ac/dc转换器的作用（何谓AC/DC转换器）

首先，让让我们谈谈交流电和直流电的概念。

什么是AC？

交流电。

交流电是一种电流，其大小和极性(方向)随时间周期性变化。

电流极性在一秒钟内变化的次数称为频率，用赫兹表示。

什么是DC？

直流电的缩写。

DC是一种极性(方向)不随时间变化的电流。

流动极性(方向)和大小不随时间变化的电流通常称为DC。

流动极性不随时间变化，但其大小随时间变化的电流也是DC，通常称为纹波电流。

一、交流/DC转换器

什么是交流/DC转换器？

交流/DC转换器是指将交流(交流电压)转换成DC(直流电压)的元件。

为什么需要交流/DC转换器？

那因为家庭和建筑物接收的电压是100伏或200伏交流电压。然而，人们使用的电器大多工作在5V或3.3V的DC电压下，也就是说，如果交流电压没有转换成DC电压，电器就不能工作。

还有电机、灯泡等可以用交流电压驱动的产品。而电机与微控制器的控制电路相连，灯泡变成节能led，就需要进行ACDC转换。

为什么会传输交流电压？

有些人可能认为，既然电器用DC，为什么不一开始就传输DC？"

众所周知，电力来自水电站、热电站、核电站等。这些发电站位于山区或沿海地区。从这些地区，交流电压更有利于传输到城市地区。

简而言之，用高电压低电流传输交流电压可以降低传输损耗(能量损耗)。但是，在实际家庭中，因为高电压可以不能直接使用，需要通过几个变电站分阶段变压(降压)，最后转换到100V或200V才能进入家庭。这些转换也传输交流电压，因为交流更简单。

全波整流和半波整流(交流/DC转换)

将交流(交流电压)转换为DC(直流电压)的整流方法包括全波整流和半波整流。在这两种情况下，二极管的正电流特性用于整流。只有样品商城卖各种型号的二极管，原厂授权现货正品。

全波整流是通过二极管桥式电路结构将输入电压的负电压分量转换成正电压，然后整流成DC电压(脉冲电压)。半波整流利用二极管消除输入的负电压分量，然后将其整流成DC电压(脉冲电压)。之后，电容器的充电和放电功能用于平滑波形，从而将其转换为纯DC电压。因此，与无负输入电压的半波整流相比，全波整流是一种更高效的整流方式。此外，平滑后的纹波电压会根据电容容量和负载而变化。

在相同电容容量和负载条件下，全波整流的纹波电压小于半波整流。纹波电压越小，稳定性越高，性能越好。

交流/DC转换方法

交流/DC转换有变压器模式和开关模式。

变压器模式

这是普通交流/DC转换器的变压器电路结构。

[变压器模式的电路结构示例]

下图显示了变压器模式下电压波形的变化。

变压器首先需要将交流电压降低到适当的交流电压(例如，从AC100V降低到AC10V等。).这属于交/交转换，降压值由变压器的绕组比设定。

接下来，由变压器降压的交流电压被二极管桥式整流器全波整流并转换成脉冲电压。最后，用电容器平滑纹波小的DC电压，这是最传统的交流/DC转换方法。

[变压器模式的波形偏移]

开关方式

这是普通交流/DC变换器的开关模式电路结构。

[开关模式的电路结构的示例]

下图显示了开关模式下电压波形的变化。

变压器的工作方式首先是通过变压器进行交/交降压，切换方式是用二极管桥式整流器直接对交流电压进行整流。由于普通家庭的用电电压为AC100V或AC200V，二极管桥式整流器必须具有能承受高电压的规格。

接下来，用电容器平滑DC电压(脉冲电压)。电容器也需要能承受高电压的电容器。然后，DC电压通过开关元件的开/关被斩波(切断)，然后通过高频变压器被降低并被传输到次级侧。此时，斩波波形变为方波。

与家用频率(50/60Hz)相比，开关元件使用的频率更高(例如100kHz)。由于高频操作，变压器可以小型化和便携。

[切换模式的波形偏移]

