量和品质也关系到电流有较大变动时电压的稳定程度。

　　阻抗

　　阻抗（Impedance）：注意与电阻含义的区别，在直流电（DC）的世界中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻，但是在交流电（AC）的领域中则除了电阻会阻碍电流以外，电容及电感也会阻碍电流的流动，这种作用就称之为电抗，而我们日常所说的阻抗是电阻与电抗在向量上的和。

　　回波损耗

　　在高频场合，反映行波在保护设备的过渡点处被反射的比例。 在这一参数下可直接衡量， 保护器件与系统的涌波阻抗的匹配程度。对于数据传输系统，为防止位错误，系统的回波损耗必须大于20dB.

　　放电电流（Imax）

　　避雷器必须承受8/20波形（参看DIN VDE 0432/10.78 part3）的测试电流， 而不引起损坏。保护器必须能承受2次这样的大电流。

　　断电保护

　　功能所谓断电保护功能，即切换设备在正常工作时可存储的通道切换命令，当因突发情况发生断电后，设备仍将保存此命令，待接电后设备自动恢复为原有的切换状态。

　　漏电保护

　　当被保护线路的相线直接或通过非预期负载对大地接通，而产生近似正弦波形并且其有效值是缓慢变化的剩余电流，当该电流大于一定数值时，保护器切断该线路。

　　短路保护

　　当被保护线路趋于短路，而产生大于5倍额定电流时，保护器切断该线路。

　　过流保护

　　当被保护线路负载增大，而产生大于1.4倍额定电流时，保护器延时后切断该线路。

　　过压保护

　　当被保护线路的电源电压高于一定数值时，保护器切断该线路；当电源电压恢复到正常范围时，保护器自动接通。