如何设计交流到直流转换器电路

博客作者：Zachariah Peterson

交流到直流转换器电路的作用与其名称完全一致：它接受谐波交流输入并将其转换为直流输出。这些电路只是在面包板上以低功率运行时的高电平电路，但真正的交流到直流转换器电路比变压器和整流器电路更复杂。为这些电路找到合适的元件并运行准确的功率仿真需要合适的PCB设计软件，其中包括功能强大的电路设计工具。

无论您需要设计电源、调节器、转换器还是其他电源系统，Altium Designer都能为您提供所需的设计工具。Altium Designer的集成式设计环境包含了PCB设计所需的一切功能。阅读我们的指南，了解有关设计交流到直流转换器电路以及电源系统所需的其他支持电路的更多信息。

几乎所有插入墙壁式电源的器件都需要将墙上的交流电转换为集成电路可以使用的直流电。这意味着许多产品需要交流到直流转换器电路，以及功率调节器、PFC电路和控制电路等其他电路，以实现高效功率转换。要实现成功，您需要准备正确的设计策略，并将系统的各个部分集成到一个完整的产品中。

生产级电源系统需要功能齐全的安全布局，并且设计还需要通过仿真进行验证，以确保按预期运行。使用集成式设计软件时，您可以在单个程序中创建功率转换器原理图、高质量PCB布局和电路仿真。

设计交流到直流转换器电路

交流到直流转换器电路依赖于整流，将输入交流功率转换为附带残余纹波的不稳定直流输出。交流到直流转换器电路中涉及的基本元件包括：

变压器：该器件可以将电网功率升高或降低到对系统负载有用的值。变压器匝比将决定输出到二极管电桥和电容器的电压和电流。

二极管桥式整流器：这个小电路可获取交流输入信号的绝对值，从而给出具有单一极性的时变信号。设计要求是桥式整流器电路中的二极管必须高于其正向电流工作。

电容器：使用大型电容器作为滤波器，以稳定整流后的交流信号并产生附带剩余纹波的直流电压。具有较小型有效串联电阻的较大电容器是确保高充电容量和快速放电速率的理想元件。

此元件列表是创建交流到直流转换器电路所需的最低要求，示例如下。您设计的交流到直流转换器需要在功能强大的原理图编辑器中使用真实的元件数据和仿真模型来创建，并且您需要最好的设计软件来完成工作。

为交流到直流转换器电路创建包含真实元件的原理图

确保使用具有集成元件库和PCB供应链连接的最佳原理图设计工具来设计您的交流到直流转换器电路。Altium Designer中的原理图编辑器包含功能强大的SPICE仿真引擎，该引擎易于使用，可直接从元件模型中获取电气数据。通过在单个程序中访问所有内容，您可以设计高质量的功率变换器，并快速轻松地验证设计。

Altium Designer包含SPICE仿真功能，可验证交流到直流转换器设计并确保高效功率转换。

如果您需要设计更复杂的功率转换电路，请使用分层原理图编辑器来帮助您保持井然有序。

变压器始终用于交流到直流转换器的输入端，但它们也与开关调节器电路一起使用以构建隔离式电源。

在Altium Designer中创建的具有变压器和二极管桥式整流器的基本交流到直流转换器电路

确保电力电子学方面的高效转换

所有电力电子器件设计均应确保高功率转换效率，但这通常需要的不仅仅是全波桥式整流电路。需要额外的元件和电路来确保低噪声、高效率的功率转换，特别是在向调节器电路供电时。交流到直流转换只是功率调节策略的一部分，需要考虑整个系统以尽量减少功率转换过程中的损耗和噪声。

对于大多数系统而言，最有效的功率调节策略是使用开关调节器，尤其是在设计墙上电源的交流到直流转换器电路时。功率转换所需的一些附加电路包括：

功率因数校正电路或 PFC 电路，可平滑电源转换器中输出稳压器级消耗的电流。

EMI滤波器，通常是共模扼流圈，用于消除系统输入和输出端的传导式EMI。

PWM驱动器和反馈回路可调整调节器参数，确保在所需电平下稳定输出功率。

具有标准拓扑结构的开关功率调节器，可提供低噪声输出电流。

每个附加电路和交流到直流转换器电路部分都需要在PCB布局中捕获。您无需使用不同的程序来构建电路并为系统创建电路板布局，也无需关联多个设计程序，使用Altium Designer即可，该软件包含电力电子器件设计所需一切功能的程序。

为功率转换器系统创建最佳PCB布局

在空白电路板布局中捕获功率转换器和调节器原理图后，即可开始排列元件和布线。Altium Designer中最佳的PCB布局功能使这些任务变得简单，并且这些工具可在与电路设计和仿真实用程序相同的程序中使用。使用Altium Designer时，您可以保持生产力并设计最高质量的电子器件。

交流到直流转换器电路输入端的EMI滤波器在降低直流输出端噪声方面将发挥重要作用。

如果您的交流到直流转换器为开关调节器提供直流电源，您可能需要一个PFC电路来平滑输入信号上的电流尖刺。

调节器电路中产生或接收到的任何噪声都会被放大并传播到输出端。请确保您的功率转换器中不会发生这种情况。

在Altium Designer中设计交流到直流转换器电路、稳压级和PCB布局

完成交流到直流转换器布局和电源元件

在PCB布局中创建交流到直流转换器电路和其他功率调节器电路后，即可采购元件并使用一套制造文件完成项目。电路板设计软件应包含一套全面的PCB制造功能，以帮助您为制造做好准备。Altium Designer将这些PCB制造功能和其他制造工具集成到一处，是PCB设计软件的最佳选择。

要使功率转换器设计变为现实，您还需要考虑供应链并为设计采购元件。如果可以直接通过元件制造商访问电子器件供应链数据，那么您可以放心，您的系统可以按时且按预算生产。Altium Designer包含采购工具，可帮助您查找所需的元件并将采购数据直接导入到物料清单。

使用Altium Designer中的PCB布局工具完成电源设计

Altium Designer相对于其他PCB设计平台的主要优势来自其集成设计界面，其中电源电路设计和布局所需的一切功能均包含在单个程序中。Altium Designer不仅仅是电路设计和仿真软件，它还是一款强大的产品开发PCB设计应用。虽然其他设计程序让您为每个PCB设计任务使用单独的应用，但Altium Designer可以帮助您在设计尖端技术时保持生产力。

Altium Designer是唯一一款规则驱动型设计，可帮助您在单个应用中快速设计功率转换器电路和PCB布局。

交流到直流转换器电路只是电源系统的一部分。Altium Designer中的电路设计和仿真功能可帮助您设计电力电子器件的任何部分。

Altium 365可支持您通过Altium Designer或在Web上与远程团队成员、客户和制造商共享和协作项目。

在Altium Designer中设计电力电子器件、源元件并创建PCB布局

不必使用单独的PCB布局、仿真和电路设计程序即可构建功率转换器。您可以使用Altium Designer中的最佳PCB设计和布局工具创建具有任何拓扑结构和功率转换器的电源电路。借助Altium Designer保持生产力并打造尖端技术。

审核编辑：汤梓红