变压器适用于交流电,为什么有些手机充电器是220V电压,要先通过桥式整流器再通过变压器?

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手机充电器使用的是开关电源的设计方案,通高过高频化转换使效能转化效率更高

变压器利用电磁感应原理来改变交流电压。我们平常用的交流电频率是50Hz,由于频率比较低,如果直接用变压器来降压,效率一般小于40%,做出来的手机充电器体积就会很大。聪明的人们就发明了开关电源。先把交流电整流为直流电,用开关电源芯片把直流电变为频率很高的交流电再用高频变压器实现高效能电压转换。

开关电源工作原理

开关电源是高频化的电压转换装置,开关电源的主要器件有:整流桥、开关电源控制芯片、变频变压器等

整流桥:把交流电整流为直流电,需要根据开关电源的功率选择合适的整流桥,当然也可以用四个整流二极管搭建整流电路。

开关电源控制芯片:整个开关电源的核心部分,提供高频开关信号,把直流电变为高频交流电;要根据开关电源的功率选择合适合的开关电源控制芯片

高频变压器:实现高频化的电压转换,需要根据开关电源的功率及选用的开关电源控制芯片来设计高频变压器。

当然还需要有整流滤波电路、反馈电路、EMC防护电路

整流滤波电路:把高频变压器转换过来的高频交流电整流滤波为直流电

反馈电路:把输出端的电压反馈给开关电源控制芯片,开关电源控制芯片会根据反馈自动调节PWM信号,把输出电压稳定在设定值。

EMC防护电路:包括防护浪涌、共摸开扰、差摸开扰、ESD等等

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可能不少人跟提问者一样有个疑问,普通的变压器可以改变交流电压,为何手机充电器不直接用变压器对AC220V降压,而是先对AC220V进行桥式整流再用变压器降压?手机充电器之所以不直接用变压器对AC220V进行降压,是为了减小充电器的体积,便于携带使用。下面我们来看一款简单手机充电器的电路原理图。▲ 手机充电器电路原理图。

上图是一个老式手机充电器的电路原理图,从图中可见,充电器工作时,AC220V先通过电阻R1及D1~D4组成的整流桥变为直流电(图中滤波电容未画出,一般整流之后还要经过滤波),再经三极管Q1和Q2组成的高频振荡电路将桥式整流后的直流电转为数十千赫的高频交流电,然后才通过变压器B降压,并经高频整流管D7整流后变成低压直流电来给手机充电。▲ 手机充电器电路板。

现在的手机充电器之所以不直接用变压器对AC220V降压,是为了减小变压器的体积。我们知道,变压器感应电势的大小取决于磁通量改变的速率,磁通量变化越快,感应电势就越大。手机充电器先通过整流及振荡将50赫兹的低频交流电转为数十千赫的高频交流电,然后再用变压器降压,这样在相同的功率下,高频变压器只需较小的磁芯及较少的匝数即可实现电压的变换,从而减小手机充电器的体积与重量,以方便携带及使用。

▲ 手机充电器内部的高频变压器。

手机充电器内部的高频变压器还有一个作用就是隔离,亦即将AC220V高压与充电器输出端隔离,以免充电器输出端带有AC220V高压,使用户遭到电击,故手机充电器里面这个高频变压器的质量及可靠性很重要,尽可能不要使用那些劣质的充电器。


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首先,就像前面的楼主回答的一样,这样在一定程度上是可以减小体积的,目前手机的充电器的体积越来越小。

其次,假如先进行变压再整流,这样会存在大量的波纹,并且电压很不稳定,通常情况下手机的电池多为锂电池,锂电池对充电电压的要求较高,因此通常采用像提问者问的一样先整流再电压。

锂电因是固态电池,电极一旦因过流损坏就无法修复,所以不主张大电流充放。并且对充电电压有很高要求,保护板非常灵敏。这里需强调一下,不能用保护板当充电器充满的停止手段,也不能不使用保护板充放电。

如果你仔细观察充电器的原理图会发现,体积大的变压器是对50Hz的交流电降压,而轻的变压器是先将交流整流为直流,直流逆变为高频交流再通过高频变压器降压,频率提高变压器铁心可以缩小。

以上为本人对此问题的回答,感谢留言、评论、转发。更多电子电路、嵌入式、DSP、FPGA、电机控制等等相关内容请关注@弱电小工。感谢大家。


弱电小工


又参加了个博士讨论问题。

因为变压器虽然能变压,但变压后依旧是交流电,而交流电变成直流电只有通过桥式整流电路才能完成。

实际上桥式整流电路出来的电依旧有很大的波形,所以需要滤波。

至于是先变压,再变直流,很大程度上是成本决定的,最稳定的,肯定是先变压,在整流了,但是体积大是一方面,关键还是费钱。


鞠躬车马前


先变成直流,然后用一个芯片把他变成高频(比家用50Hz交流电频率高好几倍),然后再隔离变压,然后用再整流。。选择这种方案是因为50Hz的变压器太笨重,高频变压器可以做的很小


