AC/DC轉換器的案例
AC/DC、DC/DC轉換器基礎指南
來源：Rohm
首先，我們過一下AC（交流）和DC（直流）的概念。
何謂AC
Alternating Current（交流）的首字母縮寫。
AC是大小和極性（方向）隨時間呈周期性變化的電流。
電流極性在1秒內的變化次數被稱為頻率，以Hz為單位表示。
何謂DC
Direct Current（直流）的首字母縮寫。
DC是極性（方向）不隨時間變化的電流。
①流動極性（方向）和大小皆不隨時間變化的電流通常被稱為DC。
②流動極性不隨時間變化，但大小隨時間變化的電流也是DC，
通常被稱為紋波電流 (Ripple current)。
一、AC/DC轉換器
何謂AC/DC轉換器？
AC/DC轉換器是指將AC（交流電壓）轉換成DC（直流電壓）的元件。
為什么需要AC/DC轉換器？
那是因為家庭住宅和樓房接收到的電壓是100V或200V的AC電壓。
然而大家大部分使用的電器是在5V或3.3V的DC電壓下工作的。
也就是說，如果不把AC電壓轉換成DC電壓，電器就不能工作。
其中也有電機、燈泡等可以用交流電壓驅動的產品，但電機與微控制器的控制電路連在一起，燈泡也變成節能LED，因此有必要進行ACDC轉換。
為什么傳輸的是AC電壓？
可能有人會認為“既然電器使用的是DC，那為什么不一開始就傳輸DC？”
總所周知，電力來自水力發電站、火力發電站、核電站等。這些發電站位于山區或沿海等地區，從這些地區傳輸到市區，AC電壓更有優勢。
簡而言之，通過以高電壓、低電流方式傳輸AC電壓，可以減少傳輸損耗（能量損耗）。
展開 新能源汽車講解丨AC/DC、DC/DC轉換器基礎
首先，我們過一下AC（交流）和DC（直流）的概念、。
何謂AC
Alternating Current（交流）的首字母縮寫。
AC是大小和極性（方向）隨時間呈周期性變化的電流。
電流極性在1秒內的變化次數被稱為頻率，以Hz為單位表示。
何謂DC
Direct Current（直流）的首字母縮寫。
DC是極性（方向）不隨時間變化的電流。
①流動極性（方向）和大小皆不隨時間變化的電流通常被稱為DC。
②流動極性不隨時間變化，但大小隨時間變化的電流也是DC，
通常被稱為紋波電流 (Ripple current)。
一、AC/DC轉換器
何謂AC/DC轉換器？
AC/DC轉換器是指將AC（交流電壓）轉換成DC（直流電壓）的元件。
為什么需要AC/DC轉換器？
那是因為家庭住宅和樓房接收到的電壓是100V或200V的AC電壓。
然而大家大部分使用的電器是在5V或3.3V的DC電壓下工作的。
也就是說，如果不把AC電壓轉換成DC電壓，電器就不能工作。
其中也有電機、燈泡等可以用交流電壓驅動的產品，但電機與微控制器的控制電路連在一起，燈泡也變成節能LED，因此有必要進行ACDC轉換。
為什么傳輸的是AC電壓？
可能有人會認為“既然電器使用的是DC，那為什么不一開始就傳輸DC？”
展開 接地—升壓型DC/DC轉換器的PCB布局
關鍵要點：
? 在升壓型DC/DC轉換器的PCB布局中，AGND和PGND需要分離。
? 原則上，升壓型DC/DC轉換器的PCB布局中的PGND配置在頂層而無需分隔。
? 在升壓型DC/DC轉換器的PCB布局中，如果分隔PGND而經由過孔在背面連接，則受過孔電阻和電感的影響，損耗和噪聲將會增加。
? 在升壓型DC/DC轉換器的PCB布局中，多層電路板在內層或背面配置接地層時，需要注意與高頻開關噪聲較多的輸入端和二極管PGND之間的連接。
? 在升壓型DC/DC轉換器的PCB布局中，頂層PGND與內層PGND的連接，要通過多個過孔連接，以降低阻抗，減少直流損耗。
