在电力电子技术体系中，AC/DC与DC/DC转换器是实现电能形态转换、满足不同用电设备供电需求的装置。从家庭插座的交流电到手机电池的直流电，从工业设备的高压电源到物联网终端的低压供电，这两种转换器贯穿了能源传输与消费的全链条。本文将系统解析AC/DC与DC/DC转换器的工作原理，结合典型应用场景对比二者差异，为电力电子领域的学习与实践提供参考。
    一、AC/DC转换器：交流电到直流电的“桥梁”
    AC/DC转换器（整流器）的功能是将电网或其他交流电源输出的交流电（如AC220V、AC380V）转换为稳定的直流电，同时实现电压调节、谐波抑制与功率因数校正，为后续直流负载或DC/DC转换器提供合格的直流电源。其工作原理需经历“整流-滤波-稳压”三个阶段，部分高性能产品还会增加“功率因数校正（PFC）”环节。
    （一）工作原理
    1.整流阶段：将交流电转换为脉动直流电
    整流是AC/DC转换的步，通过二极管或可控硅（SCR）组成的整流桥，将交流电的负半周“翻转”为正半周，形成单方向的脉动直流。根据电路结构不同，可分为半波整流、全波整流与桥式整流：
    半波整流：仅利用二极管在交流电正半周导通、负半周截止的特性，输出单向脉动直流，但能量利用率低（仅50%），仅用于低功率、对电源质量要求不高的场景（如简易充电器）；
    全波整流：通过中心抽头变压器与两个二极管配合，使交流电正负半周均能输出正向电流，能量利用率提升至80%左右，但需专用变压器，成本较高；
    桥式整流：由四个二极管组成整流桥，无需中心抽头变压器，即可实现全波整流，能量利用率高（约90%），是目前主流的整流方式，广泛应用于手机充电器、电脑电源等设备。
    2.滤波阶段：降低直流电压的脉动
    整流后的直流电存在明显的“脉动”（电压随时间波动），需通过滤波电路平滑电压。常见的滤波方式为电容滤波，利用电容“充电快、放电慢”的特性，在电压峰值时储存电能，在电压谷值时释放电能，大幅降低电压脉动。对于高功率场景（如工业电源），还会增加电感滤波或LC复合滤波，进一步提升滤波效果，使输出电压更接近理想直流。
    3.稳压阶段：输出稳定的直流电压
    滤波后的直流电压仍受输入电压波动（如电网电压±10%波动）和负载变化影响，需通过稳压电路将电压稳定在设定值。根据稳压原理不同，可分为线性稳压与开关稳压：
    线性稳压：通过调整晶体管的导通压降，抵消输入电压或负载变化对输出的影响，优点是输出纹波小、电路简单，缺点是效率低（仅40%-60%），适用于低功率、小电流场景（如单片机供电）；
    开关稳压：通过高频开关管（如MOSFET）的导通与关断，将直流电压“斩波”为高频脉冲，再经电感、电容滤波后输出稳定直流。开关稳压效率高（80%-95%）、体积小，是目前中高功率AC/DC转换器的主流方案（如笔记本电脑电源、工业变频器电源）。
    4.功率因数校正（PFC）：提升能源利用效率
    传统AC/DC转换器因整流桥与电容滤波的非线性特性，输入电流会产生大量谐波，导致功率因数（PF）降低（通常仅0.6-0.7），不仅浪费电能，还会干扰电网。PFC环节通过串联电感或主动开关电路，使输入电流波形跟随输入电压波形，将功率因数提升至0.9以上，符合国际电工委员会（IEC）的谐波标准（如IEC61000-3-2），广泛应用于大功率设备（如服务器电源、LED显示屏电源）。
    （二）典型应用场景
    消费电子领域：手机、平板电脑、笔记本电脑的充电器均为小型AC/DC转换器，输入AC220V（或AC110V），输出DC5V、DC12V等低压直流电，功率通常在10W-100W之间，注重体积小、效率高与安全性；
    工业自动化领域：PLC（可编程逻辑控制器）、变频器、传感器的供电电源多为工业级AC/DC转换器，输入AC380V或AC220V，输出DC24V、DC48V，要求高稳定性、宽温度适应范围（-40℃-85℃）与抗干扰能力；
    新能源领域：光伏逆变器的前级整流部分采用高功率AC/DC转换器，将光伏板输出的直流电（实际应用中需先逆变为交流再整流，或直接通过DC/DC转换后整流）转换为稳定直流，再经后级逆变器转换为AC380V并入电网，功率可达数千瓦至数百千瓦。
    二、DC/DC转换器：直流电的“电压调节器”
    DC/DC转换器（直流斩波器）的功能是将一种电压等级的直流电转换为另一种电压等级的直流电，实现“升压”“降压”或“升降压”，同时保证输出电压稳定、纹波小，适用于输入电压与负载电压不匹配的场景。其原理基于“电感储能”与“电容滤波”，通过高频开关管控制能量的存储与释放，实现电压转换。
    （一）工作原理与分类
    根据电压转换方向，DC/DC转换器可分为降压型（Buck）、升压型（Boost）与升降压型（Buck-Boost），三者电路结构与工作流程存在显著差异：
    1.降压型（Buck）DC/DC转换器：高电压转低电压
    Buck转换器是常用的DC/DC拓扑，输入电压高于输出电压，典型应用如将DC12V转换为DC5V。其电路由开关管（MOSFET）、续流二极管、电感（L）与电容（C）组成，工作流程分为两个阶段：
    导通阶段：开关管闭合，输入电压通过开关管加在电感两端，电感电流逐渐增大，将电能以磁场形式存储在电感中，同时电容充电，为负载供电；
