AC-DC转换电路工作原理及PCB设计要点详解

AC-DC转换电路工作原理及PCB设计要点详解

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与非网

1.

https://www.eefocus.com/article/1642188.html

AC-DC转换电路是电子工程中的基础组件，广泛应用于各种电子设备中。本文将详细介绍AC-DC转换的工作原理、两种主要的转换方式，以及在PCB设计中需要注意的关键要点。

为什么需要将AC转换成DC？

因为大部分家庭所使用的电器都是在5v，3.3v的DC电压，如果不把AC转换成DC就无法使电器工作。

为什么一开始供电站不直接传输DC呢？

因为我们的电力通常都是在比较偏僻的山区或者是沿海地区，从这些地区传输到市区，AC电压会比较有优势，通过高电压低电流方式传输AC电压，可以减小传输的损耗，高压电经过供电站分阶段转换成220VAC后再传输到家庭当中。

AC一般有哪些方式转换成DC？

一般AC转换成DC有两种方式：

1. 变压器转换
2. 开关方式转换

如何转换，转换的原理是什么？

① 变压器转换：

1. 变压器转换是先由低频变压器（因为AC高压的频率是50-60HZ）将AC高压转换成AC低压。
2. 然后再通过整流将已经降压的AC转换成DC。
3. 但是由于刚转换过的DC纹波太严重了，我们要想办法把纹波减小，这个时候我们可以通过电容滤波来平滑电压。

② 开关方式转换：

1. 先采用桥式整流将AC转换成DC
2. 然后通过电容平滑电压
3. 接着通过开关元件对直流电压进行斩波
4. 经过高频变压器降压后斩波变为方波
5. 然后再利用整流二极管对方波进行半波整流
6. 之后再利用电容器平滑电压，并输出直流电压

这两种转换方式都有什么优缺点呢？

用于AC-DC的电源拓扑，一般有正激式开关电源、反激式开关电源、半桥式开关电源以及全桥式开关电源等等。AC-DC电路框架看起来似乎很简单，但是实际的电路我们还需要加上其他电路来确保电源转换的可控性，高效性，以及安全性等等！

完整AC-DC基本电路框架

一个完整的AC-DC电路通常会包含以下几个电路模块：

1. 在整流之前，AC转DC电源通常需要添加一个输入滤波电路，同于去除输入交流电中的高频噪声和干扰，这样可以保证稳定的直流输出，并减少对后续电路的干扰。
2. 整流桥：用于将交流电输入转换为直流电，整流桥通常是由四个二极管组成，可以将交流电的正半周和负半周分别转换为正向和反向的直流电。
3. 滤波电路：用于平滑输出的直流电，去除其中的纹波，一般使用电容器或电感器构成低通滤波电路，通过存储或消耗电荷以减小输出的纹波。
4. 稳压电路：用于输出稳定的电压，稳压电路通常由稳压器组成，可以通过反馈调整输出电压。
5. 输出保护电路：用于保护负载和电源电路，常见的输出保护电路包含过流保护，过压保护和短路保护等等。
6. 控制电路：用于控制整个电源电路的运行，控制电路通常包括开关电源控制器，反馈控制和保护电路等等。

原理图分析

本次我们采用的电源芯片为“HFC0500”,以下为管脚分布与管脚描述以及对应的应用电路

1. 上图中的保险丝可以对在电流异常时产生保护的作用，经由保险丝之后再由为共模电感滤除信号的共模干扰，CX1为X电容，X电容的作用是放置在输入线两端用来消除差模干扰（扩展：Y电容的作用是接在输入线与地线之间，用来消除共模干扰）。
2. 然后经过整流桥进行整流，将交流电转换为直流电，再通过电容对干扰进行滤除，C1到T1中间的电容电阻以及二极管组成的是RCD吸收电路，主要目的是为了保护下面这个开关管
3. HFC0500芯片5脚为驱动信号输出管脚，通过控制右侧开关管的开和关，对直流进行斩波。
4. 再经过高频变压器T1降压后变为方波
5. 接着再通过右侧的整流二极管D6对方波进行半波整流
6. 最后通过电容C10,C11滤波之后则把我们需要的电压转换出来了
7. 图五为电路的反馈以及稳压部分，可以通过反馈控制实现输出电压的调节，其中光耦主要是起隔离、提供反馈信号和开关作用。

PCB设计注意要点

1. 在处理电源PCB设计时电源环路是很重要的，我们要把三个环路做到最小，环路只有足够小他的抗干扰能力才强，以及他对外界的干扰也会变弱，首先第一个环路是输入回路（C1-T1-Q1-R11/R12/R13-C1），辅助绕组回路（辅助绕组回路可以有效地减小漏感电压，从而降低变压器的电磁干扰和损耗，其次辅助绕组还可以提高变压器的自耦比和换能比，从而增强了变压器的电性能）（T1-D4-R4-C3-T1）以及输出回路（T1-D6-C10-T1）。
2. 在GND的处理上面输入回路GND和控制电路的GND需要分开，只在C1处连接。
3. 将Q1散热器连接到主GND平面，提高抗干扰能力，由于高频开关处干扰以及噪声会很强，所以在此处可以在将电路板掏空一部分，从而达到与其他信号隔离的作用。
4. 反馈线比较敏感，很容易受到干扰，因此功率线应该和反馈线应该要分开，而且尽量缩短反馈线的长度。
5. 在光耦中间把板框掏空，对光耦两侧进行隔离。