爱吃猫的鱼111


这是一种叫开关电源的电路,优点是体积小,重量轻,稳定输出电压较优,能节省铜材等,广泛应用电脑,电视机充电器及工业上等。缺点是比较易损坏。而直接用工资变压器比较笨重,但耐用不易坏。


ywb87333827


如果是开关电源那就好说些,因为开关电源的芯片反接会烧坏掉。(有错误的话欢迎叫正)


用户6793779988195


如题主所说,变压器确实只适用于交流电,不过手机充电器中采用的并不是工频变压器降压,而是应用了开关电源技术,内部采用的是一种高频变压器,它的工作频率可达几十KHz,远比我们市电的50Hz频率高的多,下面我们就来看下两种变压器的区别。

工频变压器


首先,所谓工频就是指我们的市电220V 50Hz交流电,工频变压器就是工作在50Hz频率下来改变电压的一种变压器,如上图,这种变压器在很早以前经常应用在各种家电的电源电路中,由于工作频率较低,输出电压很稳定,没有纹波干扰,故障率很低,但它的缺点也是显而易见的,就是太笨重,而且转换效率低下,成本高,所以现在的各种低压电源基本都是采用开关电源来实现了。

高频变压器和开关电源


高频变压器,顾名思义,它是工作在高频状态,是开关电源电路的重要组成部分,从上图中我们可以看出,这种变压器体积较小,可以很方便的应用在便携式充电器中,基本上我们现在生活中可以看到的充电器都是采用的这种,开关电源的的工作过程基本如下:

  1. 整流部分。220V 50Hz交流电经过整流滤波得到300V左右的直流电。
  2. 高频变换。通过控制开关管的快速导通和截止,将直流电转换为高频脉动直流方波,施加在高频变压器的初级。(高频变换电路一般都是集成芯片,一些小功率的内部都集成有开关管)。
  3. 电压变换。高频方波施加在变压器的初级线圈,会在次级感应出相同频率不同电压的交流方波,然后经过快恢复二极管整流、电容滤波得到我们所需要的低压直流电。

从上图中我们可以看出,开关电源的电路构造相对比较复杂,而且由于工作在高频状态,很容易对电网形成干扰,但它的电源转换效率很高,而且有利于小型化,所以在现有的电子产品中基本上取代了笨重的电源变压器了。

电子维修


变压器适用于交流电,这里的交流电可以是50Hz的交流电,也可以是几百,甚至几M的交流电。

根据“交变的电场产生交变的磁场,交变的磁场又产生交变的电场“。

变压器的初级线圈将初级的电流变成了变化的磁场,变化的磁场穿过次级的线圈,在次极的线圈感应出电动热。

初级的线圈匝数为N1,流过线圈的电流为i1,磁通量为φ=μ*N1*I1*S。

μ为磁芯的磁导率,S为磁芯的截面积。

根据法拉第电场感应定律,如果次极的线圈匝数为N2,次极的电压为:

u2=dφ/dt*N2=N1*N2*μ*S*dI1/dt。

如果I1的频率为f,I1可以表示为Im*sin(2*π*f*t)。

所以u2=N1*N2*μ*S*Im*2*π*f*cos(2*π*f*t)。

可见,二次电压的最大幅度为N1*N2*μ*S*Im*2*π*f。

比如,我们要在次极获取峰值为8V的交流电压,频率为50Hz时,和频率为50KHz时,N1*N2*μ*S*Im*2*π的数值可以相差1000倍,而这个数值与线圈的匝数、磁芯的截面积有关,也就是与变压器的体积有关。

可见,对于同样的次极输出电压,频率越高,变压器体积越小。

几十K高频变压器的体积一般为工频变压器的体积的几十分之一。

根据这样的知识,对于题主的问题, 我想有几个要点:

1)通过变压器的电压、电流肯定是交流信号,变压器的直流电阻就是导线的电阻,可能就几十、几百毫欧。220V交流整流出来的310V的直流电压直接加到变压器上,直接就把变压器炸飞了。交流信号输入变压器时,除了变压器的导线电阻,还有交流的感抗,频率越高,阻抗越高。

2) 开关电源的初级实际上有一个逆变电路,输入的220v的电压,经过了这样的逆变,220V交流->桥式整流器->310V直流->频率为高频、占空比可调MOSFET控制->高频交流信号->高频变压器->变压器次极,所以经过变压器的电压是经过逆变得到的高频电压,变压器为高频变压器。

3)把工频50Hz的220V交流输入逆变成高频交流电压的最主要目的在于降低变压器的体积,从而降低整个充电器的体积。

高频变压器加上工频到高频逆变电路的体积远远小于工频变压器的体积。
4)另外一个好处在于,在310V直流逆变成高频电压的阶段,控制变压器导通的信号是PWM信号,可以根据次极的反馈电压动态调整占空比。从而可以根据次极负载的大小调整市电的输入,避免在次极的电能的浪费,提高的电能使用效率,降低了整个充电器的发热。

如果是工频变压器,由于没有控制电路,市电的输入没有办法根据负载情况动态调整,大量电能被浪费在次级的降压电路中,电能使用效率低,充电器发热也比较厉害。


IT自动化交流


那不是桥式整流器,而是放反插电路,进入电路的总是正向全波。

放在变压器之前是高压小电流,成本低。

放在变压器之后需要低压大电流,成本高。


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