AC/DC轉換器,什么是AC/DC轉換器

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轉換器就是將交流電變?yōu)橹绷麟姷脑O備，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“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，同時因遇到安全標準(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA)，交流輸入側必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內部的高頻、高壓、大電流開關動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內部高密度安裝電路設計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。

AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數可分為，單項、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電源控制器，反饋控制和保護電路等等。交流-直流(AC-DC)變換器作為快速充電技術的核心模塊,可以將輸入的交流電源轉換成輸出的直流電壓或電流,被廣泛運用于各類便攜電子設備的適配器中。

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。如何實現高輸出功率、小尺寸和高轉換效率的AC-DC變換器,這個問題對AC-DC變換器的拓撲和控制電路的設計提出了挑戰(zhàn)。

反激變換器作為傳統(tǒng)AC-DC變換器的常用拓撲,受限于開關頻率、尺寸和轉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、容易實現軟開關等優(yōu)點,可以在提高開關頻率、減小尺寸的同時獲得較高的轉換效率,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死區(qū)控制電路,除了實現穩(wěn)定輸出電壓的功能外,還具有自適應控制死區(qū)的功能,可以通過減少原邊功率管損耗來提高轉換效率。另外通過引入電容隔離器,系統(tǒng)實現了原邊控制電路、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實現數字控制的45 W(20 V/2.25 A)有源鉗位反激變換器樣機,搭建測試平臺并進行測試,驗證了所提出系統(tǒng)的可行性和性能。測試結果表明,樣機可以在不同輸入電壓和不同輸出電流的情況下實現20V的穩(wěn)壓輸出,且能通過自適應控制死區(qū)時間來提高樣機的轉換效率。

與已發(fā)表的研究成果對比,本設計使用的功率管類型為Cool MOS,開關頻率為300k Hz,同時實現了較高的轉換效率,獲得了97.48%的最高效率和94.83%的四點平均效率。

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