AC/DC轉(zhuǎn)換器,什么是AC/DC轉(zhuǎn)換器

AC-Alternating current 是交流的意思 ，DC-Direct current 是直流的意思，AC/DC變換是將交流變換為直流，AC/DC轉(zhuǎn)換器就是將交流電變?yōu)橹绷麟姷脑O(shè)備，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA)，交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單項(xiàng)、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

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(fù)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(hù)電路：用于保護(hù)負(fù)載和電源電路，常見的輸出保護(hù)電路包含過流保護(hù)，過壓保護(hù)和短路保護(hù)等等。

⑥. 控制電路：用于控制整個電源電路的運(yùn)行，控制電路通常包括開關(guān)電源控制器，反饋控制和保護(hù)電路等等。交流-直流(AC-DC)變換器作為快速充電技術(shù)的核心模塊,可以將輸入的交流電源轉(zhuǎn)換成輸出的直流電壓或電流,被廣泛運(yùn)用于各類便攜電子設(shè)備的適配器中。

隨著適配器市場需求的大量增加,高輸出功率、小尺寸和高轉(zhuǎn)換效率逐漸成為適配器及其核心AC-DC變換器的發(fā)展趨勢。如何實(shí)現(xiàn)高輸出功率、小尺寸和高轉(zhuǎn)換效率的AC-DC變換器,這個問題對AC-DC變換器的拓?fù)浜涂刂齐娐返脑O(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。

反激變換器作為傳統(tǒng)AC-DC變換器的常用拓?fù)?受限于開關(guān)頻率、尺寸和轉(zhuǎn)換效率間的折衷問題,而有源鉗位反激變換器具有循環(huán)利用漏感能量、容易實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)等優(yōu)點(diǎn),可以在提高開關(guān)頻率、減小尺寸的同時獲得較高的轉(zhuǎn)換效率,有效地解決了反激變換器的局限問題。

因此本文提出了一種基于數(shù)字控制的高效率有源鉗位反激式AC-DC變換器系統(tǒng),系統(tǒng)核心控制電路為本文提出的輸出電壓控制電路和自適應(yīng)死區(qū)控制電路,除了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓的功能外,還具有自適應(yīng)控制死區(qū)的功能,可以通過減少原邊功率管損耗來提高轉(zhuǎn)換效率。另外通過引入電容隔離器,系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了原邊控制電路、電容隔離器和副邊控制電路的高度集成。本文開發(fā)了一款使用FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的45 W(20 V/2.25 A)有源鉗位反激變換器樣機(jī),搭建測試平臺并進(jìn)行測試,驗(yàn)證了所提出系統(tǒng)的可行性和性能。測試結(jié)果表明,樣機(jī)可以在不同輸入電壓和不同輸出電流的情況下實(shí)現(xiàn)20V的穩(wěn)壓輸出,且能通過自適應(yīng)控制死區(qū)時間來提高樣機(jī)的轉(zhuǎn)換效率。

與已發(fā)表的研究成果對比,本設(shè)計(jì)使用的功率管類型為Cool MOS,開關(guān)頻率為300k Hz,同時實(shí)現(xiàn)了較高的轉(zhuǎn)換效率,獲得了97.48%的最高效率和94.83%的四點(diǎn)平均效率。

美國POWER-ONE是世界上專業(yè)生產(chǎn)交流/直流電源(AC/DC)、直流/直流電源(DC/DC)變換產(chǎn)品的著名廠家，其產(chǎn)品在世界各地廣泛銷售，得到世界工業(yè)界的普遍應(yīng)用和好評。尤其在電站、鐵路、航天等部門應(yīng)用有其它公司產(chǎn)品無法替代的優(yōu)良品質(zhì)。