将交流电变为直流电的简单步骤

电子

AC-DC(交流到直流)转换器是电力电子中最重要的元件之一，这是因为有很多基于这些转换的现实应用程序。

将交流 (AC) 输入转换为直流 (DC) 输出的电路IC称为AC-DC转换器，它们用于电力电子应用中。其中电源输入50Hz或60Hz正弦波交流电压，需要将电源转换为直流输出。

此外，将交流电流转换为直流电流的过程称为整流，整流器在负载端连接处将交流电源转换为直流电源。同样，变压器通常用于调节交流电源以降低电压水平，从而为直流电源提供更好的工作范围。

交流电 (AC) 和直流电 (DC) 的概念

交流电

在交流电中，电流改变方向并向前和向后流动。方向周期性变化的电流称为交流电(AC)，它具有非零频率。由交流发电机、发电机等生产。

直流电

在直流电中，电流不会改变其大小和极性。如果电流在导体中总是以相同的方向流动，则称为直流电。它的频率为零。它由电芯、蓄电池、直流发电机等产生。

将交流电变为直流电的简单步骤

下面简单介绍以下电源电路中常用的转换器，即230V AC-5V DC转换器的转换过程。

1、降低电压

有时在向远距离供电时需要增加电压。同样，对于使用较低功率的设备，也需要降低电压。升压变压器用于提高电压水平，降压变压器用于降低电压水平。

考虑一个具有12V输出的变压器，那么230V交流电源通过降压变压器转换为12V交流电。RMS值及其峰值可以通过2的平方根与RMS值的乘积给出，大约等于降压变压器的输出17V。

因此，这个降压器输出的17V AC电源必须转换为DC电源，然后再降压到5V DC。这里AC到DC转换器(即整流器)的作用就是将17V AC转换为DC。

2、交流到直流电源转换器电路

AC到DC转换器在负载端连接处将交流电源转换为直流电源。目前有不同类型的整流器，例如半波、全波和桥式整流器。

由四个二极管组成的全桥整流器以桥的形式连接起来。二极管仅在一个方向上导电，即在正向偏置期间。它在另一个方向上保持关闭状态，即在反向偏置期间。

在上述电路中，在正半周期间，二极管D2和D4导通。在电源的负半周期间，二极管D1和D3导通。因此，以这种方式输入的交流电被整流为输出的直流电。但问题是直流输出功率由脉冲组成，不是纯直流。

3、获得纯直流波形

如果需要将脉动直流转换为纯直流。为此，大多数电路都使用电容器。当输入电压从零增加到峰值时，电容器用于存储能量。当输入电压从峰值下降到零时，电容器的能量可以被释放。

因此，通过这种方式，可以使用电容器的这种充电和放电过程将脉动直流转换为纯直流。

4、调节固定直流电压

为了将输出电压稳定在固定的期望值，这里最终使用了稳压器IC。直流稳压器IC的名称为78XX，最后两位数XX——代表输出电压值。例如，为了将输出电压限制在5V，可以使用了7805稳压器IC，如果为了将电压限制在9V，可以使用了7809稳压器IC。

线性和开关AC-DC电源

在常用的AC-DC电源当中，主要有两种类型，分别是线性AC-DC电源和开关AC-DC电源，下面简单来介绍下。

线性AC-DC电源

线性AC-DC电源设计简单，它通过使用变压器将交流 (AC) 输入电压降低到更适合预期应用的值，然后降低的交流电压被整流并变成直流 (DC) 电压，经过滤波以进一步提高波形质量，其框图如下图所示：

传统的线性AC/DC电源设计多年来一直在发展，在效率、功率范围和尺寸方面都有所提高——但这种设计存在不合理的缺陷。那就是线性AC/DC电源的一个巨大变压器。由于输入电压在输入端进行变换，因此变压器必须非常大才可以，这导致线性AC/DC电源会非常的笨重。

而且在低频(例如50Hz)下，需要较大的电感值才能将大量功率从初级线圈传输到次级线圈，这势必需要大型变压器磁芯，从而导致线性AC/DC电源小型化设计是不可能的。此外，线性AC/DC电源的另一个限制是大功率电压调节还需要配备大型散热器才行。

开关AC-DC电源

由于半导体技术的发展，使得开关AC-DC电源成为可能，特别是由于创造了大功率MOSFET晶体管，即使存在大电压和电流，它也可以非常快速有效地打开和关闭。

使用开关电源转换器设计的AC-DC电源称为开关AC-DC电源。开关AC-DC电源能够创建更高效的电源转换器，而且不需要耗散多余的功率，它有一种相对复杂将交流电转换为直流电的方法。

在开关AC-DC电源中，输入电压不再降低;相反，它在输入端被整流和过滤。然后直流电压通过斩波器，将电压转换为高频脉冲序列。最后，波通过另一个整流器和滤波器将其转换回直流电并消除在到达输出之前可能存在的任何剩余交流电分量，其原理如下图所示：

在高频下工作时，变压器的电感器能够传输更多功率而不会达到饱和，这意味着磁芯可以变得越来越小。因此，开关AC-DC电源的设计尺寸相对来说比较小。

当然，AC-DC电源转换器也是有缺点的，那就是它会在系统中产生大量噪声，所以必须对其进行处理以确保其不会在输出端出现。这就需要更复杂的电路设计，从而反过来又增加了电路设计的复杂性。

主要应用

AC-DC转换器用于几乎所有电子和电气设备。它们用作真空吸尘器、洗衣机、冰箱、电饭煲等家用应用的电源电路。在日常生活中，可用的产品如电脑、电视、手机充电器等 AC-DC 转换器起着非常重要的作用。

大多数电子传感器和模块仅在直流电源上运行，因此它们使用交流到直流转换器。此外，AC-DC转换器还用于医疗设备、工厂自动化、楼宇自动化、过程控制系统、标牌显示和电信。

AC-DC转换器的其它应用包括可再生能源管理、测试和测量设备、国防、航空航天和运输系统。

总结

如今AC/DC转换器无处不在，其主要工作是将交流电 (AC) 转换为稳定的直流 (DC) 电压，然后可用于为不同的电气设备供电。但是，设计高效的AC/DC转换器电源并非易事，因为当前市场可能更需要的是在广泛的负载范围内保持效率的高功率、高效的微型AC/DC电源。

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