? 在升壓型DC/DC轉換器的PCB布局中，公共接地或信號接地與PGND的連接要在高頻開關噪聲較少的輸出電容器附近的PGND進行，不可在噪聲較多的輸入端或二極管附近的PGN連接。
—— The End ——
展開 干貨｜深度講解DC-DC 升壓轉換器如何選擇電感值
圖1 – CCM 運行
圖2 – DCM 運行
當 KRF = 2 時，轉換器被認為處于臨界導通模式 (CrCM) 或邊界導通模式 (BCM)。在這種模式下，電感電流在周期結束時達到零，正如 MOSFET 會在下一周期開始時導通。對于需要一定范圍輸入電壓 ( VIN）的應用，固定頻率轉換器通常在設計上能夠在最大負載的情況下在指定 VIN 范圍內，以所需要的單一導通模式 (CCM 或 DCM) 工作。隨著負載減少，CCM 轉換器最終將進入 DCM 工作。在給定 VIN 下，使導通模式發生變化的負載就是臨界負載（ICRIT）。在給定 VIN 下，引發 CrCM / BCM 的電感值被稱為臨界電感（LCRIT），通常發生于最大負載的情況下。
紋波電流與 VIN
眾所周知，當輸入電壓為輸出電壓 (VOUT) 的一半時，即占空比 (D) 為50％時 (圖3)，在連續導通模式下以固定輸出電壓工作的 DC－DC 升壓轉換器的電感紋波電流最大值就會出現。這可以通過數學方式來表示，即設置紋波電流相對于 D 的導數 (切線的斜率) 等于零，并對 D 求解。簡單起見，假定轉換器能效為100％。
根據 (3)、 (4) 和 (5),
并通過 CCM 或 CrCM 的電感伏秒平衡 (6),
則 (7).
將導數設置為零, (8)
我們就能得出 (9).
展開 
飽和磁性材料的DC-DC轉換器的3D EM和電路協同仿真CST
本篇文章介紹了考慮電感器部分飽和磁性材料的仿真工作流程，該材料用于開關模式電源（升壓轉換器）。此工作流程包括印刷電路板 （PCB） 和功率電感器的 3D 模型。
背景
開關模式電源（如 DC-DC 轉換器）的 3D EM 和電路協同仿真涉及 3D 模型和電路模型。3D 模型使用CST 微波工作室（CST MWS） 和組件（通常采用 SPICE 格式）與電路原理圖 CST Design Studio 內的 3D 模型連接。這種方法提供了準確的系統響應，但無法使用 SPICE 正確建模場分布。特別是，模擬只能使用 3D 電感器模型建模的電感器的磁場分布。
此外，當 DCDC 轉換器的輸出電流增加時，電感處的電流也會增加。電感處直流電流的進一步增加將導致（部分）磁飽和，并導致電感值降低。
3D EM 和 Circuit 協同仿真
協同仿真的第一步是將 PCB 的 3D 模型導入 CST MWS。元件連接使用離散端口進行建模。每個離散端口都被激發，S 參數結果在 3D 仿真后可用。圖 1 顯示了 PCB 模型和離散端口。
圖 1.具有離散端口連接的 DC-DC 轉換器的 PCB 模型
之后，R、L、C、二極管和晶體管等電路元件在原理圖中與 CST MWS 模塊連接，其中包含 PCB 寄生信息。無源電路元件的電氣行為可以使用 SPICE 模型或 Touchstone 模型來表示。對于有源電路元件，需要一個 SPICE 模型。電路元件和 CST MWS 模塊的完整連接如圖 2 所示。
圖 2.帶 MWS 模塊的 DC-DC 升壓轉換器的協同仿真電路原理圖
如前所述，為了在仿真中準確模擬功率電感的場輻射，必須考慮線圈的 3D 模型。電感器主體的材料使用德拜 1階磁散模型進行建模，靜態磁導率為 125。
展開 『轉貼』詳細解讀奇瑞混合動力車BSG/ISG
在此結構中，發動機通過主傳動軸與變速器相聯，電機通過皮帶傳動與發動機曲軸相連，電機既可作為發動機，又可作為電動機。BSG系統結構簡單、重量輕，對整車原有結構改動很小，成本低。其系統由“1.6L汽油機＋5速手動變速器＋2kW電機＋12V鉛酸電池”組成，電機采用爪極電機并帶有電機控制系統。
