完整AC-DC基本电路框架介绍

AC/DC转换器,什么是AC/DC转换器

AC-Alternating current 是交流的意思 ，DC-Direct current 是直流的意思，AC/DC变换是将交流变换为直流，AC/DC转换器就是将交流电变为直流电的设备，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA)，交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。

AC/DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单项、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。

完整AC-DC基本电路框架

一个完整的AC-DC电路通常会包含以下几个电路模块：

①. 在整流之前，AC转DC电源通常需要添加一个输入滤波电路，同于去除输入交流电中的高频噪声和干扰，这样可以保证稳定的直流输出，并减少对后续电路的干扰。

②. 整流桥：用于将交流电输入转换为直流电，整流桥通常是由四个二极管组成，可以将交流电的正半周和负半周分别转换为正向和反向的直流电。

③. 滤波电路：用于平滑输出的直流电，去除其中的纹波，一般使用电容器或电感器构成低通滤波电路，通过存储或消耗电荷以减小输出的纹波。

④. 稳压电路：用于输出稳定的电压，稳压电路通常由稳压器组成，可以通过反馈调整输出电压。

⑤. 输出保护电路：用于保护负载和电源电路，常见的输出保护电路包含过流保护，过压保护和短路保护等等。

⑥. 控制电路：用于控制整个电源电路的运行，控制电路通常包括开关电源控制器，反馈控制和保护电路等等。交流-直流(AC-DC)变换器作为快速充电技术的核心模块,可以将输入的交流电源转换成输出的直流电压或电流,被广泛运用于各类便携电子设备的适配器中。

随着适配器市场需求的大量增加,高输出功率、小尺寸和高转换效率逐渐成为适配器及其核心AC-DC变换器的发展趋势。如何实现高输出功率、小尺寸和高转换效率的AC-DC变换器,这个问题对AC-DC变换器的拓扑和控制电路的设计提出了挑战。

反激变换器作为传统AC-DC变换器的常用拓扑,受限于开关频率、尺寸和转换效率间的折衷问题,而有源钳位反激变换器具有循环利用漏感能量、容易实现软开关等优点,可以在提高开关频率、减小尺寸的同时获得较高的转换效率,有效地解决了反激变换器的局限问题。

因此本文提出了一种基于数字控制的高效率有源钳位反激式AC-DC变换器系统,系统核心控制电路为本文提出的输出电压控制电路和自适应死区控制电路,除了实现稳定输出电压的功能外,还具有自适应控制死区的功能,可以通过减少原边功率管损耗来提高转换效率。另外通过引入电容隔离器,系统实现了原边控制电路、电容隔离器和副边控制电路的高度集成。本文开发了一款使用FPGA实现数字控制的45 W(20 V/2.25 A)有源钳位反激变换器样机,搭建测试平台并进行测试,验证了所提出系统的可行性和性能。测试结果表明,样机可以在不同输入电压和不同输出电流的情况下实现20V的稳压输出,且能通过自适应控制死区时间来提高样机的转换效率。

与已发表的研究成果对比,本设计使用的功率管类型为Cool MOS,开关频率为300k Hz,同时实现了较高的转换效率,获得了97.48%的最高效率和94.83%的四点平均效率。

美国POWER-ONE是世界上专业生产交流/直流电源(AC/DC)、直流/直流电源(DC/DC)变换产品的著名厂家，其产品在世界各地广泛销售，得到世界工业界的普遍应用和好评。尤其在电站、铁路、航天等部门应用有其它公司产品无法替代的优良品质。