如何設(shè)計(jì)交流到直流轉(zhuǎn)換器電路

博客作者：Zachariah Peterson

交流到直流轉(zhuǎn)換器電路的作用與其名稱完全一致：它接受諧波交流輸入并將其轉(zhuǎn)換為直流輸出。這些電路只是在面包板上以低功率運(yùn)行時(shí)的高電平電路，但真正的交流到直流轉(zhuǎn)換器電路比變壓器和整流器電路更復(fù)雜。為這些電路找到合適的元件并運(yùn)行準(zhǔn)確的功率仿真需要合適的PCB設(shè)計(jì)軟件，其中包括功能強(qiáng)大的電路設(shè)計(jì)工具。

無論您需要設(shè)計(jì)電源、調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)換器還是其他電源系統(tǒng)，Altium Designer都能為您提供所需的設(shè)計(jì)工具。Altium Designer的集成式設(shè)計(jì)環(huán)境包含了PCB設(shè)計(jì)所需的一切功能。閱讀我們的指南，了解有關(guān)設(shè)計(jì)交流到直流轉(zhuǎn)換器電路以及電源系統(tǒng)所需的其他支持電路的更多信息。

幾乎所有插入墻壁式電源的器件都需要將墻上的交流電轉(zhuǎn)換為集成電路可以使用的直流電。這意味著許多產(chǎn)品需要交流到直流轉(zhuǎn)換器電路，以及功率調(diào)節(jié)器、PFC電路和控制電路等其他電路，以實(shí)現(xiàn)高效功率轉(zhuǎn)換。要實(shí)現(xiàn)成功，您需要準(zhǔn)備正確的設(shè)計(jì)策略，并將系統(tǒng)的各個(gè)部分集成到一個(gè)完整的產(chǎn)品中。

生產(chǎn)級(jí)電源系統(tǒng)需要功能齊全的安全布局，并且設(shè)計(jì)還需要通過仿真進(jìn)行驗(yàn)證，以確保按預(yù)期運(yùn)行。使用集成式設(shè)計(jì)軟件時(shí)，您可以在單個(gè)程序中創(chuàng)建功率轉(zhuǎn)換器原理圖、高質(zhì)量PCB布局和電路仿真。

設(shè)計(jì)交流到直流轉(zhuǎn)換器電路

交流到直流轉(zhuǎn)換器電路依賴于整流，將輸入交流功率轉(zhuǎn)換為附帶殘余紋波的不穩(wěn)定直流輸出。交流到直流轉(zhuǎn)換器電路中涉及的基本元件包括：

變壓器：該器件可以將電網(wǎng)功率升高或降低到對(duì)系統(tǒng)負(fù)載有用的值。變壓器匝比將決定輸出到二極管電橋和電容器的電壓和電流。

二極管橋式整流器：這個(gè)小電路可獲取交流輸入信號(hào)的絕對(duì)值，從而給出具有單一極性的時(shí)變信號(hào)。設(shè)計(jì)要求是橋式整流器電路中的二極管必須高于其正向電流工作。

電容器：使用大型電容器作為濾波器，以穩(wěn)定整流后的交流信號(hào)并產(chǎn)生附帶剩余紋波的直流電壓。具有較小型有效串聯(lián)電阻的較大電容器是確保高充電容量和快速放電速率的理想元件。

此元件列表是創(chuàng)建交流到直流轉(zhuǎn)換器電路所需的最低要求，示例如下。您設(shè)計(jì)的交流到直流轉(zhuǎn)換器需要在功能強(qiáng)大的原理圖編輯器中使用真實(shí)的元件數(shù)據(jù)和仿真模型來創(chuàng)建，并且您需要最好的設(shè)計(jì)軟件來完成工作。

為交流到直流轉(zhuǎn)換器電路創(chuàng)建包含真實(shí)元件的原理圖

確保使用具有集成元件庫和PCB供應(yīng)鏈連接的最佳原理圖設(shè)計(jì)工具來設(shè)計(jì)您的交流到直流轉(zhuǎn)換器電路。Altium Designer中的原理圖編輯器包含功能強(qiáng)大的SPICE仿真引擎，該引擎易于使用，可直接從元件模型中獲取電氣數(shù)據(jù)。通過在單個(gè)程序中訪問所有內(nèi)容，您可以設(shè)計(jì)高質(zhì)量的功率變換器，并快速輕松地驗(yàn)證設(shè)計(jì)。

Altium Designer包含SPICE仿真功能，可驗(yàn)證交流到直流轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)并確保高效功率轉(zhuǎn)換。

如果您需要設(shè)計(jì)更復(fù)雜的功率轉(zhuǎn)換電路，請使用分層原理圖編輯器來幫助您保持井然有序。

變壓器始終用于交流到直流轉(zhuǎn)換器的輸入端，但它們也與開關(guān)調(diào)節(jié)器電路一起使用以構(gòu)建隔離式電源。

在Altium Designer中創(chuàng)建的具有變壓器和二極管橋式整流器的基本交流到直流轉(zhuǎn)換器電路

確保電力電子學(xué)方面的高效轉(zhuǎn)換

所有電力電子器件設(shè)計(jì)均應(yīng)確保高功率轉(zhuǎn)換效率，但這通常需要的不僅僅是全波橋式整流電路。需要額外的元件和電路來確保低噪聲、高效率的功率轉(zhuǎn)換，特別是在向調(diào)節(jié)器電路供電時(shí)。交流到直流轉(zhuǎn)換只是功率調(diào)節(jié)策略的一部分，需要考慮整個(gè)系統(tǒng)以盡量減少功率轉(zhuǎn)換過程中的損耗和噪聲。

