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电磁兼容设计基础知识:DC / DC转换的原理

     而在变压器系统中,首先通过电力变压器将100VAC转换为较小的AC电压以进行整流。在开关系统中,首先使用二极管桥直接对100VAC进行整流。因此,二极管桥应满足高电压要求,处于峰值的100VAC测量大约140V。

     高DC电压通过开关元件的导通/截止而被斩波,并且能量通过高频变压器传输到次级侧。该操作使用开/关频率,即开关频率,其显着高于50 / 60Hz的输入AC频率,测量数十kHz。结果是转换为图5中所示的方波。

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      利用设置在次级侧的整流二极管对斩波的高频AC电压进行整流,由电容器平滑,并转换为预定的DC输出电压。在该图中,省略了高频AC的整流波。与使用单个二极管的半波整流相同,请参考上一节中的图2。此外,转换为所需的直流电压需要图5所示的开关元件控制电路。(此电路配置是反激系统的一个示例 - 稍后将详细介绍。)

      将高DC电压斩波并转换为AC然后通过整流和平滑重新转换回低DC电压的方法与常规开关DC / DC转换相同。当详细观察时,切换DC / DC转换过程涉及DC / AC转换然后AC / DC转换。顺便提及,使用3端子调节器的线性系统DC / DC转换简单地将DC转换为DC。

整流和平滑后切换DC / DC转换的原理

通过整流将AC转换为DC的原理如上所述。我们现在简要描述后续操作的原理:基于交换系统的DC / DC转换。

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      上图示出了使用脉冲宽度调制(PWM)系统的电压降低的原理,该系统是代表性的控制方法。PWM是一种控制方法,通过保持周期(频率)恒定来控制开/关时间比,即占空比,并且它用于各种应用。PWM通过切换将DC电压转换为所需的占空比AC,并通过对其进行整流将其返回到DC以产生期望的DC电压。

      例如,PWM通过切换到周期的25%ON而其余为OFF来转换100VDC,从而产生25:75 AC。然后对AC进行整流和平滑,即平均,并转换为DC。结果是25VDC,或相当于25%。实际上,DC / DC转换是功率转换,并且必须考虑转换效率。因此,结果可能不是图中所示的精确等式的类型,然而,转换是基于刚刚描述的原理来执行的。另外,随着负载电流增加,电压下降,并且控制电路执行反馈控制,以通过增加脉冲宽度将电压恢复到设定电平。结果,脉冲宽度不一定保持固定。

      在螺母外壳中,AC / DC转换包括整流和平滑输入AC电压,将其转换为DC并将DC重新转换为高频AC,并对其进行整流和平滑以转换为所需的DC电压,与上述变压器系统相比,开关系统执行两次AC / DC转换,这看起来很复杂。因为该系统确实很复杂,所以提供了显着的优点,近来越来越多的AC / DC转换器采用该开关系统。我们稍后将讨论交换系统的优点。

交换系统中使用的组件和实现示例

      图中的照片说明了基于交换系统的AC / DC转换所需的组件,以及电路实现示例。在基本配置中,系统与图5中所示的系统相同。因此,电路通过向PWM控制电路提供输出电压的反馈来控制调节。

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      虽然这些组件类似于前面描述的变压器系统的组件,但在该转换器中,二极管桥,初级侧电解质电容器和开关元件(晶体管)都应满足高耐压规范。

因为变压器必须在几十kHz的高频下工作,所以它被称为高频变压器或开关变压器。开关变压器的核心通常由铁氧体制成。

      对于开关元件,基本上使用晶体管,其被称为功率晶体管,开关晶体管等,用于开关电源的高功率MOSFET已经获得了更广泛的流通。选择开关晶体管以匹配所需的输出功率。在输出功率不是很高的情况下,可以使用包含开关晶体管的控制IC来减少所需的元件数量。

      可以通过使用晶体管,运算放大器和其他类型的分立器件来配置调节输出电压的控制电路,在许多应用中,AC / DC转换IC因其能够提供精确的调节控制和许多保护功能而越来越受欢迎。特别是对于板载AC / DC电源设计,设计具有AC / DC转换器IC的系统可能是一种现实的方法。

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