與直流-交流轉(zhuǎn)換器不同，交流-直流轉(zhuǎn)換器將交流轉(zhuǎn)換為直流。流向負(fù)載的電流的轉(zhuǎn)換，即交流到直流的轉(zhuǎn)換，稱為整流，從負(fù)載到電源的電流轉(zhuǎn)換，即直流到交流的轉(zhuǎn)換稱為有源逆變器。交流-直流變換器進入交流電流后，需要進行整流和濾波，而濾波、高頻、高電壓和高電流限制了交流-直流轉(zhuǎn)換器模塊化的進程。

 

全橋整流器-如何將交流電轉(zhuǎn)換為直流電力電子設(shè)備

什么是交流到直流轉(zhuǎn)換器？

AC是交流電的縮寫。AC是一種電流，其大小和極性（方向）隨時間周期性變化。電流極性在1秒內(nèi)變化的次數(shù)稱為頻率，用Hz表示。

DC是直流電的縮寫。DC是一種極性（方向）不隨時間變化的電流。隨著時間的推移，既不在極性（方向）上流動，也不在幅度上流動的電流通常被稱為DC。流動極性不隨時間變化，但其大小隨時間變化的電流也是DC，通常被稱為紋波電流。AC到DC轉(zhuǎn)換器是指將AC（交流電壓）轉(zhuǎn)換為DC（直流電壓）的部件。

 

 

為什么我需要一個交流到直流轉(zhuǎn)換器？

房屋和建筑物接收的電壓是100V或200V的交流電壓。然而，我們使用的大多數(shù)電器都在5V或3.3V的直流電壓下工作。也就是說，如果不將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，電器就無法工作。其中，也有一些產(chǎn)品可以通過交流電壓驅(qū)動，比如電機和燈泡，但電機與微控制器的控制電路相連，燈泡也變成了節(jié)能LED，因此交流到直流的轉(zhuǎn)換是必要的。

 

為什么要傳輸交流電壓？

有人可能會想，既然電器使用直流電，為什么不首先傳輸直流電呢？眾所周知，電力來自水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠、核電站等。這些發(fā)電站位于山區(qū)或沿海地區(qū)，從這些地區(qū)到城市地區(qū)，交流電壓更具優(yōu)勢。

簡而言之，通過以高電壓和低電流傳輸AC電壓，可以降低傳輸損耗（能量損耗）。然而，在實際的家庭中，由于高壓不能直接使用，因此需要通過幾個變電站分階段進行轉(zhuǎn)換（降壓），最終轉(zhuǎn)換為100V或200V，然后進入家庭。由于交流，這些轉(zhuǎn)換也更簡單，因此交流電壓被傳輸。

 

交直流變換器的整流方法

 

 

將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的整流方法有全波整流和半波整流。在這兩種情況下，二極管的正向電流特性都用于整流。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)電壓分量轉(zhuǎn)換為正電壓，然后整流為直流電壓（脈沖電壓）。

半波整流使用二極管來消除輸入的負(fù)電壓分量，并將其整流為直流電壓（脈沖電壓）。然后，通過電容器的充電和放電功能對波形進行平滑，將其轉(zhuǎn)換為純直流電壓。因此，可以說，全波整流是比不利用輸入負(fù)電壓分量的半波整流更有效的整流方法。

此外，平滑波紋電壓根據(jù)電容器容量和負(fù)載而變化。全波整流和半波整流在相同電容容量和負(fù)載條件下，全波整流的紋波電壓較小。紋波電壓越小，穩(wěn)定性越高，性能越好。

 

交流-直流轉(zhuǎn)換方法

交流-直流轉(zhuǎn)換有變壓器方法和開關(guān)方法。

 

● 變壓器方法

變壓器方法首先需要通過變壓器將交流電壓降壓到合適的交流電壓（例如，從AC100V到AC10V等）。這是一種交流到交流的轉(zhuǎn)換，降壓值由變壓器的繞組比設(shè)置。接下來，由變壓器降壓的交流電壓由二極管橋式整流器進行全波整流并轉(zhuǎn)換為脈沖電壓。最后，電容器平滑并輸出紋波小的直流電壓，這是最傳統(tǒng)的交流到直流轉(zhuǎn)換方法。