ISG（Integrated Starter Generator）代表了單軸并聯中度混合式：采用發動機和電機扭矩疊加方式進行動力混合，發動機與電機和變速器相并聯，按照不同的行駛工況要求，發動機的扭矩與電機的扭矩在變速器前進行多種形式的復合以實現最優的驅動效率，以發動機為整車主動力源，電機系統起“補峰平谷”作用。在加速時，電機助力，彌補發動機低速扭矩低的不足，在減速和制動時實施剎車能量回收，使電機發電并儲存于動力電池中。在停車時發動機關閉，消除油耗高、排放差的怠速狀態；啟動時電機則瞬時啟動發動機進入工作狀態。ISG系統結構簡單、緊湊、重量輕，可以大幅度改善燃油經濟性、降低排放。其系統由“1.3L汽油機＋5速手動變速器＋10kW電機＋144V鎳氫電池”組成，電機采用永磁同步電機并帶有電機控制系統、逆變器以及AC/DC轉換器。
除以上產品外，奇瑞還有1.3L柴油混合動力型，百公里油耗為3L的計劃。豐田混合動力車普瑞斯的國產意味著國內混合動力車市場即將開啟，而奇瑞顯然已經為此做好了充分的準備。CHE168將繼續關注奇瑞混合動力的發展動向，敬請留意。
展開 干貨 | 電源工程師必需要了解的常用電源設計電路
C2為輸出濾波器。L2和C3構成次級濾波器，以減小輸出端的開關紋波。
當輸出電壓超過光耦二極管和VR6的總壓降時，VR6將導通。輸出電壓的變化會導致流經U2內的光耦二極管的電流發生變化，進而改變流經U2B內的晶體管的電流。當此電流超出U1的FB引腳閾值電流時，將抑制下一個周期。輸出穩壓可以通過控制使能及抑制周期的數量來實現。一旦開關周期被開啟，該周期便會在電流上升到U1的內部電流限制時結束。R11用于限制瞬態負載時流經光耦器的電流，以及調整反饋環路的增益。電阻R12用于偏置齊納二極管VR6。
IC U1 (LNK 304)具有內置功能，因此可根據反饋信號消失、輸出端短路以及過載對該電路提供保護。由于U1直接由其漏極引腳供電，因此不需要在變壓器上添加額外的偏置繞組。C4用于提供內部電源去耦。
五
選擇好的整流二極管可以簡化AC/DC轉換器中的EMI濾波器電路并降低其成本該電路可以簡化AC/DC轉換器中的EMI濾波器電路并降低其成本。
要使AC/DC電源符合EMI標準，就需要使用大量的EMI濾波器器件，例如X電容和Y電容。AC/DC電源的標準輸入電路都包括一個橋式整流器，用于對輸入電壓進行整流(通常為50-60 Hz)。由于這是低頻AC輸入電壓，因此可以使用如1N400X系列二極管等標準二極管，另一個原因是這些二極管的價格是最便宜的。
這些濾波器器件用于降低電源產生的EMI，以便符合已發布的EMI限制。然而，由于用來記錄EMI的測量只在150 kHz時才開始，而AC線電壓頻率只有50或60 Hz，因此橋式整流器中使用的標準二極管(參見圖1)的反向恢復時間較長，且通常與EMI產生沒有直接關系。
展開 干貨 | 六個電源設計經驗
R11用于限制瞬態負載時流經光耦器的電流，以及調整反饋環路的增益。電阻R12用于偏置齊納二極管VR6。
IC U1 (LNK 304)具有內置功能，因此可根據反饋信號消失、輸出端短路以及過載對該電路提供保護。由于U1直接由其漏極引腳供電，因此不需要在變壓器上添加額外的偏置繞組。C4用于提供內部電源去耦。
5、選擇好的整流二極管可以簡化AC/DC轉換器中的EMI濾波器電路并降低其成本
該電路可以簡化AC/DC轉換器中的EMI濾波器電路并降低其成本。
要使AC/DC電源符合EMI標準，就需要使用大量的EMI濾波器器件，例如X電容和Y電容。AC/DC電源的標準輸入電路都包括一個橋式整流器，用于對輸入電壓進行整流(通常為50-60 Hz)。
展開 半導體 | 華虹半導體12吋90納米BCD實現規模量產
