AC-DC工作原理以及 PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)

為什么需要將AC轉(zhuǎn)換成DC？

因?yàn)榇蟛糠旨彝ニ褂玫碾娖鞫际窃?v，3.3v的DC電壓，如果不把AC轉(zhuǎn)換成DC就無(wú)法使電器工作。

為什么一開始供電站不直接傳輸DC呢？

因?yàn)槲覀兊碾娏νǔ６际窃诒容^偏僻的山區(qū)或者是沿海地區(qū)，從這些地區(qū)傳輸?shù)绞袇^(qū)，AC電壓會(huì)比較有優(yōu)勢(shì)，通過(guò)高電壓低電流方式傳輸AC電壓，可以減小傳輸?shù)膿p耗，高壓電經(jīng)過(guò)供電站分階段轉(zhuǎn)換成220VAC后再傳輸?shù)郊彝ギ?dāng)中。

AC一般有哪些方式轉(zhuǎn)換成DC？

一般AC轉(zhuǎn)換成DC有兩種方式：

1.變壓器轉(zhuǎn)換

2.開關(guān)方式轉(zhuǎn)換

如何轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的原理是什么？

①變壓器轉(zhuǎn)換：

1.變壓器轉(zhuǎn)換是先由低頻變壓器（因?yàn)锳C高壓的頻率是50-60HZ）將AC高壓轉(zhuǎn)換成AC低壓。

2.然后再通過(guò)整流將已經(jīng)降壓的AC轉(zhuǎn)換成DC。

3.但是由于剛轉(zhuǎn)換過(guò)的DC紋波太嚴(yán)重了，我們要想辦法把紋波減小，這個(gè)時(shí)候我們可以通過(guò)電容濾波來(lái)平滑電壓。

整流方式：

AC-DC變壓器實(shí)現(xiàn)方式：

AD-DC變壓器實(shí)現(xiàn)方式波形變化：

②開關(guān)方式轉(zhuǎn)換：

1.先采用橋式整流將AC轉(zhuǎn)換成DC

2.然后通過(guò)電容平滑電壓

3.接著通過(guò)開關(guān)元件對(duì)直流電壓進(jìn)行斬波

4.經(jīng)過(guò)高頻變壓器降壓后斬波變?yōu)榉讲?/span>

5.然后再利用整流二極管對(duì)方波進(jìn)行半波整流

6.之后再利用電容器平滑電壓，并輸出直流電壓

AC-DC開關(guān)實(shí)現(xiàn)方式：

AD-DC開關(guān)實(shí)現(xiàn)方式波形變化：

這兩種轉(zhuǎn)換方式都有什么優(yōu)缺點(diǎn)呢？

用于AC-DC的電源拓?fù)洌话阌姓な?a target="_blank">開關(guān)電源、反激式開關(guān)電源、半橋式開關(guān)電源以及全橋式開關(guān)電源等等。

AC-DC電路框架看起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單，但是實(shí)際的電路我們還需要加上其他電路來(lái)確保電源轉(zhuǎn)換的可控性，高效性，以及安全性等等！

完整AC-DC基本電路框架

一個(gè)完整的AC-DC電路通常會(huì)包含以下幾個(gè)電路模塊：

①. 在整流之前，AC轉(zhuǎn)DC電源通常需要添加一個(gè)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(duì)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(gè)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(guò)存儲(chǔ)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(guò)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(guò)流保護(hù)，過(guò)壓保護(hù)和短路保護(hù)等等。

⑥. 控制電路：用于控制整個(gè)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。

原理圖分析

本次我們采用的電源芯片為“HFC0500”,以下為管腳分布與管腳描述以及對(duì)應(yīng)的應(yīng)用電路

1. 上圖中的保險(xiǎn)絲可以對(duì)在電流異常時(shí)產(chǎn)生保護(hù)的作用，經(jīng)由保險(xiǎn)絲之后再由為共模電感濾除信號(hào)的共模干擾，CX1為X電容，X電容的作用是放置在輸入線兩端用來(lái)消除差模干擾（擴(kuò)展：Y電容的作用是接在輸入線與地線之間，用來(lái)消除共模干擾）。

2.然后經(jīng)過(guò)整流橋進(jìn)行整流，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再通過(guò)電容對(duì)干擾進(jìn)行濾除，C1到T1中間的電容電阻以及二極管組成的是RCD吸收電路，主要目的是為了保護(hù)下面這個(gè)開關(guān)管

3. HFC0500芯片5腳為驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出管腳，通過(guò)控制右側(cè)開關(guān)管的開和關(guān)，對(duì)直流進(jìn)行斬波。

4.再經(jīng)過(guò)高頻變壓器T1降壓后變?yōu)榉讲?/span>

5.接著再通過(guò)右側(cè)的整流二極管D6對(duì)方波進(jìn)行半波整流

6.最后通過(guò)電容C10,C11濾波之后則把我們需要的電壓轉(zhuǎn)換出來(lái)了

7. 圖五為電路的反饋以及穩(wěn)壓部分，可以通過(guò)反饋控制實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，其中光耦主要是起隔離、提供反饋信號(hào)和開關(guān)作用。

PCB設(shè)計(jì)注意要點(diǎn)

1.在處理電源PCB設(shè)計(jì)時(shí)電源環(huán)路是很重要的，我們要把三個(gè)環(huán)路做到最小，環(huán)路只有足夠小他的抗干擾能力才強(qiáng)，以及他對(duì)外界的干擾也會(huì)變?nèi)酰紫鹊谝粋€(gè)環(huán)路是輸入回路（C1-T1-Q1-R11/R12/R13-C1）,輔助繞組回路（輔助繞組回路可以有效地減小漏感電壓，從而降低變壓器的電磁干擾和損耗，其次輔助繞組還可以提高變壓器的自耦比和換能比，從而增強(qiáng)了變壓器的電性能）（T1-D4-R4-C3-T1）以及輸出回路（T1-D6-C10-T1）。

2.在GND的處理上面輸入回路GND和控制電路的GND需要分開，只在C1處連接。

3.將Q1散熱器連接到主GND平面，提高抗干擾能力，由于高頻開關(guān)處干擾以及噪聲會(huì)很強(qiáng)，所以在此處可以在將電路板掏空一部分，從而達(dá)到與其他信號(hào)隔離的作用。

4.反饋線比較敏感，很容易受到干擾，因此功率線應(yīng)該和反饋線應(yīng)該要分開，而且盡量縮短反饋線的長(zhǎng)度。

5.在光耦中間把板框掏空，對(duì)光耦兩側(cè)進(jìn)行隔離。