2.4 直流电源：整流–滤波–稳压​

2.4 直流电源：整流–滤波–稳压 ​把市电 AC 220 V/50 Hz 转换成纹波极小、电压几乎不随负载或电网波动而变化的直流电压。经典结构永远是三步：整流 → 滤波 → 稳压。下面按 原理–电路–关键公式–典型器件–实测案例–常见变体 六个维度展开。

1 整流（Rectification） ​目的：把双向交流变成单向脉动直流。公共端：变压器次级中心抽头或桥堆负端。1.1 主流拓扑 ​名称器件数量利用率纹波频率反向耐压适用场景半波1 二极管50 %50 Hz√2 V₂超低成本、小电流全波中心抽头2 二极管100 %100 Hz2√2 V₂需中心抽头变压器桥式（Graetz）4 二极管100 %100 Hz√2 V₂最通用1.2 关键公式（桥式） ​图一：桥式整流电路图平均输出电压：UAV≈0.9V2二极管平均电流：ID=IL2峰值反向电压：PIV=2V21.3 典型器件 ​电流器件封装备注1 A1N4007DO-411000 V/1 A 通用3 A1N5408DO-201整流桥后级1 A 贴片MB6SSMD-4桥堆一体化2 滤波（Filtering） ​目的：削低纹波，使脉动直流趋近平滑直流。2.1 常用结构 ​结构元件特点适用场景电容滤波并联电解 C简单、成本低< 200 mALC-πC–L–C抑制高频尖峰中功率RC-πC–R–C低成本、带载弱信号级同步整流 + 固态电解MOSFET + 固态电容高频低 ESR开关电源次级2.2 关键公式（桥式 + 电容滤波） ​经验时间常数：RLC≥(3∼5)T2,T=20 ms (50 Hz)空载峰值：Upeak=2V2带载平均：UAV≈1.2V2(含二极管压降)2.3 实测案例 ​需求：+15 V / 100 mA

变压器：双 12 V → 整流后峰值 ≈ 17 V负载 R_L = 150 Ω计算：C ≥ (3×10 ms)/150 Ω ≈ 200 µF实际：470 µF/25 V 电解 + 100 nF 陶瓷并联结果：纹波由 5 Vpp 降至 0.3 Vpp3 稳压（Regulation） ​目的：在电网 ±10 %、负载 0–100 % 变化时，输出电压变化 < 1 %。3.1 线性稳压 ​结构器件输出压差效率应用齐纳并联R+Zener固定≥ 2 V低基准源三端固定78xx/79xx5/12/15 V2–3 V40–60 %通用三端可调LM317/LM3371.25–37 V2–3 V40–60 %实验电源LDOAMS1117-3.33.3 V1.1 V55–70 %MCU 供电3.2 开关稳压（DC-DC） ​拓扑芯片示例效率纹波特点BuckLM2596-5.090 %50 mVpp降压BoostXL600992 %60 mVpp升压Buck-BoostTPS6307090 %40 mVpp升降压3.3 关键公式（线性） ​功耗：Ploss=(Uin−Uout)Iload效率：η=UoutUin(线性<100%)3.4 案例：±15 V 实验室电源 ​前级：18 V-0-18 V 变压器 → 桥式整流 → 4700 µF 滤波稳压：W7815 + W7915 对称固定后级：10 µF + 100 nF 并联实测：空载 15.02 V，满载 0.5 A 时 14.96 V，纹波 1 mVpp4 全流程案例（12 V→5 V/2 A USB 充电口） ​步骤元件 / 参数说明1 变压器220 V → 12 V AC2 A 额定2 整流MB6S 桥堆1 A/600 V，加散热片3 滤波2200 µF/25 V + 100 nF纹波 0.8 Vpp4 稳压LM2596-5.0 Buck150 kHz，效率 92 %5 保护TVS 5 V6 + PPTC 2 A防浪涌、过流6 指标输入 10–14 V输出 5.02 V，纹波 40 mVpp5 常见变体与新技术 ​无变压器 AC-DC：iW1700，<5 W IoT 供电同步整流：MOSFET 替代肖特基，效率 +5–8 %GaN 高频：>100 kHz，65 W USB-PD 充电器体积减半数字稳压：I²C 可编程 0.8–5 V，DVS 节能6 故障排查速查表 ​现象可能原因快速验证无输出保险丝断、整流桥击穿万用表二极管档纹波大滤波电容干涸示波器 Vpp + 温升稳压过热散热片不足红外测温 >90 °CBuck 啸叫电感饱和听声音 + 电流波形clh,

25.8.9