華虹半導體擁有先進的模擬及電源管理IC工藝平臺，涵蓋0.5微米到90納米工藝節點，可廣泛應用于電源管理、工業控制、音頻功放、室內外照明、汽車電子等領域，是DC-DC轉換器、AC-DC轉換器、LED照明和電池管理等產品的極佳工藝選擇。
華虹半導體執行副總裁范恒表示，“智能化硬件種類與應用場景不斷增多，對電源管理芯片的需求持續攀升，對電源管理芯片的性能要求也在不斷提高。華虹半導體將持續深耕電源管理領域，加速發展技術布局與客戶積累，進一步鞏固和提升公司在電源管理應用領域的技術優勢，不斷拓展市場邊界，賦能綠色‘芯’發展。”
什么是BCD？
BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）技術是一種單片集成工藝技術，能夠在同一芯片上制作Bipolar、CMOS和DMOS器件，1985年由意法半導體率先研制成功。隨著集成電路工藝的進一步發展，BCD工藝已經成為PIC的主流制造技術。
圖片來源：ST官網
1950年代出現了適合生產模擬功能器件的雙極（Bipolar）工藝，雙極器件一般用于功率稍大的電路中，具有截止頻率高、驅動能力大、速度快、噪聲低等優點，但其集成度低、體積大、功耗大。1960年代，出現了適合生產數字功能電路的CMOS（互補金屬氧化物半導體）工藝，CMOS器件具有集成度高、功耗低、輸入阻抗高等優點，驅動邏輯門能力比其他器件強很多，也彌補了雙極器件的缺點。1970年代，出現了適合生產功率器件的DMOS（雙擴散金屬氧化物半導體）工藝，DMOS功率器件具有高壓、大電流的特點。
展開 市場需求飆升，碳化硅爆發在即
然而若將碳化硅應用于功率元件上，將可以達到傳統硅功率元件所無法達到的低電力轉換損耗。因此我們如果說，功率元件的應用使得碳化硅大放光彩一點都不為過。特別是在這個講求低功率耗損，強調節能課題的今日，碳化硅能以功率元件的身份粉墨登場，環保節能議題絕對功不可沒。
在傳統低電壓的DC/DC轉換器應用中，手持裝置的行動化與小型化，因此能源轉換效率高于90％以上被視為是理所當然的事。但對于非手持式的高電壓、大電流AC/DC轉換應用中，效率都還有很大的提升空間。在此同時，包括歐盟能源效率（EU Energy Efficiency）等各國節能規范，都已經開始強烈各種電氣與電子設備的能源轉換效率必須提高，更包括待機時的電力耗損必須有效降低。
這樣的狀況，使得這些電子元件的相關廠商，必須開始想辦法來降低電力轉換過程中所產生的能源損耗，他們很明白，必須找出一種能夠超越硅半導體材料特性的物質，才有辦法進一步提升功率轉換的效率。而碳化硅，正是解決這些問題的答案之一（另一種有助于提高能源效率與小型化的材料為GaN氮化鎵，更適合應用于新一代的通訊設備）。
解決能源問題
碳化硅已經被認為是解決能源效率問題的解決方案之一。若與IGBT（絕緣閘極雙極性電晶體）做比較，碳化硅功率元件約可減少85%的切換損失。除了可以大幅減少能源損耗之外，在其低阻抗、高速動作、高溫動作等方面，也可以為電子設備帶來整體應用上的好處。
一般來說，碳化硅半導體元件都會與硅元件來進行比較。通常對于功率元件來說，阻抗值會是一個與耗損直接相關的重要指標。碳化硅的特性使得其阻抗值比硅元件來得更低，其意義在于若阻抗值相同，則碳化硅元件面積可以有效縮減。
展開 應用在高效開關模式電源領域的普通功率MOS管-MOT10N65F
產品特性：
?功率MOS管 - ?MOT10N65F的特性：
低柵極電荷?：減少驅動損耗，支持高頻開關（如 LLC、反激拓撲）
?快速開關能力?：提升系統效率，適用于高頻開關電源
?高 dv/dt 魯棒性?：適應嚴苛高壓環境
?強雪崩可靠性?：在感性負載或過壓工況下仍能穩定工作
?關鍵參數：
漏源極耐壓（V_DSS）?：?650 V?
