详解AC/DC、DC/DC转换器：工作原理与应用
详解AC/DC、DC/DC转换器：工作原理与应用
在现代电子设备中，电源转换是一个至关重要的环节。无论是将家庭用电（交流电）转换为设备所需的直流电，还是在设备内部进行不同电压的转换，都离不开AC/DC和DC/DC转换器。本文将详细介绍这两种转换器的工作原理、类型及其应用。
AC/DC转换器
什么是AC/DC转换器？
AC/DC转换器是将交流电压（AC）转换为直流电压（DC）的元件。由于家庭用电通常是100V或200V的交流电压，而大多数电子设备需要5V或3.3V的直流电压才能正常工作，因此AC/DC转换器是必不可少的。
为什么传输的是AC电压？
虽然电子设备使用的是直流电，但电力在传输过程中使用交流电更为有利。这是因为：
- 减少传输损耗：通过以高电压、低电流的方式传输交流电，可以减少能量损耗。
- 便于变压：交流电可以通过变压器轻松实现电压的升高或降低，而直流电则需要复杂的设备才能实现电压变换。
整流方式
将交流电压转换为直流电压的过程称为整流，主要分为全波整流和半波整流两种方式：
- 全波整流：通过二极管桥式电路结构将输入电压的负电压成分转换为正电压后整流成直流电压（脉冲电压）。
- 半波整流：使用一个二极管来消除输入负电压成分后整流为直流电压（脉冲电压）。
之后，利用电容器的充电和放电功能来平滑波形，从而转换为纯净的直流电压。全波整流相比半波整流效率更高，纹波电压更小，稳定性更好。
AC/DC转换方法
AC/DC转换主要有两种方式：变压器方式和开关方式。
变压器方式：这是最传统的转换方法，通过变压器将交流电压降压，然后通过二极管桥式整流器进行全波整流，最后用电容器平滑输出直流电压。
开关方式：这种方法通过开关元件的ON/OFF对直流电压进行斩波，并经过高频变压器降压。由于使用高频工作，可以实现变压器的小型化。在二次侧利用整流二极管对方波进行半波整流，之后用电容器平滑处理，输出直流电压。
开关方式虽然电路结构较复杂，但有助于设备小型化，是其一大优点。
反馈控制
开关式AC/DC转换器通过反馈控制（FB控制）确保输出电压的稳定性。FB控制电路会检测实际输出电压值，如果低于目标电压值，则控制开关元件使ON时间变长，反之则使ON时间变短。
轻负载模式
轻负载模式是一种提高效率的技术，主要应用于使用较少输出电流的情况。通过频率调制（PFM控制）将周期拉长、变慢，减少单位时间内的ON/OFF转换次数，从而减少损失。
DC/DC转换器
什么是DC/DC转换器？
DC/DC转换器是一种将直流电压转换为不同电压水平的元件。具体来说，它可以将直流电压升高（升压转换器）或降低（降压转换器），以满足不同电子元件的工作电压需求。
为什么需要DC/DC转换器？
虽然插入插座的电气产品需要AC/DC转换器将交流电转换为直流电，但整机电路板上搭载的IC等具有各自固有的工作电压范围，因此需要使用DC/DC转换器将电压转换为所需的稳定电压。
电源IC种类
电源IC主要分为线性稳压器和开关稳压器两种类型：
- 线性稳压器：电路简单，外接部件少，噪音小，但效率低，发热大，仅能实现降压转换。
- 开关稳压器：效率高，发热小，可实现升压、降压、恒压和负电压转换，但外置部件多，设计复杂，噪音大。
线性稳压器的工作原理
线性稳压器的基本引脚包括VIN（输入）、VO（输出）和GND（接地）。其内部电路类似于反相放大电路，通过误差放大器和反馈电阻来调节输出电压。
线性稳压器的分类
线性稳压器按功能可分为正电压用和负电压用，按输出电压可分为固定型和可变型，还可分为标准型和LDO（低压差）型。
什么是LDO？
LDO（Low Dropout）是一种即使在较低的输入输出间电位差下也能工作的线性稳压器。LDO的输入输出间电位差最低可控制在1V以下，这使得它在需要低电压差应用的场景中非常有用。
总结
AC/DC和DC/DC转换器是现代电子设备中不可或缺的组件，它们确保了电力能够以合适的电压和电流形式供给各种电子元件。通过理解这些转换器的工作原理和应用，我们可以更好地设计和维护电子设备。