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与直流-交流转换器不同，交流-直流转换器将交流转换为直流。流向负载的电流的转换，即交流到直流的转换，称为整流，从负载到电源的电流转换，即直流到交流的转换称为有源逆变器。交流-直流变换器进入交流电流后，需要进行整流和滤波，而滤波、高频、高电压和高电流限制了交流-直流转换器模块化的进程。

 

全桥整流器-如何将交流电转换为直流电力电子设备

什么是交流到直流转换器？

AC是交流电的缩写。AC是一种电流，其大小和极性（方向）随时间周期性变化。电流极性在1秒内变化的次数称为频率，用Hz表示。

DC是直流电的缩写。DC是一种极性（方向）不随时间变化的电流。随着时间的推移，既不在极性（方向）上流动，也不在幅度上流动的电流通常被称为DC。流动极性不随时间变化，但其大小随时间变化的电流也是DC，通常被称为纹波电流。AC到DC转换器是指将AC（交流电压）转换为DC（直流电压）的部件。

 

 

为什么我需要一个交流到直流转换器？

房屋和建筑物接收的电压是100V或200V的交流电压。然而，我们使用的大多数电器都在5V或3.3V的直流电压下工作。也就是说，如果不将交流电压转换为直流电压，电器就无法工作。其中，也有一些产品可以通过交流电压驱动，比如电机和灯泡，但电机与微控制器的控制电路相连，灯泡也变成了节能LED，因此交流到直流的转换是必要的。

 

为什么要传输交流电压？

有人可能会想，既然电器使用直流电，为什么不首先传输直流电呢？众所周知，电力来自水力发电厂、火力发电厂、核电站等。这些发电站位于山区或沿海地区，从这些地区到城市地区，交流电压更具优势。

简而言之，通过以高电压和低电流传输AC电压，可以降低传输损耗（能量损耗）。然而，在实际的家庭中，由于高压不能直接使用，因此需要通过几个变电站分阶段进行转换（降压），最终转换为100V或200V，然后进入家庭。由于交流，这些转换也更简单，因此交流电压被传输。

 

交直流变换器的整流方法

 

 

将交流电转换为直流电的整流方法有全波整流和半波整流。在这两种情况下，二极管的正向电流特性都用于整流。全波整流是通过二极管桥式电路结构将输入电压的负电压分量转换为正电压，然后整流为直流电压（脉冲电压）。

半波整流使用二极管来消除输入的负电压分量，并将其整流为直流电压（脉冲电压）。然后，通过电容器的充电和放电功能对波形进行平滑，将其转换为纯直流电压。因此，可以说，全波整流是比不利用输入负电压分量的半波整流更有效的整流方法。

此外，平滑波纹电压根据电容器容量和负载而变化。全波整流和半波整流在相同电容容量和负载条件下，全波整流的纹波电压较小。纹波电压越小，稳定性越高，性能越好。

 

交流-直流转换方法

交流-直流转换有变压器方法和开关方法。

 

● 变压器方法

变压器方法首先需要通过变压器将交流电压降压到合适的交流电压（例如，从AC100V到AC10V等）。这是一种交流到交流的转换，降压值由变压器的绕组比设置。接下来，由变压器降压的交流电压由二极管桥式整流器进行全波整流并转换为脉冲电压。最后，电容器平滑并输出纹波小的直流电压，这是最传统的交流到直流转换方法。

 

 

● 切换方式

变压器的方法是首先通过变压器进行交流/交流降压，而开关的方法是直接用二极管桥式整流器对交流电压进行整流。由于普通家庭的功耗为AC100V或AC200V，因此二极管桥式整流器必须具有能够承受高压电池或高压的规格。

接下来，用电容器平滑直流电压（脉冲电压）。电容器还需要高耐压电容器。然后，直流电压通过开关元件的接通/断开而被斩波（切断），并且电压通过高频变压器降压并被发送到次级侧。此时，斩波波形变为方波。

与家用频率（50/60Hz）相比，开关元件使用更高的频率（例如100kHz）。由于高频操作，可以实现变压器的小型化和重量减轻。方波由次级侧的整流二极管进行半波整流，然后由电容器进行平滑，并输出直流电压。

开关方法是使用控制电路来控制开关元件以获得稳定和期望的DC输出（例如DC12V）的方法。与变压器法相比，开关法由开关元件和控制电路组成，电路结构更加复杂。然而，由于可以基于高频控制使用小型变压器，这有助于设备的小型化，这是它的一大优势。

 

什么是反馈控制？

开关式交流-直流转换器确认实际输出直流电压值，并根据电压信息控制开关元件，以确保稳定实现指定的直流输出。这种确认输出电压值以控制开关元件的机制被称为反馈控制（FB控制）。

 

 

开关式交流-直流转换器通过二极管桥对交流电压进行整流，并通过电容器对其进行平滑处理，以将交流电压转换为直流电压。然后，直流电压由开关元件斩波（ON/OFF），然后由高频变压器降压并传输到次级侧，然后由电容器平滑以输出预定的直流电压。FB控制电路检测实际输出电压值是否达到指定的目标电压值。

当实际输出电压值低于目标电压值时，控制开关元件以使导通时间更长。通过这种方式，输出电压值将上升。相反，当电压高于目标电压值时，控制接通时间缩短。这样，反馈控制电路不断地检查实际输出电压值，并根据该值调整开关元件的接通/断开时间，以确保目标输出电压值的稳定性。

 

什么是轻载模式？

开关式AC到DC转换器和DC到DC转换器通过ON/OFF转换执行电压斩波和电容器平滑，以稳定地提供目标输出电压值。然而，这种开关在接通/断开期间会产生瞬时漏电流（击穿电流）。也就是说，每单位时间的接通/断开次数越多，由漏电流引起的损失就越大，效率就越低。

 

 

当周期恒定时（PWM控制），即使ON/OFF时间比改变，每单位时间的次数也是恒定的。结果，自耗散的量也是恒定的，并且在轻负载下开关泄漏电流的这种损失降低了效率。因此，在使用较少电流的情况下，使用频率调制（PFM控制）来延长和减慢周期，从而减少每单位时间的ON/OFF转换次数并减少损耗。这种技术被称为轻负载模式。

PWM和PFM的使用可以根据情况进一步提高效率。例如，当负载高时（使用电流），使用周期常数PWM控制，并且当负载轻时（不使用电流）使用周期可变PFM控制。