AC-DC工作原理以及 PCB設(shè)計要點

為什么需要將AC轉(zhuǎn)換成DC？

因為大部分家庭所使用的電器都是在5v，3.3v的DC電壓，如果不把AC轉(zhuǎn)換成DC就無法使電器工作。

為什么一開始供電站不直接傳輸DC呢？

因為我們的電力通常都是在比較偏僻的山區(qū)或者是沿海地區(qū)，從這些地區(qū)傳輸?shù)绞袇^(qū)，AC電壓會比較有優(yōu)勢，通過高電壓低電流方式傳輸AC電壓，可以減小傳輸?shù)膿p耗，高壓電經(jīng)過供電站分階段轉(zhuǎn)換成220VAC后再傳輸?shù)郊彝ギ?dāng)中。

AC一般有哪些方式轉(zhuǎn)換成DC？

一般AC轉(zhuǎn)換成DC有兩種方式：

1.?變壓器轉(zhuǎn)換

2.?開關(guān)方式轉(zhuǎn)換

如何轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的原理是什么？

①變壓器轉(zhuǎn)換：

1.變壓器轉(zhuǎn)換是先由低頻變壓器（因為AC高壓的頻率是50-60HZ）將AC高壓轉(zhuǎn)換成AC低壓。

2.然后再通過整流將已經(jīng)降壓的AC轉(zhuǎn)換成DC。

3.但是由于剛轉(zhuǎn)換過的DC紋波太嚴(yán)重了，我們要想辦法把紋波減小，這個時候我們可以通過電容濾波來平滑電壓。

整流方式：

AC-DC變壓器實現(xiàn)方式：

AD-DC變壓器實現(xiàn)方式波形變化：

②開關(guān)方式轉(zhuǎn)換：

1.?先采用橋式整流將AC轉(zhuǎn)換成DC

2.?然后通過電容平滑電壓

3.?接著通過開關(guān)元件對直流電壓進行斬波

4.?經(jīng)過高頻變壓器降壓后斬波變?yōu)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1465734.html">方波

5.?然后再利用整流二極管對方波進行半波整流

6.?之后再利用電容器平滑電壓，并輸出直流電壓

AC-DC開關(guān)實現(xiàn)方式：

AD-DC開關(guān)實現(xiàn)方式波形變化：

這兩種轉(zhuǎn)換方式都有什么優(yōu)缺點呢？

用于AC-DC的電源拓撲，一般有正激式開關(guān)電源、反激式開關(guān)電源、半橋式開關(guān)電源以及全橋式開關(guān)電源等等。

AC-DC電路框架看起來似乎很簡單，但是實際的電路我們還需要加上其他電路來確保電源轉(zhuǎn)換的可控性，高效性，以及安全性等等！

完整AC-DC基本電路框架

一個完整的AC-DC電路通常會包含以下幾個電路模塊：

①. 在整流之前，AC轉(zhuǎn)DC電源通常需要添加一個輸入濾波電路，同于去除輸入交流電中的高頻噪聲和干擾，這樣可以保證穩(wěn)定的直流輸出，并減少對后續(xù)電路的干擾。

②. 整流橋：用于將交流電輸入轉(zhuǎn)換為直流電，整流橋通常是由四個二極管組成，可以將交流電的正半周和負半周分別轉(zhuǎn)換為正向和反向的直流電。

③. 濾波電路：用于平滑輸出的直流電，去除其中的紋波，一般使用電容器或電感器構(gòu)成低通濾波電路，通過存儲或消耗電荷以減小輸出的紋波。

④. 穩(wěn)壓電路：用于輸出穩(wěn)定的電壓，穩(wěn)壓電路通常由穩(wěn)壓器組成，可以通過反饋調(diào)整輸出電壓。

⑤. 輸出保護電路：用于保護負載和電源電路，常見的輸出保護電路包含過流保護，過壓保護和短路保護等等。

⑥. 控制電路：用于控制整個電源電路的運行，控制電路通常包括開關(guān)電源控制器，反饋控制和保護電路等等。

原理圖分析

本次我們采用的電源芯片為“HFC0500”,以下為管腳分布與管腳描述以及對應(yīng)的應(yīng)用電路

1. 上圖中的保險絲可以對在電流異常時產(chǎn)生保護的作用，經(jīng)由保險絲之后再由為共模電感濾除信號的共模干擾，CX1為X電容，X電容的作用是放置在輸入線兩端用來消除差模干擾（擴展：Y電容的作用是接在輸入線與地線之間，用來消除共模干擾）。

2.?然后經(jīng)過整流橋進行整流，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再通過電容對干擾進行濾除，C1到T1中間的電容電阻以及二極管組成的是RCD吸收電路，主要目的是為了保護下面這個開關(guān)管

3. HFC0500芯片5腳為驅(qū)動信號輸出管腳，通過控制右側(cè)開關(guān)管的開和關(guān)，對直流進行斬波。

4.?再經(jīng)過高頻變壓器T1降壓后變?yōu)榉讲?/p>

5.?接著再通過右側(cè)的整流二極管D6對方波進行半波整流

6.?最后通過電容C10,C11濾波之后則把我們需要的電壓轉(zhuǎn)換出來了

7. 圖五為電路的反饋以及穩(wěn)壓部分，可以通過反饋控制實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，其中光耦主要是起隔離、提供反饋信號和開關(guān)作用。

PCB設(shè)計注意要點

1.在處理電源PCB設(shè)計時電源環(huán)路是很重要的，我們要把三個環(huán)路做到最小，環(huán)路只有足夠小他的抗干擾能力才強，以及他對外界的干擾也會變?nèi)?，首先第一個環(huán)路是輸入回路（C1-T1-Q1-R11/R12/R13-C1）,輔助繞組回路（輔助繞組回路可以有效地減小漏感電壓，從而降低變壓器的電磁干擾和損耗，其次輔助繞組還可以提高變壓器的自耦比和換能比，從而增強了變壓器的電性能）（T1-D4-R4-C3-T1）以及輸出回路（T1-D6-C10-T1）。

2.在GND的處理上面輸入回路GND和控制電路的GND需要分開，只在C1處連接。

3.將Q1散熱器連接到主GND平面，提高抗干擾能力，由于高頻開關(guān)處干擾以及噪聲會很強，所以在此處可以在將電路板掏空一部分，從而達到與其他信號隔離的作用。

4.反饋線比較敏感，很容易受到干擾，因此功率線應(yīng)該和反饋線應(yīng)該要分開，而且盡量縮短反饋線的長度。

5.在光耦中間把板框掏空，對光耦兩側(cè)進行隔離。

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