【开关电源篇】整流及其滤波电路的工作原理和设计指南-超简单解读

要说整流电路，半波整流是最简单、最基础的一位老大哥，虽然效率不高，但理解它是学好其他整流电路的关键。

1. 什么是半波整流电路？

半波整流是一种利用二极管的单向导通特性，将交流电转换为直流电的基础电路。它通过“切除”交流电的半个周期，仅保留另外半个周期来实现整流。

1 开关电源超快学习思路 点击跳转
1.1开关电源的原理、结构和实物入门篇-超简单解读 点击跳转
1.2开关电源的EMI输入电路-超简单解读 点击跳转

1.1 电路结构与工作原理

• 核心元件：电源变压器T1、整流二极管VD1、负载电阻R1
• 正半周工作过程：
  
  • 交流电压正半周时，VD1正极电压高于负极（0V），二极管正向偏置而导通
  • 电流路径：T1二次绕组上端 → VD1正极 → VD1负极 → R1 → 地端 → T1二次绕组下端
    你看，负载R1上就得到了一个只有正半周的电压，这就完成了‘整流’的第一步
• 负半周工作过程：
  
  
  • 交流电压负半周时，VD1正极电压低于负极，二极管反向偏置而截止
  • 电路中无电流，输出电压为零
    正因为‘浪费’了半个周期的电，所以它的输出电压低，波动（纹波）大，就像人一条腿走路，既慢又不稳，一般只用在一些要求不高的小功率电器里。

1.2 输出特性分析

特性类型	具体表现
输出电压极性	正极性（上正下负）
电压波形	单向脉动直流电压
波形特征	仅保留输入电压的正半周波形

关键提示：半波整流电路结构简单，但输出纹波大、效率低，适用于对电源质量要求不高的场合。

2. 全波整流电路如何工作？

全波整流（半桥式整流）克服了半波整流只能利用半个周期的缺点，显著提高了电能利用率。

2.1 电路结构特点

• 变压器次级采用中心抽头结构，形成两组匝数相等的线圈
• 使用两只整流二极管（VD1、VD2）
• 负载RL连接在中心抽头与二极管共接点之间
  这个中心抽头，就像变压器次级线圈的‘中间头’，把它接地，上下两半线圈就能分别工作了
  

2.2 工作过程分析

2.3 优缺点对比

优点	缺点
市电利用率高	变压器利用率较低
输出纹波较小	需要中心抽头变压器
输出直流电压较高	二极管反向电压要求高

因为每次只用一半线圈工作，另一闲着，所以变压器没有物尽其用

3. 桥式整流电路有什么优势？

桥式整流电路是目前应用最广泛的整流方案，它综合了效率与成本的优势。

3.1 电路组成

· 1个电源变压器
· 4只整流二极管（组成电桥形式）
· 1个负载电阻
桥式整流就像四个工人（二极管）两两一组轮班倒，保证电流总能从正极进去，从负极出来。它虽然多用了2个二极管，但省去了昂贵的中心抽头变压器，总体成本更低，所以成了现在最流行的整流方案。

3.2 工作原理详解

正半周电流路径：

T次级上端 → VD1 → RL → VD3 → T次级下端

负半周电流路径：

T次级下端 → VD2 → RL → VD4 → T次级上端

3.3 性能特点

· 优点：变压器无需中心抽头、二极管反向电压要求较低
· 缺点：需要4只二极管，导通压降较大（约1.4V）
· 适用场合：大多数电源适配器、电子设备电源模块

4. 什么是倍压整流电路？

倍压整流适用于需要高电压、小电流的特殊场合，通过电容充放电实现电压倍增。

4.1 二倍压整流原理

· 正半周：VD1导通，C1充电至接近U2峰值（左负右正）
· 负半周：VD2导通，U2与C1电压串联（约2倍U2）向C2充电
正半周时，电源先给C1‘充能’；到了负半周，电源和已经‘充好能’的C1手拉手（电压串联）一起给C2充电，这样C2上的电压就差不多是电源电压的两倍

4.2 多倍压整流电路

通过增加二极管和电容的数量，可以实现三倍、四倍甚至更高倍数的电压输出：

4.3 应用限制

· 仅适用于负载电流较小的场合
· 负载电流增大时，输出电压下降明显
· 常用于高压发生器、静电设备等特殊应用
这种电路‘劲儿小’，只能输出很小的电流。你要是想让它带个大负载（比如接个电机），它的电压‘唰’一下就掉下来了，所以只能用在高压、小电流的地方，比如电蚊拍、老显像管电视的高压部分。

5. 滤波电路有哪些类型？

整流后的脉动直流含有大量交流纹波，必须通过滤波电路使其平滑。

5.1 电容滤波电路

​​
· 工作原理：利用电容的充放电特性

· 电压上升段：快速充电（时间常数小）
· 电压下降段：缓慢放电（时间常数大）
电容像个‘小水库’，电压高时（峰值）它就‘蓄水’（充电），电压低时它就‘放水’（放电）来维持水位（电压），让水流（电流）变得更平稳。
· 滤波电容选择公式：

RC ≥ (3~5)T/2

其中：R为负载电阻，T为交流电周期

5.2 电感滤波电路

· 工作原理：利用电感对变化的电流产生反向电动势

· 特点：带负载能力强，适用于大电流场合
· 缺点：体积大、成本高、有电磁干扰

5.3 RC滤波电路（又称π型滤波）

R1承载了交流纹波，R1和C2越大，效果越好。但R1过大又会导致压降过大，影响输出电压。
· 优点：滤波效果好于单一电容滤波
· 缺点：电阻R1会产生压降和功耗
· 设计要点：R1小于负载电阻R₂，但要不大不小找个平衡点
这个电阻R1是‘拦路虎’，主要是让它来承担纹波电压。但如果它太大，不光纹波压降大，有用的直流电压也损失得多，所以得选一个不大不小的合适值。

5.4 LC滤波电路

· 综合优势：结合了电容滤波（纹波小）和电感滤波（带载能力强）的优点
· 应用场合：对电源质量要求较高的设备
LC滤波是‘豪华配置’，L（电感）通直流、阻交流，先把大的交流纹波挡住；C（电容）再把剩下的小波纹吸掉，效果最好，常用在高级音响、精密仪器里。

6. 实践应用建议

1. 二极管选型：反向耐压值至少为变压器输出电压的2倍以上
2. 滤波电容选择：
   · 耐压值：大于输出电压的1.5倍
   · 容量选择：根据负载电流和允许的纹波大小计算，通常几百到几千微法
3. 安全考虑：大容量电容需并联放电电阻，确保维修安全
4. 纹波测量：使用示波器AC耦合模式观察纹波电压，应小于输出电压的5%
5. 常见整流对比

通过掌握这些整流与滤波电路的基础知识，您已经迈入了开关电源维修的大门。
以后碰到电源无输出、输出电压低、纹波大的故障，就可以按照这个思路：先查保险丝，再测整流桥（四个二极管）有没有击穿短路，最后查滤波电容有没有鼓包、失效。