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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(kāi)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(kāi)關(guān)方式轉(zhuǎn)換

如何轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的原理是什么?

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:

開(kāi)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(kāi)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?/p>

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(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)方式:

AD-DC開(kāi)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)?,一般有正激式開(kāi)關(guān)電源、反激式開(kāi)關(guān)電源、半橋式開(kāi)關(guān)電源以及全橋式開(kāi)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(jiàn)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)管的開(kāi)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?/p>

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(kāi)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)?,首先第一個(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(kāi),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(kāi)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(kāi),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。


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