對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)而言，最有效的功率調(diào)節(jié)策略是使用開關(guān)調(diào)節(jié)器，尤其是在設(shè)計(jì)墻上電源的交流到直流轉(zhuǎn)換器電路時(shí)。功率轉(zhuǎn)換所需的一些附加電路包括：

功率因數(shù)校正電路或 PFC 電路，可平滑電源轉(zhuǎn)換器中輸出穩(wěn)壓器級(jí)消耗的電流。

EMI濾波器，通常是共模扼流圈，用于消除系統(tǒng)輸入和輸出端的傳導(dǎo)式EMI。

PWM驅(qū)動(dòng)器和反饋回路可調(diào)整調(diào)節(jié)器參數(shù)，確保在所需電平下穩(wěn)定輸出功率。

具有標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)功率調(diào)節(jié)器，可提供低噪聲輸出電流。

每個(gè)附加電路和交流到直流轉(zhuǎn)換器電路部分都需要在PCB布局中捕獲。您無需使用不同的程序來構(gòu)建電路并為系統(tǒng)創(chuàng)建電路板布局，也無需關(guān)聯(lián)多個(gè)設(shè)計(jì)程序，使用Altium Designer即可，該軟件包含電力電子器件設(shè)計(jì)所需一切功能的程序。

為功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)創(chuàng)建最佳PCB布局

在空白電路板布局中捕獲功率轉(zhuǎn)換器和調(diào)節(jié)器原理圖后，即可開始排列元件和布線。Altium Designer中最佳的PCB布局功能使這些任務(wù)變得簡單，并且這些工具可在與電路設(shè)計(jì)和仿真實(shí)用程序相同的程序中使用。使用Altium Designer時(shí)，您可以保持生產(chǎn)力并設(shè)計(jì)最高質(zhì)量的電子器件。

交流到直流轉(zhuǎn)換器電路輸入端的EMI濾波器在降低直流輸出端噪聲方面將發(fā)揮重要作用。

如果您的交流到直流轉(zhuǎn)換器為開關(guān)調(diào)節(jié)器提供直流電源，您可能需要一個(gè)PFC電路來平滑輸入信號(hào)上的電流尖刺。

調(diào)節(jié)器電路中產(chǎn)生或接收到的任何噪聲都會(huì)被放大并傳播到輸出端。請確保您的功率轉(zhuǎn)換器中不會(huì)發(fā)生這種情況。

在Altium Designer中設(shè)計(jì)交流到直流轉(zhuǎn)換器電路、穩(wěn)壓級(jí)和PCB布局

完成交流到直流轉(zhuǎn)換器布局和電源元件

在PCB布局中創(chuàng)建交流到直流轉(zhuǎn)換器電路和其他功率調(diào)節(jié)器電路后，即可采購元件并使用一套制造文件完成項(xiàng)目。電路板設(shè)計(jì)軟件應(yīng)包含一套全面的PCB制造功能，以幫助您為制造做好準(zhǔn)備。Altium Designer將這些PCB制造功能和其他制造工具集成到一處，是PCB設(shè)計(jì)軟件的最佳選擇。

要使功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，您還需要考慮供應(yīng)鏈并為設(shè)計(jì)采購元件。如果可以直接通過元件制造商訪問電子器件供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)，那么您可以放心，您的系統(tǒng)可以按時(shí)且按預(yù)算生產(chǎn)。Altium Designer包含采購工具，可幫助您查找所需的元件并將采購數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入到物料清單。

使用Altium Designer中的PCB布局工具完成電源設(shè)計(jì)

Altium Designer相對(duì)于其他PCB設(shè)計(jì)平臺(tái)的主要優(yōu)勢來自其集成設(shè)計(jì)界面，其中電源電路設(shè)計(jì)和布局所需的一切功能均包含在單個(gè)程序中。Altium Designer不僅僅是電路設(shè)計(jì)和仿真軟件，它還是一款強(qiáng)大的產(chǎn)品開發(fā)PCB設(shè)計(jì)應(yīng)用。雖然其他設(shè)計(jì)程序讓您為每個(gè)PCB設(shè)計(jì)任務(wù)使用單獨(dú)的應(yīng)用，但Altium Designer可以幫助您在設(shè)計(jì)尖端技術(shù)時(shí)保持生產(chǎn)力。

Altium Designer是唯一一款規(guī)則驅(qū)動(dòng)型設(shè)計(jì)，可幫助您在單個(gè)應(yīng)用中快速設(shè)計(jì)功率轉(zhuǎn)換器電路和PCB布局。

交流到直流轉(zhuǎn)換器電路只是電源系統(tǒng)的一部分。Altium Designer中的電路設(shè)計(jì)和仿真功能可幫助您設(shè)計(jì)電力電子器件的任何部分。

Altium 365可支持您通過Altium Designer或在Web上與遠(yuǎn)程團(tuán)隊(duì)成員、客戶和制造商共享和協(xié)作項(xiàng)目。

在Altium Designer中設(shè)計(jì)電力電子器件、源元件并創(chuàng)建PCB布局

不必使用單獨(dú)的PCB布局、仿真和電路設(shè)計(jì)程序即可構(gòu)建功率轉(zhuǎn)換器。您可以使用Altium Designer中的最佳PCB設(shè)計(jì)和布局工具創(chuàng)建具有任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功率轉(zhuǎn)換器的電源電路。借助Altium Designer保持生產(chǎn)力并打造尖端技術(shù)。

審核編輯：湯梓紅