如何把交流电源变换为直流稳压电源?

 作者:UPS电源    |      2022-10-11 06:23    |    标签: 变换 如何 直流 交流 电源 稳压电源

  经过降压、整流、滤波和稳压得到的直流电源为工频直流电源。其它的交流转直流方法还有开关电源、专用IC降压、阻容降压这几种。各有优缺点,可以根据应用选择设计方案。

  使用变压器降压,经过桥式整流,再经过滤波稳压就可以得到需要的直流稳压电源。此方法设计简单,纹波较少,也可以得到相对较大的输出电流;但设计出来的电源体积相对较大。

  变压器:把较高的交流电压降低得到需要的交流电压

  桥式整流:把交流电整流为脉动直流电

  滤波:把脉动直流电变为平稳的直流电

  稳压:根据需要选择合适的线性稳压芯片就可以得到需要的输出电压

  开关电源设计较为复杂,纹波相对较大,但可以得到较大的输出电流,电源的体积也相对较小。

  需要根据需求,选择合适的开关电源控制芯片,设计合适的高频变压器。开关电源工作频率比较高,一般都有几十KHz,转换的效率较高。我们平常所用的充电器基本上都是开关电源。

  使用专用IC芯片设计电源,一般可以得到200mA以内电流的输出,设计比较简单,外围元件较少。比如使用LNK304。

  阻容降压成本较低,设计简单,但输出电流较小。在很多小家电或者LED灯的应用都会采用阻容降压的方案

  如何把交流电源变成直流稳压电源,有很多方法都可以实现,但现在绝大部分都是采用开关电源电路来实现的,它的优点是输出的电压范围广而且稳定,下面这图是典型的将交流电源变换成直流电源的方框原理图,很多工业电器和家用电器都采用的这种类似的电路结构。

  功率回路

  EMC滤波电路:一般由X电容、Y电容、共模电感等组成,其主要作用是:保护电路安全稳定工作和防止电磁干扰!

  整流电路:一般是由整流桥或二级管组成,其主要作用:将交流电变成脉动的直流

  滤波电路:一般由电容组成,其主要作用:将脉动的直流变为平滑的直流

  DC转DC电路:一般由变压器或电源转换芯片组成,其主要作用:对电压进行改变

  输出整流:一般由二级管组成,其主要作用是:将交流电变成脉动的直流

  输出反馈电路:一般由电阻、变压器、霍尔元件、比较放大器组成,其主要作用:根据负载的变化情况,及时反馈电源管理芯片

  控制电路:一般由电源管理芯片组成,其主要作用是:将反馈过来的信号及时通过比较分析后控芯片输出引脚PWM占空比,从而改变变压器初级线圈储能时间的长短。

  上面这是一幅典型的开关电源电路原理图,将220Ⅴ交流电输入变换成12V直流电压,其工作流程与上图方框图基本一样!

  上图也是一个将220Ⅴ交流电源变换成12V直流电源的电路图,但这个没有反馈控制部分,不能输出稳定的直流电源,负载过大时,输出电压会下降,在这个电路中其R5C3为RC振荡电路,其振荡频率为30~45KHZ,通过改变RC的振荡频率,从而改变初级线圈储能的大小!

  总结:将交流电变成直流稳压电源方法很多,现在市场上主要就是采用开关电源电路,包括家用电器、工业电器上面也用得比较多,其工作原理都跟上面方框图内差不了太多!

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  把交流变为直流通常有三种方案,分别是RC阻容降压,AC/DC专用集成电路以及变压器降压整流。这三种方法各有优缺点,适用于不同的场合。

  该方案主要通过电容来降压,输出电流不大,主要由电容决定。如下图所示就是典型的RC阻容降压的电路原理图。

  电容的容抗Xc=1/2Πfc,输出电流I=U/Xc,所以输出电流较小,主要用在小功率的家用电器中,如小功率加热棒。并且是不隔离的,断电后电容通过与之并联的电阻放电。在使用时必须注意安全。

  这种芯片解决方案,在市面上非常多,如UCC28880、UCC28881、FSL336、LNK306等,芯片多以SO8/DIP8封装为主,输出电压通过外接电阻可调,隔离与否可选。FSL336的典型电路图如下所示。

  该类芯片输出电压可调节,但是输出电流通常只有100-400mA,但是芯片体积小、占用较小的空间,在小家电中应用广泛。

  变压器降压、整流桥整流这个是最常用的技术方案,主要用到变压器、整流桥、滤波电容、稳压芯片等关键元器件,输出电流可以根据负载需求选择不同的芯片,是最常用的方案,开关电源、充电器、适配器用的都是这种方案,典型的技术原理如下图所示。

  RC阻容降压输出电流小,不适用于负载电流较大的情况,而且输出和输入非隔离,具有一定的危险性,但是优点是成本特别低。

  AC/DC专用集成IC输出电流也不大,可以选用元器件实现隔离或者非隔离,但是优点是体积小、占用PCB空间很小,适合于空间比较紧张的产品。

  变压器降压的技术方案,是最常用的,输出电流、功率都可以通过选用不同的元器件来实现客户需求,缺点是占用空间大。目前手机充电器都是用高频变压器来实现的,在保证输出功率的同时,还能大大减小体积。

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  开关电源将输出电压负反馈回来控制占空比,这是个稳压电源;如果将输出电流负反馈回来控制占空比,这是个稳流电源。