    关断阶段：开关管断开，电感因“电流不能突变”产生反向电动势，续流二极管导通，电感释放存储的能量，与电容共同为负载供电，保证输出电压稳定。
    通过调整开关管的导通时间（占空比），可控制输出电压大小（输出电压=输入电压×占空比），开关频率通常为100kHz-2MHz，频率越高，电感与电容体积越小，输出纹波越低。
    2.升压型（Boost）DC/DC转换器：低电压转高电压
    Boost转换器适用于输入电压低于输出电压的场景，如将锂电池的DC3.7V转换为DC5V为手机供电。其电路结构与Buck转换器类似，但电感与开关管的位置互换，工作流程如下：
    导通阶段：开关管闭合，输入电压加在电感两端，电感电流增大，存储能量；此时二极管反向截止，电容通过负载放电，维持输出电压；
    关断阶段：开关管断开，电感产生的反向电动势与输入电压叠加，使二极管正向导通，电感释放的能量与输入电压共同为电容充电，并为负载供电，实现电压升压。
    Boost转换器的输出电压与占空比成反比（输出电压=输入电压/(1-占空比)），占空比越大，输出电压越高，但需注意电感饱和问题，避免电流过大损坏元件。
    3.升降压型（Buck-Boost）DC/DC转换器：灵活转换电压
    Buck-Boost转换器结合了Buck与Boost的拓扑结构，可实现输入电压高于或低于输出电压的转换，适用于输入电压波动范围大的场景（如锂电池放电过程中电压从4.2V降至3.0V）。其工作原理是通过开关管控制电感的储能与释放方向，当输入电压高于输出时，工作在Buck模式；当输入电压低于输出时，工作在Boost模式，输出电压大小可通过占空比灵活调整（输出电压=输入电压×占空比/(1-占空比)）。
    （二）典型应用场景
    便携式电子设备：智能手机、智能手表的电池管理电路中，DC/DC转换器将锂电池的DC3.7V-4.2V转换为DC1.8V（供处理器）、DC3.3V（供传感器）等不同电压，采用高效率、小体积的同步整流方案（用MOSFET替代续流二极管），提升续航能力；
    汽车电子领域：汽车电瓶输出DC12V，通过DC/DC转换器为不同部件供电：降压至DC5V为车载USB、仪表盘供电，升压至DC48V为车载空调、电机控制器供电，要求高可靠性与抗振动能力；
    物联网（IoT）领域：无线传感器节点通常由纽扣电池（DC3V）供电，需通过DC/DC转换器将电压稳定在DC1.2V-2.5V，为低功耗芯片供电，同时采用超低静态电流（μA级）设计，延长电池使用寿命。
    三、AC/DC与DC/DC转换器的差异与协同应用
    AC/DC与DC/DC转换器虽均为电力转换装置，但在输入输出形式、拓扑结构、应用场景等方面存在显著差异，同时在实际系统中常协同工作，形成完整的供电链。

    （一）差异对比

    （二）协同应用
    在多数电子系统中，AC/DC与DC/DC转换器需配合工作，才能满足不同负载的供电需求：
    笔记本电脑供电系统：AC220V通过AC/DC转换器（充电器）转换为DC19V，再通过内置的DC/DC转换器分别降压至DC12V（供显卡）、DC5V（供USB接口）、DC1.2V（供CPU），实现多电压等级供电；
    工业PLC控制系统：AC380V经AC/DC转换器转换为DC24V，作为系统母线电压，再通过多个DC/DC转换器分别为PLC模块（DC5V）、继电器（DC24V）、传感器（DC12V）供电，保证各模块独立稳定工作；
    新能源汽车供电系统：车载动力电池输出DC300V-400V，通过AC/DC转换器（车载充电机）实现外部交流充电，同时通过DC/DC转换器降压至DC12V为低压系统（车灯、中控）供电，升压至DC650V为驱动电机逆变器供电。
    四、技术发展趋势
    随着新能源、物联网、人工智能等领域的发展，AC/DC与DC/DC转换器的技术方向逐渐聚焦于以下几点：
    高效率化：采用宽禁带半导体材料（如SiC、GaN）替代传统硅基MOSFET，降低开关损耗，使AC/DC转换器效率提升至98%以上，DC/DC转换器效率突破99%；
    小型化与集成化：通过提高开关频率（如DC/DC转换器频率提升至5MHz以上），减小电感、电容体积，同时将控制器、开关管、驱动电路集成到单一芯片（如PMIC电源管理芯片），降低系统复杂度；
    智能化与数字化：引入数字控制芯片（如MCU、FPGA），实现输出电压自适应调整、故障诊断（过压、过流保护）、能效监控，满足智能电网、工业4.0的需求；
    宽输入电压范围：适应新能源发电（光伏、风电）的电压波动，AC/DC转换器支持AC85V-265V宽范围输入，DC/DC转换器支持DC9V-75V输入，提升系统兼容性。
    五、结语
    AC/DC与DC/DC转换器作为电力电子技术的载体，是连接能源与负载的关键环节。AC/DC转换器解决了“交流电到直流电”的转换问题，为直流系统提供基础电源；DC/DC转换器则实现了“直流电的电压调节”，满足不同负载的精细化供电需求。二者既相互独立又协同工作，共同支撑起消费电子、工业控制、新能源等领域的供电体系。
    随着技术的不断进步，AC/DC与DC/DC转换器将向更高效率、更小体积、更智能的方向发展，为能源的高效利用与电子设备的性能提升提供更强动力。对于工程师与学习者而言，掌握二者的工作原理与应用场景，是理解电力电子系统、推动技术创新的重要基础。