?連續漏極電流（I_D）?：?10 A?（脈沖電流 I_DM達30 A）
?導通電阻（R_DS(on)）?：?典型值0.4 Ω?（V_GS=10 V）
?柵極電荷（Q_g）?：?典型值4 nC?
?雪崩能量（E_AS）?：?750 mJ?（單脈沖）
?dv/dt 耐受能力?：?4.5 V/ns?（高魯棒性）
?封裝形式?：?TO-220F?（直插，管裝50片/管）
?功耗（TO-220F）?：?156 W?（需搭配散熱措施）
?結溫與存儲溫度范圍?：?-55℃ ~ +150℃
典型應用場景：
高頻開關模式電源（如服務器電源、工業 AC-DC 轉換器）
電子鎮流器（熒光燈、高壓氣體放電燈驅動）
不間斷電源（UPS）系統
展開 
干貨｜作為一名電源工程師，你應該掌握這幾個技能
5
選擇好的整流二極管可以簡化 AC/DC 轉換器中的 EMI 濾波器電路并降低其成本
該電路可以簡化 AC/DC 轉換器中的 EMI 濾波器電路并降低其成本。
要使 AC/DC 電源符合 EMI 標準，就需要使用大量的 EMI 濾波器器件，例如 X 電容和 Y 電容。AC/DC 電源的標準輸入電路都包括一個橋式整流器，用于對輸入電壓進行整流(通常為 50-60 Hz)。由于這是低頻 AC 輸入電壓，因此可以使用如 1N400X 系列二極管等標準二極管，另一個原因是這些二極管的價格是最便宜的。
這些濾波器器件用于降低電源產生的 EMI，以便符合已發布的 EMI 限制。然而，由于用來記錄 EMI 的測量只在 150 kHz 時才開始，而 AC 線電壓頻率只有 50 或 60 Hz，因此橋式整流器中使用的標準二極管(參見圖 1)的反向恢復時間較長，且通常與 EMI 產生沒有直接關系。
然而，過去的輸入濾波電路中有時會包括一些與橋式整流器并聯的電容，用來抑制低頻輸入電壓整流所造成的任何高頻波形。
如果在橋式整流器中使用快速恢復二極管，就無需使用這些電容了。當這些二極管之間的電壓開始反向時，它們的恢復速度非常快(參見圖 2)。這樣通過降低隨后的高頻關斷急變以及 EMI，可以降低 AC 輸入線中的雜散線路電感激勵。由于 2 個二極管可以在每半個周期中實現導通，因此 4 個二極管中只需要 2 個是快速恢復類型即可。同樣，在每半個周期進行導通的兩個二極管中，只需要其中一個二極管具有快速恢復特性即可。
展開 干貨｜作為一名電源工程師，你應該掌握這幾個技能
5
選擇好的整流二極管可以簡化 AC/DC 轉換器中的 EMI 濾波器電路并降低其成本
該電路可以簡化 AC/DC 轉換器中的 EMI 濾波器電路并降低其成本。
要使 AC/DC 電源符合 EMI 標準，就需要使用大量的 EMI 濾波器器件，例如 X 電容和 Y 電容。AC/DC 電源的標準輸入電路都包括一個橋式整流器，用于對輸入電壓進行整流(通常為 50-60 Hz)。由于這是低頻 AC 輸入電壓，因此可以使用如 1N400X 系列二極管等標準二極管，另一個原因是這些二極管的價格是最便宜的。
這些濾波器器件用于降低電源產生的 EMI，以便符合已發布的 EMI 限制。然而，由于用來記錄 EMI 的測量只在 150 kHz 時才開始，而 AC 線電壓頻率只有 50 或 60 Hz，因此橋式整流器中使用的標準二極管(參見圖 1)的反向恢復時間較長，且通常與 EMI 產生沒有直接關系。