 

 

● 切換方式

變壓器的方法是首先通過變壓器進行交流/交流降壓，而開關(guān)的方法是直接用二極管橋式整流器對交流電壓進行整流。由于普通家庭的功耗為AC100V或AC200V，因此二極管橋式整流器必須具有能夠承受高壓電池或高壓的規(guī)格。

接下來，用電容器平滑直流電壓（脈沖電壓）。電容器還需要高耐壓電容器。然后，直流電壓通過開關(guān)元件的接通/斷開而被斬波（切斷），并且電壓通過高頻變壓器降壓并被發(fā)送到次級側(cè)。此時，斬波波形變?yōu)榉讲ā?/p>

與家用頻率（50/60Hz）相比，開關(guān)元件使用更高的頻率（例如100kHz）。由于高頻操作，可以實現(xiàn)變壓器的小型化和重量減輕。方波由次級側(cè)的整流二極管進行半波整流，然后由電容器進行平滑，并輸出直流電壓。

開關(guān)方法是使用控制電路來控制開關(guān)元件以獲得穩(wěn)定和期望的DC輸出（例如DC12V）的方法。與變壓器法相比，開關(guān)法由開關(guān)元件和控制電路組成，電路結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。然而，由于可以基于高頻控制使用小型變壓器，這有助于設(shè)備的小型化，這是它的一大優(yōu)勢。

 

什么是反饋控制？

開關(guān)式交流-直流轉(zhuǎn)換器確認(rèn)實際輸出直流電壓值，并根據(jù)電壓信息控制開關(guān)元件，以確保穩(wěn)定實現(xiàn)指定的直流輸出。這種確認(rèn)輸出電壓值以控制開關(guān)元件的機制被稱為反饋控制（FB控制）。

 

 

開關(guān)式交流-直流轉(zhuǎn)換器通過二極管橋?qū)涣麟妷哼M行整流，并通過電容器對其進行平滑處理，以將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。然后，直流電壓由開關(guān)元件斬波（ON/OFF），然后由高頻變壓器降壓并傳輸?shù)酱渭墏?cè)，然后由電容器平滑以輸出預(yù)定的直流電壓。FB控制電路檢測實際輸出電壓值是否達到指定的目標(biāo)電壓值。

當(dāng)實際輸出電壓值低于目標(biāo)電壓值時，控制開關(guān)元件以使導(dǎo)通時間更長。通過這種方式，輸出電壓值將上升。相反，當(dāng)電壓高于目標(biāo)電壓值時，控制接通時間縮短。這樣，反饋控制電路不斷地檢查實際輸出電壓值，并根據(jù)該值調(diào)整開關(guān)元件的接通/斷開時間，以確保目標(biāo)輸出電壓值的穩(wěn)定性。

 

什么是輕載模式？

開關(guān)式AC到DC轉(zhuǎn)換器和DC到DC轉(zhuǎn)換器通過ON/OFF轉(zhuǎn)換執(zhí)行電壓斬波和電容器平滑，以穩(wěn)定地提供目標(biāo)輸出電壓值。然而，這種開關(guān)在接通/斷開期間會產(chǎn)生瞬時漏電流（擊穿電流）。也就是說，每單位時間的接通/斷開次數(shù)越多，由漏電流引起的損失就越大，效率就越低。

 

 

當(dāng)周期恒定時（PWM控制），即使ON/OFF時間比改變，每單位時間的次數(shù)也是恒定的。結(jié)果，自耗散的量也是恒定的，并且在輕負(fù)載下開關(guān)泄漏電流的這種損失降低了效率。因此，在使用較少電流的情況下，使用頻率調(diào)制（PFM控制）來延長和減慢周期，從而減少每單位時間的ON/OFF轉(zhuǎn)換次數(shù)并減少損耗。這種技術(shù)被稱為輕負(fù)載模式。

PWM和PFM的使用可以根據(jù)情況進一步提高效率。例如，當(dāng)負(fù)載高時（使用電流），使用周期常數(shù)PWM控制，并且當(dāng)負(fù)載輕時（不使用電流）使用周期可變PFM控制。