在副边，方波由半波整流二极管整流，然后由电容平滑，输出DC电压。

开关模式是由控制电路控制开关元件以获得稳定的预期DC输出(例如，DC12V)的模式。

与变压器模式相比，开关模式由开关元件和控制电路组成，电路结构更加复杂。但是，因为可以基于高频控制使用小型变压器，所以有助于设备的小型化，这是一个很大的优点。

反馈控制

什么是反馈控制？

开关AC/DC变换器确定实际输出的DC电压值，并根据电压信息控制开关元件，从而保证稳定实现指定的DC输出。这种确认输出电压值以控制开关元件的机制被称为反馈控制(FB控制)。

[开关模式电路结构的示例]

反馈示意图

开关交流/DC变换器通过二极管电桥对交流电压进行整流，然后通过电容器对其进行平滑，将交流电压转换成DC电压。然后，DC电压被开关元件斩波(开/关)，然后被高频变压器降低并传输到次级侧，然后被电容器平滑以输出预定的DC电压(VDC)。

FB控制电路检测实际输出电压值是否达到指定的目标电压值。

[平滑输出电压示意图]

当实际输出电压值低于目标电压值时，开关元件将被控制以使导通时间更长。这样，输出电压就会上升。相反，当它高于目标电压值时，控制接通时间变短。

这样，反馈控制电路总是确认实际输出电压值，并根据该值调整开关元件的导通/截止时间，以确保目标输出电压值的稳定性。

轻负载模式

什么是轻载模式？

在使用较小输出电流时提高效率的技术称为轻载模式。在DC/DC转换器中也称为突发模式。

开关AC/DC和DC/DC转换器通过开/关转换执行电压斩波和电容器平滑，以稳定地提供目标输出电压值。但是，这种开关在通/断时会产生瞬时漏电流(通过电流)。也就是说，单位时间的导通/关断次数越多，漏电流造成的损耗越大，效率越低。

当周期恒定时(PWM控制)，即使开/关时间比变化，其频率在单位时间内也是恒定的。所以其自身功耗是恒定的，轻载时这种转换漏电流造成的损耗会导致效率的降低。因此，在使用较小电流的情况下，通过频率调制(PFM控制)来延长和减慢周期，从而减少单位时间内的开/关转换次数，以降低损耗。这项技术被称为轻载模式。

[PWM模式和PFM模式]

根据情况使用PWM和PFM可以进一步提高效率，如负载高时使用周期不变的PWM控制(使用电流)，负载轻时使用周期变化的PFM控制(不使用电流)。

PWM(脉宽调制):一种控制模式，在这种模式下，频率是恒定的，输出部分通过打开开关从输入电压转移。

PFM(脉冲调频):通过固定导通时间，改变频率(改变关断时间)来调用输出部分的方式。相反，有固定关闭时间和改变开启时间的方法。

PFM模式根据输出电流改变频率，效率高，但切换时会不规则出现噪声。这种频率不确定的噪音很难消除。为了解决噪声，使用恒定频率的PWM更容易。

这样，低噪声的PWM和高效率的PFM可以相辅相成。高频驱动高负载时用PWM(噪声多)，低负载用电流少时用PFM，尽可能提高效率。

二、直流/DC转换器

什么是DC/DC转换器？

DC/DC转换器是将DC(直流)转换成DC(直流)的元件，具体指通过DC(直流)转换电压的元件。ic等电子元器件的工作电压范围不同，需要转换成相应的电压。

其产生的电压低于初始电压的变流器称为降压转换器产生高于初始电压的电压的转换器称为升压转换器

名称描述

DC/DC转换器是指将DC转换为DC的设备的名称。

它通常被称为线性调节器或开关调节器，以转换模式的名称命名。

为什么需要DC/DC转换器？

电气产品插入插座需要使用交流/DC转换器其将100V的AC(交流电)转换成DC(直流电)。这是因为大多数半导体元件只能在DC下工作。安装在整块电路板上的IC都有自己固有的工作电压范围，电压精度要求也不一样。通过不稳定电压电源供电会导致故障或特性恶化。因此，有必要使用DC/DC转换器将其转换成所需的电压并使其稳定。