然而，過去的輸入濾波電路中有時會包括一些與橋式整流器并聯的電容，用來抑制低頻輸入電壓整流所造成的任何高頻波形。
如果在橋式整流器中使用快速恢復二極管，就無需使用這些電容了。當這些二極管之間的電壓開始反向時，它們的恢復速度非常快(參見圖 2)。這樣通過降低隨后的高頻關斷急變以及 EMI，可以降低 AC 輸入線中的雜散線路電感激勵。由于 2 個二極管可以在每半個周期中實現導通，因此 4 個二極管中只需要 2 個是快速恢復類型即可。同樣，在每半個周期進行導通的兩個二極管中，只需要其中一個二極管具有快速恢復特性即可。
展開 開關電源有“聲音”？原來可以這樣解決！
電子和磁性元件的振蕩頻率在人耳聽覺范圍內時,會產生能聽見的信號.這種現象在電力變換研究初期已為人知.以50和60Hz工頻工作的變壓器常常產生討厭的交流噪聲.如果負載以音頻元件調制,以恒定超聲頻率工作的開關功率轉換器也會產生音頻噪聲。
低功率電平時,音頻信號通常與轉換器無關.但是,設計人員可能希望降低其電路的聲波發射.低功率AC-DC轉換器中,將50或60Hz變壓器的鐵心薄片焊接在一起,能使交流噪聲降至容許的水平.高頻開關轉換器中的鐵氧體變壓器也采用了類似的技木。
過去常用高級音頻工程設備來研究開關電源的聲波輻射.這種裝置可以非常精確地測量絕對聲壓級和聲譜,但人類對聲音的感覺是很主觀的.很難說多大的聲音是能聽到的,更難以確定的是在特定應用中多大的聲音會被認為是難以忍受的噪聲。
聲波輻射與電磁輻射相似,但沒有用于衡量聽覺容忍度的通用基準.因此,設計者可以依據以下方針來處理與音頻噪聲相關的問題,減少產品的聲音輻射。
電源音頻噪聲的產生與抑制方法
一：變壓器產生的音頻噪聲
在大多數反激式轉換器應用中,變壓器是主要的音頻噪聲源.試驗板上第一個變壓器原型產生的噪聲往往令人吃驚.采用眾所周知的恰當的結構技巧將基本上消除噪聲而不增加額外的費用.在裝配原型變壓器時要注意成品性能的可重復性.
網絡配圖
有一些機制會產生變壓器噪聲,每種都會產生發出聲音的機械位移.這些機制包括:
相對運動—磁芯兩部分間的吸引力使其移動,壓迫將其分隔的介質.
撞擊—如果兩塊磁芯的表面能接觸,它們響應磁通激勵而移動會使二者碰撞或刮擦.
展開 寬禁帶半導體材料的現在與未來
SiC用于650V以上器件的應用，GaN 用于100V至650V的應用，耐壓在 100V 左右的 GaN 器件用于從 48V 到更低電壓的中壓功率轉換。
此外，用于云計算和USB PD應用的AC-DC電源包括一個650V GaN電源開關，此電壓是適用于AC-DC轉換的額定電壓。GaN的高頻特性使得電源的無源元件比以前小很多，使得整體解決方案極其緊湊。
相比之下，SiC器件專為650V及以上電壓而設計。在1200V以上，SiC是各種應用的最佳解決方案。從長遠來看，太陽能逆變器、電動汽車充電器和工業 AC-DC 轉換器等應用都將轉向SiC。另外，SiC材料制作的固態變壓器很有前景，可以用半導體代替由銅和磁鐵組成的電流互感器，以提高效率、減少諧波和提高電網穩定性。
電子電力的下一輪革命已經到來，在SiC和GaN這種有前途的寬禁帶半導體材料的助力下，電力電子的未來也將是高效。
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