buck开关电源及线性电源LDO原理赏析,为什么需要AC/DC转换器?( 二 )


接下来,通过二极管桥式整流器对经过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,经电容器平滑并输出纹波小的直流电压,这是最传统的AC/DC转换方法 。
【变压器方式的波形推移】

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开关方式
这是普通AC/DC转换器的开关方式电路结构 。
【开关方式的电路结构示例】

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下图显示了开关方式电压波形的变化 。
变压器方式是首先通过变压器进行AC/AC降压,而开关方式是直接用二极管桥式整流器对交流电压进行整流 。由于普通家庭的用电电压为AC100V或AC200V,所以二极管桥式整流器必须具有可承受高电压的规格 。
接下来,用电容器平滑直流电压(脉冲电压) 。电容器同样需要耐高压的电容器 。
然后,通过开关元件的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)相比,开关元件使用的频率更高(例如,100kHz) 。由于高频工作,所以可以实现变压器的小型化、轻便化 。
【开关方式的波形推移】

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在二次侧利用整流二极管对方波进行半波整流,之后用电容器对其进行平滑,并输出直流电压 。
开关方式是利用控制电路控制开关元件,获得稳定的预期的直流输出(例如,DC12V)的方式 。
与变压器方式相比,开关方式由开关元件和控制电路组成,电路结构较复杂,但由于基于高频控制可以使用小型变压器,所以有助于设备小型化,这是它的一个很大的优点 。
反馈控制
何谓反馈控制?
开关式AC/DC转换器通过确认实际输出的DC电压值,并根据该电压信息对开关元件进行控制,从而确保稳定实现规定的DC输出 。这种确认该输出电压值以控制开关元件的机制叫做反馈控制(FB控制) 。

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【开关方式电路结构示例】
反馈控制的示意图
开关式AC/DC转换器通过二极管电桥对AC电压进行整流,再通过电容器实施平滑处理,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 。

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【经过平滑处理的输出电压示意图】
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 。
轻负载模式示意图
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 。


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