如何設計交流到直流轉換器電路

博客作者：Zachariah Peterson

交流到直流轉換器電路的作用與其名稱完全一致：它接受諧波交流輸入并將其轉換為直流輸出。這些電路只是在面包板上以低功率運行時的高電平電路，但真正的交流到直流轉換器電路比變壓器和整流器電路更復雜。為這些電路找到合適的元件并運行準確的功率仿真需要合適的PCB設計軟件，其中包括功能強大的電路設計工具。

無論您需要設計電源、調節器、轉換器還是其他電源系統，Altium Designer都能為您提供所需的設計工具。Altium Designer的集成式設計環境包含了PCB設計所需的一切功能。閱讀我們的指南，了解有關設計交流到直流轉換器電路以及電源系統所需的其他支持電路的更多信息。

幾乎所有插入墻壁式電源的器件都需要將墻上的交流電轉換為集成電路可以使用的直流電。這意味著許多產品需要交流到直流轉換器電路，以及功率調節器、PFC電路和控制電路等其他電路，以實現高效功率轉換。要實現成功，您需要準備正確的設計策略，并將系統的各個部分集成到一個完整的產品中。

生產級電源系統需要功能齊全的安全布局，并且設計還需要通過仿真進行驗證，以確保按預期運行。使用集成式設計軟件時，您可以在單個程序中創建功率轉換器原理圖、高質量PCB布局和電路仿真。

設計交流到直流轉換器電路

交流到直流轉換器電路依賴于整流，將輸入交流功率轉換為附帶殘余紋波的不穩定直流輸出。交流到直流轉換器電路中涉及的基本元件包括：

變壓器：該器件可以將電網功率升高或降低到對系統負載有用的值。變壓器匝比將決定輸出到二極管電橋和電容器的電壓和電流。

二極管橋式整流器：這個小電路可獲取交流輸入信號的絕對值，從而給出具有單一極性的時變信號。設計要求是橋式整流器電路中的二極管必須高于其正向電流工作。

電容器：使用大型電容器作為濾波器，以穩定整流后的交流信號并產生附帶剩余紋波的直流電壓。具有較小型有效串聯電阻的較大電容器是確保高充電容量和快速放電速率的理想元件。

此元件列表是創建交流到直流轉換器電路所需的最低要求，示例如下。您設計的交流到直流轉換器需要在功能強大的原理圖編輯器中使用真實的元件數據和仿真模型來創建，并且您需要最好的設計軟件來完成工作。

為交流到直流轉換器電路創建包含真實元件的原理圖

確保使用具有集成元件庫和PCB供應鏈連接的最佳原理圖設計工具來設計您的交流到直流轉換器電路。Altium Designer中的原理圖編輯器包含功能強大的SPICE仿真引擎，該引擎易于使用，可直接從元件模型中獲取電氣數據。通過在單個程序中訪問所有內容，您可以設計高質量的功率變換器，并快速輕松地驗證設計。

Altium Designer包含SPICE仿真功能，可驗證交流到直流轉換器設計并確保高效功率轉換。

如果您需要設計更復雜的功率轉換電路，請使用分層原理圖編輯器來幫助您保持井然有序。

變壓器始終用于交流到直流轉換器的輸入端，但它們也與開關調節器電路一起使用以構建隔離式電源。

在Altium Designer中創建的具有變壓器和二極管橋式整流器的基本交流到直流轉換器電路

確保電力電子學方面的高效轉換

所有電力電子器件設計均應確保高功率轉換效率，但這通常需要的不僅僅是全波橋式整流電路。需要額外的元件和電路來確保低噪聲、高效率的功率轉換，特別是在向調節器電路供電時。交流到直流轉換只是功率調節策略的一部分，需要考慮整個系統以盡量減少功率轉換過程中的損耗和噪聲。

對于大多數系統而言，最有效的功率調節策略是使用開關調節器，尤其是在設計墻上電源的交流到直流轉換器電路時。功率轉換所需的一些附加電路包括：

功率因數校正電路或 PFC 電路，可平滑電源轉換器中輸出穩壓器級消耗的電流。

EMI濾波器，通常是共模扼流圈，用于消除系統輸入和輸出端的傳導式EMI。

PWM驅動器和反饋回路可調整調節器參數，確保在所需電平下穩定輸出功率。

具有標準拓撲結構的開關功率調節器，可提供低噪聲輸出電流。

每個附加電路和交流到直流轉換器電路部分都需要在PCB布局中捕獲。您無需使用不同的程序來構建電路并為系統創建電路板布局，也無需關聯多個設計程序，使用Altium Designer即可，該軟件包含電力電子器件設計所需一切功能的程序。

為功率轉換器系統創建最佳PCB布局

在空白電路板布局中捕獲功率轉換器和調節器原理圖后，即可開始排列元件和布線。Altium Designer中最佳的PCB布局功能使這些任務變得簡單，并且這些工具可在與電路設計和仿真實用程序相同的程序中使用。使用Altium Designer時，您可以保持生產力并設計最高質量的電子器件。

交流到直流轉換器電路輸入端的EMI濾波器在降低直流輸出端噪聲方面將發揮重要作用。

如果您的交流到直流轉換器為開關調節器提供直流電源，您可能需要一個PFC電路來平滑輸入信號上的電流尖刺。

調節器電路中產生或接收到的任何噪聲都會被放大并傳播到輸出端。請確保您的功率轉換器中不會發生這種情況。

在Altium Designer中設計交流到直流轉換器電路、穩壓級和PCB布局

完成交流到直流轉換器布局和電源元件

在PCB布局中創建交流到直流轉換器電路和其他功率調節器電路后，即可采購元件并使用一套制造文件完成項目。電路板設計軟件應包含一套全面的PCB制造功能，以幫助您為制造做好準備。Altium Designer將這些PCB制造功能和其他制造工具集成到一處，是PCB設計軟件的最佳選擇。

要使功率轉換器設計變為現實，您還需要考慮供應鏈并為設計采購元件。如果可以直接通過元件制造商訪問電子器件供應鏈數據，那么您可以放心，您的系統可以按時且按預算生產。Altium Designer包含采購工具，可幫助您查找所需的元件并將采購數據直接導入到物料清單。

使用Altium Designer中的PCB布局工具完成電源設計

Altium Designer相對于其他PCB設計平臺的主要優勢來自其集成設計界面，其中電源電路設計和布局所需的一切功能均包含在單個程序中。Altium Designer不僅僅是電路設計和仿真軟件，它還是一款強大的產品開發PCB設計應用。雖然其他設計程序讓您為每個PCB設計任務使用單獨的應用，但Altium Designer可以幫助您在設計尖端技術時保持生產力。

Altium Designer是唯一一款規則驅動型設計，可幫助您在單個應用中快速設計功率轉換器電路和PCB布局。

交流到直流轉換器電路只是電源系統的一部分。Altium Designer中的電路設計和仿真功能可幫助您設計電力電子器件的任何部分。

Altium 365可支持您通過Altium Designer或在Web上與遠程團隊成員、客戶和制造商共享和協作項目。

在Altium Designer中設計電力電子器件、源元件并創建PCB布局

不必使用單獨的PCB布局、仿真和電路設計程序即可構建功率轉換器。您可以使用Altium Designer中的最佳PCB設計和布局工具創建具有任何拓撲結構和功率轉換器的電源電路。借助Altium Designer保持生產力并打造尖端技術。

審核編輯：湯梓紅