淺談整流-平滑后以開關DC/DC轉(zhuǎn)換原理

使用開關元件的AC/DC轉(zhuǎn)換方式如圖5所示。

開關方式為一開始先用橋式二極器，整流100VAC。變壓器方式，會先利用變壓器降低AC/AC電壓，但開關方式卻是直接整流高AC電壓。因此，橋式二極管必須能夠承受高電壓。100VAC的峰值約140V左右。

再以電容器使其平滑。這部分同樣使用高電壓規(guī)格品。

接著，通過開關元件ON/OFF斬波（切分）高DC電壓，并經(jīng)由高頻變壓器，將電能傳送至二次側(cè)。

此時的ON/OFF頻率，也就是開關頻率，使用比輸入AC頻率50/60Hz高出許多的數(shù)十kHz，然后再轉(zhuǎn)換成呈現(xiàn)如圖5般方波的AC。

利用二次側(cè)的整流二極管，整流該高頻率AC電壓，接著以電容器使其平滑后，再轉(zhuǎn)換成設定的DC輸出電壓。圖片中省略了高頻率AC電壓的整流波形，但它是使用1個二極管的半波整流，因此請各位參照圖2。此外，轉(zhuǎn)換成需要的DC電壓時，必須設定如圖5般的開關元件控制電路。（此電路構(gòu)造為反激式的范例。反激式留待后述。）

切分高DC電壓轉(zhuǎn)換成AC，之后再通過整流-平滑，轉(zhuǎn)換成低DC電壓的方法，和一般采用開關方式轉(zhuǎn)換DC/DC相同。此進一步細分采用開關DC/DC轉(zhuǎn)換的過程，就是先從DC開關成AC后，再開關至DC。另外，使用3引腳的線性穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換DC/DC時，就只是單純將DC轉(zhuǎn)換成DC而已。

整流-平滑后以開關DC/DC轉(zhuǎn)換原理

先說明整流AC后再轉(zhuǎn)換成DC的原理，并在之后約略解說一下采用開關方式轉(zhuǎn)換DC/DC的原理。

圖6是利用代表性的控制方式PWM（Pulse Width Modulation：脈沖寬度調(diào)制）方式加以降壓的原理。PWM是指讓周期（頻率）保持恒定，調(diào)整ON和OFF的時間比，也就是占空比來進行控制的方法，能運用在多種應用上。采用PWM時，經(jīng)由開關將DC電壓轉(zhuǎn)換成達到必要占空比的AC后，接著再進行整流回到DC，以取得想要的DC電壓。例如經(jīng)由開關將100VDC轉(zhuǎn)換成周期25%ON、剩下OFF的25:75的AC。接著，整流-平滑該AC，也即將其均勻化后轉(zhuǎn)換成DC，電壓就會轉(zhuǎn)換成相當于25%的25VDC。事實上，DC/DC轉(zhuǎn)換屬于功率轉(zhuǎn)換，必須提升轉(zhuǎn)換效率，雖然不必如圖片般配置，但仍須遵照其原理。此外，負載電流如果增加，電壓就會下降，反之，必須增加控制電路的脈沖寬度，并將電壓返回到設定值，進行反饋控制，因此脈沖寬度無法保持恒定。

總而言的，AC/DC轉(zhuǎn)換是直接將輸入的AC電壓整流-平滑后，轉(zhuǎn)換成DC，再將該DC轉(zhuǎn)換成高頻率的AC，接著重復整流-平滑步驟，轉(zhuǎn)換成想要的DC電壓。和前述的變壓器方式相比，必須重復AC/DC轉(zhuǎn)換2次，讓人覺得非常復雜。的確是有些復雜，但優(yōu)點大于缺點，因此近年來采用開關方式的AC/DC轉(zhuǎn)換器日漸增加。至于有哪些優(yōu)點則留待后述。

開關方式使用部件和安裝例

圖7的照片是采用開關方式的AC/DC轉(zhuǎn)換所必須部件和電路安裝例?；緲?gòu)造和圖5相同，將輸出電壓反饋至PWM控制電路上，借此穩(wěn)定控制。

圖7:PWM開關方式 AC/DC轉(zhuǎn)換器的部件和安裝例

部件和前述的變壓器方式相似，但橋式二極管、一次側(cè)的電解電容器、開關元件（晶體管），全部采用可支持高電壓的規(guī)格品。

必須以數(shù)十kHz的高頻率才能工作的變壓器，我們稱為高頻變壓器或開關式變壓器。開關式變壓器的鐵芯，一般都是使用鐵氧體。

開關元件基本上使用晶體管。有功率晶體管或開關晶體管等多種名稱，但則以開關電源用的高功率MOSFET最為普遍。開關晶體管必須配合輸出功率選擇適合的規(guī)格，但當輸出功率不太時，就能夠使用內(nèi)置開關晶體管的控制IC，減少部件數(shù)量。

至于穩(wěn)定輸出電壓的控制電路，可以使用晶體管和運算放大器等單獨的元件組成電路。最近除了正確、穩(wěn)定控制外，也開始提供各種保護功能，因此愈來愈多裝置采用AC/DC轉(zhuǎn)換用IC。特別是在電路基板上安裝AC/DC電源時，設計電路上以AC/DC轉(zhuǎn)換器用IC為中心會較為實際。另外，該電路的控制IC是安裝在基板背面下方正中央旁邊。雖然SOP8是非常小的封裝，但除了控制功能外，還具備了多種保護功能。

編輯：hfy