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ACDC電源基礎(chǔ)知識(shí)(3)-開(kāi)關(guān)方式

2020-07-28

開(kāi)關(guān)方式是用作ACDC轉(zhuǎn)換電源模塊最常用方法之一,使用開(kāi)關(guān)元件的ACDC轉(zhuǎn)換原理圖下圖所示開(kāi)關(guān)方式為一開(kāi)始先用橋式二極器,整流100VAC,橋式二極管必須能夠承受高電壓。100VAC的峰值約140V左右,再以電容器使其平滑,同樣使用高電壓產(chǎn)品。接著通過(guò)開(kāi)關(guān)元件ON/OFF斬波切分DC電壓,并經(jīng)由高頻變壓器,將電能傳送至二次側(cè)。此時(shí)的ON/OFF頻率,也就是開(kāi)關(guān)頻率,使用比輸入AC頻率50/60Hz高出許多的數(shù)十kHz,然后再轉(zhuǎn)換成呈現(xiàn)如圖中的方波AC

 開(kāi)關(guān)型ACDC電源

利用二次側(cè)的整流二極管,整流該高頻率AC電壓,接著以電容器使其平滑后,再轉(zhuǎn)換成設(shè)定的DC輸出電壓。圖片中省略了高頻率AC電壓的整流波形,但它是使用1個(gè)二極管的半波整流。轉(zhuǎn)換成需要的DC電壓時(shí),必須設(shè)定如上圖中的開(kāi)關(guān)元件控制電路。切分高DC電壓轉(zhuǎn)換成AC,之后再通過(guò)整流-平滑,轉(zhuǎn)換成低DC電壓的方法,和一般采用開(kāi)關(guān)方式轉(zhuǎn)換DCDC相同。此進(jìn)一步細(xì)分采用開(kāi)關(guān)DCDC轉(zhuǎn)換的過(guò)程,就是先從DC開(kāi)關(guān)成AC后,再開(kāi)關(guān)至DC。另外使用3引腳的線性穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換DCDC時(shí),就只是單純將DC轉(zhuǎn)換成DC而已。

 

整流-平滑后以開(kāi)關(guān)DCDC轉(zhuǎn)換原理,先說(shuō)明整流AC后再轉(zhuǎn)換成DC的原理,并在之后約略解說(shuō)一下采用開(kāi)關(guān)方式轉(zhuǎn)換DCDC的原理。

 

上圖是利用代表性的控制方式PWMPulse Width Modulation:脈沖寬度調(diào)制方式加以降壓的原理。PWM是指讓周期頻率保持恒定,調(diào)整ONOFF的時(shí)間比,也就是占空比來(lái)進(jìn)行控制的方法,能運(yùn)用在開(kāi)關(guān)電源、電源模塊等多種應(yīng)用上。采用PWM時(shí),經(jīng)由開(kāi)關(guān)將DC電壓轉(zhuǎn)換成達(dá)到必要占空比的AC后,接著再進(jìn)行整流回到DC,以取得想要的DC電壓。例如經(jīng)由開(kāi)關(guān)將100VDC轉(zhuǎn)換成周期25%ON、剩下OFF25:75AC。接著,整流-平滑該AC,也即將其均勻化后轉(zhuǎn)換成DC,電壓就會(huì)轉(zhuǎn)換成相當(dāng)于25%25VDC。

 

事實(shí)上DCDC轉(zhuǎn)換屬于功率轉(zhuǎn)換,必須提升轉(zhuǎn)換效率,雖然不必如圖片般配置,但仍須遵照其原理。此外,負(fù)載電流如果增加,電壓就會(huì)下降,反之,必須增加控制電路的脈沖寬度,并將電壓返回到設(shè)定值,進(jìn)行反饋控制,因此脈沖寬度無(wú)法保持恒定。

 

總結(jié):

ACDC轉(zhuǎn)換是直接將輸入的AC電壓整流-平滑后,轉(zhuǎn)換成DC,再將該DC轉(zhuǎn)換成高頻率的AC,接著重復(fù)整流-平滑步驟,轉(zhuǎn)換成想要的DC電壓。和前述的變壓器方式相比,必須重復(fù)ACDC轉(zhuǎn)換2次,讓人覺(jué)得非常復(fù)雜。但優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn),所以近年來(lái)采用開(kāi)關(guān)方式的ACDC電源模塊日漸增加。

 

開(kāi)關(guān)方式ACDC電源模塊使用件和安裝例子如上圖所示:將輸出電壓反饋至PWM控制電路上,借此穩(wěn)定控制。件和上一篇所講的變壓器方式相似,但橋式二極管、一次側(cè)的電解電容器、開(kāi)關(guān)元件晶體管,全部采用可支持高電壓的產(chǎn)品。必須以數(shù)十kHz的高頻率才能工作的變壓器,我們稱(chēng)為高頻變壓器或開(kāi)關(guān)式變壓器開(kāi)關(guān)式變壓器的鐵芯一般都是使用鐵氧體。開(kāi)關(guān)元件基本上使用晶體管,有功率晶體管或開(kāi)關(guān)晶體管等多種名稱(chēng),但則以開(kāi)關(guān)電源、電源模塊用的高功率MOSFET最為普遍。開(kāi)關(guān)晶體管必須配合輸出功率選擇適合的規(guī)格,但當(dāng)輸出功率不太時(shí),就能夠使用內(nèi)置開(kāi)關(guān)晶體管的控制IC,減少部件數(shù)量。

 

至于穩(wěn)定輸出電壓的控制電路,可以使用晶體管和運(yùn)算放大器等單獨(dú)的元件組成電路。最近除了正確、穩(wěn)定控制外,也開(kāi)始提供各種保護(hù)功能,因此愈來(lái)愈多電源模塊采用ACDC轉(zhuǎn)換用IC。特別是在電路基板上安裝ACDC電源模塊時(shí),設(shè)計(jì)電路上以ACDC轉(zhuǎn)換器用IC為中心會(huì)較為實(shí)際。另外該電路的控制IC是安裝在基板背面下方正中央旁邊,雖然SOP8是非常小的封裝,但除了控制功能外,還具備了多種保護(hù)功能。

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