通过DC/DC转换器实现电压稳定的装置称为电压调节器。

IC电源的类型

IC电源大致分为线性稳压器和开关稳压器。

由于其各自的输出形式，线性调节器只能降压输出低于输入电压的电压。

开关调节器具有自由度，输出形式包括以下四种：

输出低于输入电压的电压，升压高于输入电压的电压，升压和降压以输出恒定电压，以及从正电压反向输出负电压，而与输入电压无关。

而且开关稳压器的整流方式有同步整流和异步整流(二极管整流)。

[电源IC类型]

线性调节器和开关调节器

通过DC/DC转换器实现电压稳定的装置称为电压调节器。

根据转换方式，电压调节器分为线性调节器和开关调节器。

线性电压稳定

因为投入和产出的关系是线性的，所以叫做线性电压调节器

因为控制元件串联在输入和输出之间，所以有时称为系列电压调节器

电压被控制元件降低，因此输入和输出之间的电压差(降压程度)越大，损耗越大，效率越低。因此，它适用于小功率电源。

优势：

简单电路

较少的外部元件

小噪音

缺点：

无能

发热

仅降压转换器

开关式

打开开关元件(MOSFET ),从输入端向输出端供电，直到输出电压达到所需电压。

当输出电压达到规定值时，开关元件关断，输入功率不再消耗。

通过高速重复这一动作，输出电压被调整到指定值。

优势：

高效率

发热

它可以实现升压/降压/负电压的转换

缺点：

有许多外部组件

设计困难

吵闹的噪音

线性稳压器的工作原理

一般引脚组成

线性调节器基本上由三个引脚组成：VIN(输入)、VO(输出)和GND(地)。

FB(反馈引脚)被添加到具有可变输出的线性调节器，以反馈输出电压。

简单来说，定压型就是一个内置变压外接电阻的稳压器。

线性调节器的内部电路轮廓如下图所示。

其工作原理与反相放大器电路相同。误差放大器的同相引脚(FB)的电压与基准电压(VREF)相同，因此输出电压值(VO)由电阻决定

根据使用的电路不同，也有需要负电源而不是正电源的产品。

如果只有正侧电源，则无法处理低于地电位的电压，晶体管输出引脚的电压无法分配到负电平。控制晶体管安装在负输出线中以产生负电压。

[按功能分类]

其次，又可分为定压型和变压型两种。A型由三个引脚组成：输入、输出和GND，内置电阻用于设置输出电压。

当类型可以更改为GND参考类型时，添加的反馈引脚变为四个引脚。可变类型中也有带或不带GND销的浮动工作类型，在这种情况下，有三个销。

继定压式和变压式之后，又可分为标准型和LDO型。

LDO代表低压差，它是一个线性调节器，可以降低输入和输出之间的电位差。标准LDO的输入和输出之间的最低电位差约为2V，而LDO可以控制在1V以下。

什么是LDO？

LDO是低压差的缩写，它是一个线性调节器，即使输入和输出之间的电位差很低，也可以工作。

有时被称为低损耗线性调节器或低饱和线性调节器。

LDO的输入输出电位差没有数值定义，一般指稳压器稳定工作时最低电位差能控制在1V以下的稳压器。

例如，对于需要3.3V电源的IC，因为标准型可以要制造5V到3.3V的电源，需要在输入和输出之间具有低电位差的LDO。

这样，当LDO输出与标准调节器相同的电压时，它也可以设置更低的输入电压。

通过以低电位差工作，可以减少能量损失，并且可以抑制散热。

压力下降

在线性调节器内部，从VIN到VO增加了一个晶体管，该晶体管稳定工作所需的输入和输出之间的最低电位差称为压降。

当输入端的电压差低于压降时，晶体管很难维持稳定工作，输出电压会降低。

这样，为了使具有LDO的线性调节器工作，就设定了所需的最小输入电压值，此时(VO压降)就是调节器的最小工作电压值。

当输入电压值(VIN)低于最小工作电压时，输出电压不能稳定工作。

编辑：李倩

标签：电压DC开关

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