你有沒有想過，家里的手機(jī)充電器、筆記本電源，為什么能把墻上 220V 的交流電變成設(shè)備需要的 5V、3.3V 直流電？今天就帶大家深入了解 AC-DC 的奧秘，從轉(zhuǎn)換原理到 PCB 設(shè)計(jì)，干貨滿滿！

為什么非要 AC 轉(zhuǎn) DC？

日常電器如手機(jī)、路由器等，大多需要 5V、3.3V 的直流電壓才能工作，而家庭供電是 220V 交流電，這一步轉(zhuǎn)換必不可少。

那為啥供電站不直接傳直流電呢？因?yàn)殡娏Χ鄟碜云h(yuǎn)山區(qū)或沿海，遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，交流電可以通過 “高電壓、低電流” 的方式減少損耗，到了市區(qū)再經(jīng)供電站降壓為 220V 交流電，最后才到我們家里。

AC 轉(zhuǎn) DC 有哪兩種方式？

1. 變壓器轉(zhuǎn)換

原理簡單三步：

• 先通過低頻變壓器（適配 50-60Hz 交流電）將高壓 AC 轉(zhuǎn)為低壓 AC；
• 再用整流電路把低壓 AC 變成 DC（整流方式如下圖 所示）；

• 最后靠電容濾波減小 DC 的紋波，讓電壓更平滑。

其電路實(shí)現(xiàn)可參考上圖AC-DC變壓器實(shí)現(xiàn)方式

從交流電輸入到直流輸出的波形變化如上圖，能清晰看到電壓的轉(zhuǎn)換過程。

2、開關(guān)方式轉(zhuǎn)換：

步驟更精細(xì)：

• 先經(jīng)橋式整流將 AC 轉(zhuǎn) DC；
• 電容平滑電壓后，用開關(guān)元件對(duì)直流斬波；
• 高頻變壓器降壓后變?yōu)榉讲ǎ?/li>
• 整流二極管半波整流，再經(jīng)電容平滑，最終輸出直流。

電路結(jié)構(gòu)如上圖，AC-DC開關(guān)實(shí)現(xiàn)方式

波形變化如上圖，整個(gè)過程更高效。

兩種方式比較（附優(yōu)缺點(diǎn)）

如下圖所示，兩種轉(zhuǎn)換方式各有優(yōu)劣：

• 變壓器方式：電路簡單、噪聲少、成本低，但體積大、重量沉、發(fā)熱嚴(yán)重、效率低；
• 開關(guān)方式：體積小、重量輕、效率高，但電路復(fù)雜、高耐壓元件多、開關(guān)時(shí)噪聲大、EMI（電磁干擾）難處理。

完整 AC-DC 電路長啥樣？

一個(gè)靠譜的 c電路，得有這幾個(gè)核心模塊：

• 輸入濾波電路：去除高頻噪聲，保證后續(xù)電路穩(wěn)定；
• 整流橋：4 個(gè)二極管組成，把 AC 的正負(fù)半周都轉(zhuǎn)為直流；
• 濾波電路：用電容或電感做低通濾波，減小紋波；
• 穩(wěn)壓電路：靠穩(wěn)壓器通過反饋調(diào)整輸出電壓；
• 輸出保護(hù)電路：防過流、過壓、短路，保護(hù)設(shè)備；
• 控制電路：含開關(guān)電源控制器等，統(tǒng)籌整個(gè)電路運(yùn)行。

實(shí)戰(zhàn)分析：HFC0500 芯片應(yīng)用電路

以下圖 HFC0500 芯片為例，看看實(shí)際電路怎么工作：

1. 保險(xiǎn)絲負(fù)責(zé)電流異常保護(hù)，共模電感濾除共模干擾，X 電容 CX1 消除差模干擾；
2. 整流橋整流后，電容進(jìn)一步濾除干擾，RCD 吸收電路保護(hù)開關(guān)管；
3. 芯片 5 腳輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制開關(guān)管斬波；
4. 高頻變壓器 T1 降壓為方波，經(jīng)整流二極管 D6 半波整流；
5. 電容 C10、C11 濾波后，輸出所需電壓；
6. 反饋部分通過光耦隔離反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)。

PCB 設(shè)計(jì)避坑指南

做好 AC-DC 的 PCB 設(shè)計(jì)，這幾點(diǎn)要牢記：

1. 縮小三大環(huán)路：輸入回路（C1-T1-Q1-R11/R12/R13-C1）、輔助繞組回路（T1-D4-R4-C3-T1）、輸出回路（T1-D6-C10-T1），環(huán)路越小，抗干擾能力越強(qiáng)（參考下圖 的 top 視圖和 bottom 視圖）；
2. 分開 GND：輸入回路 GND 與控制電路 GND 僅在 C1 處連接；
3. 隔離高頻干擾：開關(guān)管 Q1 的散熱器接主 GND 平面，可掏空周邊電路板隔離噪聲；
4. 保護(hù)反饋線：與功率線分開，盡量縮短長度，避免干擾；
5. 隔離光耦：在光耦中間掏空板框，隔離兩側(cè)信號(hào)。

從發(fā)電站到充電器，AC-DC 轉(zhuǎn)換是電力應(yīng)用的關(guān)鍵一環(huán)。掌握這些知識(shí)，不僅能看懂電路原理，還能在設(shè)計(jì)時(shí)少走彎路～