AC/DC、DC/DC转换器基础指南（一）

首先，让我们活一下AC（交流）和DC概念(直流)。
何谓AC？ 这是Alternating Current首字母缩写(交流)。
AC是大小和极性(方向)电流随时间周期变化。电流极性在1秒内的变化次数称为频率Hz为单位表示。

何谓DC？ 这是Direct Current首字母缩写(直流)。
DC是极性(方向)不随时间变化的电流。
①流动极性(方向)和大小不随时间变化的电流通常被称为DC。

②流动极性不随时间变化，但随时间变化的电流也是DC，通常称为纹波电流 (Ripple current)。

一、AC/DC转换器

何谓AC/DC转换器？

AC/DC转换器是指将AC(交流电压)转换成DC(直流电压)元件。

为什么需要AC/DC转换器？

这是因为家庭住宅和建筑压是100V或200V的AC电压。然而大家大部分使用的电器是在5V或3.3V的DC在电压下工作。也就是说，如果不是，AC电压转换成DC电压，电器不能工作。

还有电机、灯泡等产品可以由交流电压驱动，但电机与微控制器的控制电路相连，灯泡也变得节能LED，因此，有必要进行AC/DC转换。

为什么要传输？AC电压？

有些人可能会认为既然电器是用的DC，那为什么不从一开始就传输呢？DC？”

众所周知，电力来自水力发电站、火力发电站、核电站等。这些发电站位于山区或沿海地区，从这些地区传输到城市，AC电压更有优势。
简而言之，通过高电压和低电流传输AC电压，传输损失(能量损失)可以减少。

然而，在实际家庭中，由于高压不能直接使用，因此需要通过几个变电站分阶段变压（降压），最终转换为100V或200V然后进入家庭。这些转换也是因为。AC更简单，所以传输是AC电压。

全波整流和半波整流（AC/DC转换）

将AC(交流电压)转换为DC（直流电压）的整流方式有全波整流和半波整流。利用二极管的电流正流特性进行整流。

通过全波整流二极管桥式电路结构将输入电压的负电压成分转换为正电压，然后转换为直流电压（脉冲电压）。使用半波整流一个二极管将负电压成分输入后的整流消除为直流电压(脉冲电压)。

之后，利用电容器的充放功能平滑波形，从而转化为纯直流电压。

因此，与不使用输入负电压成分的半波整流相比，全波整流是一种更有效的整流方法。

此外，根据电容器容量和负载，光滑的纹波电压（LOAD）而变化。

在相同的电容器容量和负载条件下，全波整流和半波整流，全波整流的纹波电压较小。纹波电压越小，稳定性越高，性能越好。

二、AC/DC转换方法

AC/DC转换有变压器方式和开关方式。

变压器方式

这是普通AC/DC变压器的电路结构。

【变压器电路结构示例】

下图显示了变压器电压波形的变化。

变压器方法首先需要通过变压器将交流电压降低到适当的交流电压(例如，从AC100V降至AC10V等）。这属于AC/AC通过变压器转换降压值绕组比设定。

其次，通过二极管桥式整流器对变压器降压的交流电压进行全波整流，转换为脉冲电压。

最后，最传统的直流电压通过电容器平滑，输出小纹波AC/DC转换方法。

【变压器波形推移】

开关方式

这是普通AC/DC电路结构是转换器的开关模式。

【电路结构开关示例】

下图显示了开关电压波形的变化。

变压器的方是通过变压器AC/AC降压，开关方式是直接用二极管桥式整流器整流交流电压。因为普通家庭的电压是AC100V或AC200V，因此，二极管桥式整流器必须具有能承受高压的规格。

接下来，用电容器平滑直流电压(脉冲电压)。电容器还需要耐高压电容器。

然后，通过开关元件ON/OFF对直流电压进行斩波（切割），并经过高频变压器降压后传送到二次侧。此时，斩波波形变为方波。

与家用频率（50/60Hz）开关元件使用频率较高(例如，100kHz）。由于高频工作，变压器可以小而轻。

【开关方式的波形推移】

二次侧采用整流二极管对方波进行半波整流，然后用电容器平滑，输出直流电压。

开关方法是利用控制电路控制开关元件获得稳定的预期直流输出(例如，DC12V）的方式。

与变压器模式相比，开关模式由开关元件和控制电路组成，电路结构复杂。然而，它有助于设备的小型化，因为它可以基于高频控制。

反馈控制

什么是反馈控制？

开关式AC/DC转换器确认实际输出DC电压值，并根据电压信息控制开关元件，以确保规定的稳定性DC输出。这种确认输出电压值的机制称为反馈控制（FB控制）。

【电路结构开关示例】

开关式AC/DC转换器通过二极管电桥对转换器AC电压整流，然后通过电容器平稳处理将AC电压转换为DC电压。然后，通过开关元件对该DC电压进行斩波（ON/OFF）后，通过高频变压器降压后传递到2次侧，再利用电容器进行平滑处理，输出规定的DC电压（VDC）。

FB控制电路检测实际输出的该电压值是否达到规定的目标电压值。

实际输出电压值低于目标电压值时，则会对开关元件进行控制，使ON时间变长。这样，输出电压值就会上升。反之，高于目标电压值时，则控制ON时间变短。

这样，反馈控制电路常时对实际输出电压值进行确认，并根据该值调整开关元件的ON/OFF时间，确保目标输出电压值的稳定。

轻负载模式

何谓轻负载模式？

提高使用较少输出电流时的效率的技术叫做轻负载模式。在DC/DC转换器等中也叫脉冲串模式。

开关式AC/DC及DC/DC转换器通过ON/OFF转换进行电压斩波和电容器平滑处理，以稳定提供目标输出电压值。

但是，这种转换在ON/OFF时会产生瞬间漏电流（贯通电流）。也就是说，单位时间内的ON/OFF次数越多，漏电流导致的损失越大，效率越低。

周期恒定（PWM控制）时，即使ON/OFF时间比有变化，其次数在单位时间内也是恒定的。因此，自身功耗量也是恒定的，轻负载时这种转换漏电流造成的损失会导致效率降低。故此，在使用电流少的情况下，通过频率调制（PFM控制）将周期拉长、变慢，从而减少单位时间内的ON/OFF转换次数，以减少损失。这种技术就叫做轻负载模式。

【PWM方式和 PFM方式】

根据状况区分使用PWM和PFM可进一步提高效率，如高负载（使用电流）时使用周期恒定的PWM控制，轻负载（不使用电流）时使用周期变化的PFM控制。

PWM和PFM简介

■PWM（脉宽调制）：频率恒定，通过开关ON从输入电压中调取输出部分的控制方式。
■PFM（脉冲频率调制）：通过固定ON时间、改变频率（改变OFF时间）来调取输出部分的方式。反之，也有固定OFF时间、改变ON时间的方式。

PFM方式根据输出电流量改变频率，效率较高，但开关时会不定期发生噪音。这种频率无法确定的噪音很难消除，要解决噪音，采用频率恒定的PWM方式更容易操作。

这样，噪音低的PWM和效率高的PFM可互为补充，高频率驱动的高负载（噪音发生较多）时采用PWM，电流使用较少的低负载时采用PFM，择优使用，即可尽可能提高效率。