而在變壓器系統中,首先通過電力變壓器將100VAC轉換為較小的AC電壓以進行整流。在開關系統中,首先使用二極管橋直接對100VAC進行整流。因此,二極管橋應滿足高電壓要求,處于峰值的100VAC測量大約140V。
高DC電壓通過開關元件的導通/截止而被斬波,并且能量通過高頻變壓器傳輸到次級側。該操作使用開/關頻率,即開關頻率,其顯著高于50 / 60Hz的輸入AC頻率,測量數十kHz。結果是轉換為圖5中所示的方波。
利用設置在次級側的整流二極管對斬波的高頻AC電壓進行整流,由電容器平滑,并轉換為預定的DC輸出電壓。在該圖中,省略了高頻AC的整流波。與使用單個二極管的半波整流相同,請參考上一節中的圖2。此外,轉換為所需的直流電壓需要圖5所示的開關元件控制電路。(此電路配置是反激系統的一個示例 - 稍后將詳細介紹。)
將高DC電壓斬波并轉換為AC然后通過整流和平滑重新轉換回低DC電壓的方法與常規開關DC / DC轉換相同。當詳細觀察時,切換DC / DC轉換過程涉及DC / AC轉換然后AC / DC轉換。順便提及,使用3端子調節器的線性系統DC / DC轉換簡單地將DC轉換為DC。
整流和平滑后切換DC / DC轉換的原理
通過整流將AC轉換為DC的原理如上所述。我們現在簡要描述后續操作的原理:基于交換系統的DC / DC轉換。
上圖示出了使用脈沖寬度調制(PWM)系統的電壓降低的原理,該系統是代表性的控制方法。PWM是一種控制方法,通過保持周期(頻率)恒定來控制開/關時間比,即占空比,并且它用于各種應用。PWM通過切換將DC電壓轉換為所需的占空比AC,并通過對其進行整流將其返回到DC以產生期望的DC電壓。
例如,PWM通過切換到周期的25%ON而其余為OFF來轉換100VDC,從而產生25:75 AC。然后對AC進行整流和平滑,即平均,并轉換為DC。結果是25VDC,或相當于25%。實際上,DC / DC轉換是功率轉換,并且必須考慮轉換效率。因此,結果可能不是圖中所示的精確等式的類型,然而,轉換是基于剛剛描述的原理來執行的。另外,隨著負載電流增加,電壓下降,并且控制電路執行反饋控制,以通過增加脈沖寬度將電壓恢復到設定電平。結果,脈沖寬度不一定保持固定。
在螺母外殼中,AC / DC轉換包括整流和平滑輸入AC電壓,將其轉換為DC并將DC重新轉換為高頻AC,并對其進行整流和平滑以轉換為所需的DC電壓,與上述變壓器系統相比,開關系統執行兩次AC / DC轉換,這看起來很復雜。因為該系統確實很復雜,所以提供了顯著的優點,近來越來越多的AC / DC轉換器采用該開關系統。我們稍后將討論交換系統的優點。
交換系統中使用的組件和實現示例
圖中的照片說明了基于交換系統的AC / DC轉換所需的組件,以及電路實現示例。在基本配置中,系統與圖5中所示的系統相同。因此,電路通過向PWM控制電路提供輸出電壓的反饋來控制調節。
雖然這些組件類似于前面描述的變壓器系統的組件,但在該轉換器中,二極管橋,初級側電解質電容器和開關元件(晶體管)都應滿足高耐壓規范。
因為變壓器必須在幾十kHz的高頻下工作,所以它被稱為高頻變壓器或開關變壓器。開關變壓器的核心通常由鐵氧體制成。
對于開關元件,基本上使用晶體管,其被稱為功率晶體管,開關晶體管等,用于開關電源的高功率MOSFET已經獲得了更廣泛的流通。選擇開關晶體管以匹配所需的輸出功率。在輸出功率不是很高的情況下,可以使用包含開關晶體管的控制IC來減少所需的元件數量。
可以通過使用晶體管,運算放大器和其他類型的分立器件來配置調節輸出電壓的控制電路,在許多應用中,AC / DC轉換IC因其能夠提供精確的調節控制和許多保護功能而越來越受歡迎。特別是對于板載AC / DC電源設計,設計具有AC / DC轉換器IC的系統可能是一種現實的方法。
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