什么是AC-DC转换器

AC-DC转换器是一种将交流电(AC)转换为直流电(DC)的电力设备，其功率流向具备双向特性：电源至负载的整流模式和负载返电源的有源逆变模式。该设备广泛应用于工业控制、通信设备及电力系统等领域，美国POWER-ONE公司为全球主要生产商之一。AC-DC转换器通常包含整流电路、滤波电容及EMC滤波组件，需符合UL、IEC等安全标准。受限于高频高压开关带来的电磁兼容性问题及散热需求，其体积小型化与模块化设计面临挑战。根据电路结构可分为半波、全波等接线方式，按电源相数分为单相、三相或多相，工作象限涵盖一至四象限类型。核心功能在于通过优化电路设计提升电能转换效率，满足不同场景的电力适配需求。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。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。

AC(交流)与DC(直流)的定义。AC，即Alternating Current(交流)，是一种电流形式，其大小和极性(方向)会随时间进行周期性的变化。这种变化的速度，即电流极性在1秒内变化的次数，被称为频率，其单位为Hz。DC，即Direct Current(直流)，是一种电流形式，其显著特点是极性(方向)保持不变，不随时间发生周期性变化。同时，这种电流的流动极性和大小也均保持稳定，不会随时间产生波动。尽管纹波电流(Ripple current)的流动极性保持稳定，但其电流大小却随时间产生变化。然而，这并不影响其被归类为DC电流的事实。

AC/DC转换器，顾名思义，是一种将交流电压(AC)转换为直流电压(DC)的电子元件。由于家庭和商业场所通常使用的电压为110V或220V的AC电压，而大多数电器设备在5V或3.3V的DC电压下才能正常工作，因此，AC/DC转换器显得尤为重要。没有它，电器设备将无法得到所需的电源而无法运行。其中，电机和灯泡等部分产品虽然可以直接使用交流电压驱动，但为了与微控制器的控制电路相连，以及节能目的将灯泡替换为LED，因此仍需进行AC/DC转换。那么，为何在传输过程中选择使用AC电压呢?有人可能会问：“既然电器最终使用的是DC，那为什么不一开始就传输DC呢?”这主要是因为电力通常来源于水力、火力或核能发电站，这些发电站往往位于远离市区的山区或沿海地区。在这些地区与市区之间进行电力传输时，AC电压具有显著的优势。通过以高电压、低电流的方式传输AC电压，可以有效地减少电力传输过程中的损耗。然而，对于家庭用户来说，他们无法直接使用这种高电压，因此电力需要在几个变电站中逐步进行变压，最终转换为110V或220V的AC电压供家庭使用。由于AC电压的转换相对简单，因此这种转换方式在家庭电力系统中被广泛采用。

工频变压器方式是先通过变压器实现AC/AC的降压转换，而开关电源方式则直接利用二极管桥式整流器对交流电压进行整流处理。鉴于普通家庭用电通常为AC110V或AC220V，因此所选用的二极管桥式整流器必须能够承受高电压。

经过整流后的直流电压会通过电容器进行平滑处理，以消除脉冲电压的影响。同样，这里也需要使用耐高压的电容器。接下来，通过开关元件的通断控制，对直流电压进行斩波处理，再经过高频变压器降压后输送至二次侧。此时，斩波后的波形将转变为方波。

值得注意的是，开关电源的工作频率远高于工频变压器(如50/60Hz)，可达到100kHz以上。这种高频特性使得变压器能够实现小型化和轻便化。

在二次侧，通过整流二极管对半波整流后的方波进行整流，随后用电容器进行平滑处理，最终输出稳定的直流电压。开关电源的工作原理是，通过控制电路对开关元件进行精准控制，以实现预期的直流输出，例如DC12V。与工频变压器相比，开关电源虽然电路结构更为复杂，但因其高频控制特性，得以使用小型变压器，从而推动了设备的小型化发展，这是其显著的优势。接下来，让我们深入了解反馈控制的概念。在开关式AC/DC转换器中，反馈控制发挥着至关重要的作用。它通过实时监测实际输出的DC电压值，并根据这些电压信息对开关元件进行实时调整和控制，从而确保稳定的DC输出。这种通过确认输出电压值来调整开关元件的工作机制，就是所谓的反馈控制(FB控制)。

首先，来简要了解一下AC(交流)和DC(直流)这两个概念。AC，即Alternating Current(交流)，是一种电流形式，其大小和极性(方向)会随着时间的推移而周期性地变化。 这种周期性变化的频率，以Hz为单位进行衡量，表示电流极性在1秒内变化的次数。DC，即Direct Current(直流)，是一种电流形式，其显著特点是极性(方向)保持不变，不会随时间发生周期性变化。这种电流的流动极性(方向)和大小都保持稳定，不会随时间产生波动。

虽然纹波电流(Ripple current)的流动极性不随时间变化，但其电流大小却会随着时间的推移而发生周期性变化。 然而，这并不影响其被归类为DC(直流)电流。

AC/DC转换器，顾名思义，是一种将AC(交流电压)转换为DC(直流电压)的电子元件。在家庭住宅和楼房中，我们通常接收到的电压为100V或200V的AC电压，而大部分电器设备则需要在5V或3.3V的DC电压下才能正常工作。因此，AC/DC转换器的存在显得尤为重要，它能够确保电器设备得到所需电压，从而使其能够正常运作。电机和灯泡等某些产品虽然可以使用交流电压驱动，但与微控制器控制电路相连的电机以及节能LED灯泡都需要进行AC/DC转换。 那么，为何传输的是AC电压而不是DC电压呢?有人可能会提出疑问：“既然电器最终使用的是DC，那为何不直接传输DC?”这主要是因为电力通常来自水力、火力或核能发电站，这些发电站往往位于偏远地区，如山区或沿海。将这些地区的电力传输到市区，AC电压相较于DC电压具有显著的优势。具体来说，AC电压可以通过高电压、低电流的方式进行传输，从而大大减少传输过程中的能量损耗。 然而，对于家庭使用而言，由于不能直接使用高电压，因此需要通过多个变电站进行逐步降压，最终转换为100V或200V的AC电压供家庭使用。这种转换过程相对简单，因此我们选择传输AC电压。