原标题：AC/DC电源设计三步走：整流，PFC及隔离

AC/DC电源设计通常遵循整流、功率因数校正（PFC）及隔离这三个关键步骤。以下是对这三个步骤的详细阐述：

一、整流

整流是将交流（AC）电压转换为直流（DC）电压的第一步。

1. 原理：

• 正弦波是交流电最典型的波形，前半个周期为正，其余周期为负。如果反向或消除负半周期，则电流停止交替，变成直流电。

2. 实现方法：

• 使用无源半桥整流器，通过二极管消除正弦波的负半部分。二极管允许电流在正半波期间流过，但当电流反向流动时，二极管会阻断电流方向。

• 全波整流是另一种方法，需要四个二极管配置成一个电桥，无论输入电压如何，这种配置都能保持稳定的电流流向极性。全整流波的平均输出电压比半桥整流器的高。

3. 问题：

• 整流后产生的正弦波平均功率较低，不能有效地为设备供电。虽然得到了直流波，但由于电压波形的原因，供电效率仍然很低，因为电压波的值变化非常快和频繁。这种周期性的直流电压变化被称为纹波。

4. 解决方法：

• 减少或消除纹波是一个有效的电源供应的关键。最简单和最常用的方法是在整流器输出端使用一个大电容器，称为储能电容器或平滑滤波器。电容器在电压峰值时存储电压，然后向负载提供电流，直到其电压小于现在上升的整流电压波。得到的波形更接近所需的形状，可以认为是没有交流分量的直流电压。

二、功率因数校正（PFC）

功率因数校正电路与交流电源到直流电源的实际转换关系不大，但却是大多数商用电源的关键部件。

1. 问题：

• 如果没有功率因数校正，整流后的直流电压输出将会很高（约320V），这会对电源造成严重问题，同时这些电流尖峰注入电网的谐波量很大，对整个电网都是一个问题。谐波会产生失真，可能会影响连接到电网的其他电源和设备。

2. 实现方法：

• 有源功率因数校正通过改变电流波形，使之跟随电压变化，谐波被移到更高的频率，使其更容易滤除。在这种情况下，最广泛使用的电路是升压变换器。

三、隔离

无论功率因数校正电路是否存在，功率转换的最后一步是将整流后的直流电压逐步降低到适合预期应用的幅度。

1. 重要性：

• 安全性是选择降压方法时的主要考虑因素。电源在输入端与交流电源相连，如果输出端有电流泄漏，可能会严重伤害使用者，并损坏任何负载设备。

2. 实现方法：

• 安全隔离可以通过磁隔离输入和输出电路来实现。隔离AC/DC电源中使用最广泛的电路是反激变换器和谐振LLC变换器，因为它们包括电流隔离或磁隔离。

• 反激变换器主要用于低功耗应用（通常高达100W）。它是一种隔离的buck-boost变换器，意味着输出电压可以高于输入电压，也可以低于输入电压，这取决于变压器在一次绕组和二次绕组之间的匝数比。

• LLC谐振变换器在大功率应用中更为常用。它们也通过变压器进行磁隔离，并基于谐振原理工作，即当它与滤波器的固有频率相匹配时，对某一频率进行放大。LLC变换器可以产生零电流开关（也称为软开关），最大限度地减少晶体管的开关损耗，从而减少电磁干扰，提高效率。

综上所述，AC/DC电源设计需要综合考虑整流、功率因数校正和隔离这三个关键步骤。通过合理的设计和优化，可以实现高效、稳定的电源供应。