原標(biāo)題：AC/DC電源設(shè)計(jì)三步走：整流，PFC及隔離

AC/DC電源設(shè)計(jì)通常遵循整流、功率因數(shù)校正（PFC）及隔離這三個(gè)關(guān)鍵步驟。以下是對(duì)這三個(gè)步驟的詳細(xì)闡述：

一、整流

整流是將交流（AC）電壓轉(zhuǎn)換為直流（DC）電壓的第一步。

1. 原理：

• 正弦波是交流電最典型的波形，前半個(gè)周期為正，其余周期為負(fù)。如果反向或消除負(fù)半周期，則電流停止交替，變成直流電。

2. 實(shí)現(xiàn)方法：

• 使用無(wú)源半橋整流器，通過(guò)二極管消除正弦波的負(fù)半部分。二極管允許電流在正半波期間流過(guò)，但當(dāng)電流反向流動(dòng)時(shí)，二極管會(huì)阻斷電流方向。

• 全波整流是另一種方法，需要四個(gè)二極管配置成一個(gè)電橋，無(wú)論輸入電壓如何，這種配置都能保持穩(wěn)定的電流流向極性。全整流波的平均輸出電壓比半橋整流器的高。

3. 問(wèn)題：

• 整流后產(chǎn)生的正弦波平均功率較低，不能有效地為設(shè)備供電。雖然得到了直流波，但由于電壓波形的原因，供電效率仍然很低，因?yàn)殡妷翰ǖ闹底兓浅？旌皖l繁。這種周期性的直流電壓變化被稱(chēng)為紋波。

4. 解決方法：

• 減少或消除紋波是一個(gè)有效的電源供應(yīng)的關(guān)鍵。最簡(jiǎn)單和最常用的方法是在整流器輸出端使用一個(gè)大電容器，稱(chēng)為儲(chǔ)能電容器或平滑濾波器。電容器在電壓峰值時(shí)存儲(chǔ)電壓，然后向負(fù)載提供電流，直到其電壓小于現(xiàn)在上升的整流電壓波。得到的波形更接近所需的形狀，可以認(rèn)為是沒(méi)有交流分量的直流電壓。

二、功率因數(shù)校正（PFC）

功率因數(shù)校正電路與交流電源到直流電源的實(shí)際轉(zhuǎn)換關(guān)系不大，但卻是大多數(shù)商用電源的關(guān)鍵部件。

1. 問(wèn)題：

• 如果沒(méi)有功率因數(shù)校正，整流后的直流電壓輸出將會(huì)很高（約320V），這會(huì)對(duì)電源造成嚴(yán)重問(wèn)題，同時(shí)這些電流尖峰注入電網(wǎng)的諧波量很大，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)都是一個(gè)問(wèn)題。諧波會(huì)產(chǎn)生失真，可能會(huì)影響連接到電網(wǎng)的其他電源和設(shè)備。

2. 實(shí)現(xiàn)方法：

• 有源功率因數(shù)校正通過(guò)改變電流波形，使之跟隨電壓變化，諧波被移到更高的頻率，使其更容易濾除。在這種情況下，最廣泛使用的電路是升壓變換器。

三、隔離

無(wú)論功率因數(shù)校正電路是否存在，功率轉(zhuǎn)換的最后一步是將整流后的直流電壓逐步降低到適合預(yù)期應(yīng)用的幅度。

1. 重要性：

• 安全性是選擇降壓方法時(shí)的主要考慮因素。電源在輸入端與交流電源相連，如果輸出端有電流泄漏，可能會(huì)嚴(yán)重傷害使用者，并損壞任何負(fù)載設(shè)備。

2. 實(shí)現(xiàn)方法：

• 安全隔離可以通過(guò)磁隔離輸入和輸出電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。隔離AC/DC電源中使用最廣泛的電路是反激變換器和諧振LLC變換器，因?yàn)樗鼈儼娏鞲綦x或磁隔離。

• 反激變換器主要用于低功耗應(yīng)用（通常高達(dá)100W）。它是一種隔離的buck-boost變換器，意味著輸出電壓可以高于輸入電壓，也可以低于輸入電壓，這取決于變壓器在一次繞組和二次繞組之間的匝數(shù)比。

• LLC諧振變換器在大功率應(yīng)用中更為常用。它們也通過(guò)變壓器進(jìn)行磁隔離，并基于諧振原理工作，即當(dāng)它與濾波器的固有頻率相匹配時(shí)，對(duì)某一頻率進(jìn)行放大。LLC變換器可以產(chǎn)生零電流開(kāi)關(guān)（也稱(chēng)為軟開(kāi)關(guān)），最大限度地減少晶體管的開(kāi)關(guān)損耗，從而減少電磁干擾，提高效率。

綜上所述，AC/DC電源設(shè)計(jì)需要綜合考慮整流、功率因數(shù)校正和隔離這三個(gè)關(guān)鍵步驟。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源供應(yīng)。