交流电怎么转换为直流电

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• 前言
• 一、直流(AC)与交流(DC)的区别
• 二、转换步骤：降压+整流+滤波+稳压
• 1. 整流：交流电→直流电
• 2. 滤波：滤除脉动直流的交流部分
• 3. 稳压：稳定到需要的电压值
• 三、简单分辨直流电与交流电

前言

日常生活中用到的都是220V的交流电，在将其转换为直流并且降压的情况下才能用于日常生活的机器和设备。

一、直流(AC)与交流(DC)的区别

交流(AC)：电流方向随时间作周期性变化的为交流电，在一个周期内的运行平均值为零。通常波形为正弦波形、角形波、正方形波，交流电可以有效传输电力。生活中使用的市电就是具有正弦波形的交流电，拿家用的220V电来说，零线的电位是0V，火线因为时间不同分别对零线产生加减的相应电位，加的时候电流是一个方向，减的时候电流又是一个方面，这样就形成了交替变换方向的电流，所以叫做交流电。

直流(DC)：方向会随着时间发生改变，但是直流电没有周期性变化。

二、转换步骤：降压+整流+滤波+稳压

1. 整流：交流电→直流电

整流电路是将工频交流电转换为脉动直流电。

原理：一个理想的整流器可视为一个开关，正半周的交流输入时，就有电压输出，如同开关接通一样。反之，如果负半周交流输入，则无电压输出，也就相当于开关切断一样。所以当正半周的交流输入，此开关的有效电阻为零。而在负半周的交流输入时，有效电阻为无穷大。

实际上整流器不可能这样理想，但相差不远。电子管整流器未导电时，其电阻极大，此时的电阻称为逆向电阻。整流器导电时，其电阻很小，此时的电阻为顺向(正向)电阻。无论任何情况，所有的整流器都只允许一个方向导电，此种特性称为单向传导或单向特性。→ 二极管有类似特性

分类：半波整流、全波整流、桥式整流。

半波整流

在变压器后接一个二极管，由于二极管具有单向导电特性，所以在一个周期内只有正半波到达负载。

但是，半波整流负半周期被全部舍弃，效率极低。

全波整流

利用副边有中心抽头的变压器和两个二极管构成的全波整流电路，可以看作由两个半波整流构成，在正半周期上边的二极管导通，在负半周期下边的二极管导通，负半周期的波形被翻上。

正半波和负半波都通过，变为正向电压，效率比半波整流高。

桥式整流

单相桥式整流电路是最常用的、最基本的将交流转换为直流的电路，开关电源、充电器中使用。桥式整流的关键元器件是整流桥，由四个二极管构成，在半个周期内只导通两个二极管，另外两个截止，相互交替。

当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

效率高、直流电压波纹小。

2. 滤波：滤除脉动直流的交流部分

经过整流电路后，得到了具有波幅的正向电压，普通电子产品无法直接使用。需要通过滤波电路将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。

利用电容器放电和存储电荷特性把正向的半波电压变为平稳的直流电压。

把电解电容并在整流后的电源上，并注意电解电容的正极接到电源的正极上，把电解电容的负极接到电源的负极上。上图是由两个电容并联的滤波电路。

注意：电解电容的耐压一定要比整流前的交流电压高根号2倍以上(二极管反向电压为两倍根号2倍的电容电压，二极管电流为通过负载电流的一半)(整流前电压→负载电容耐压MAX→二极管反向电压MIN)。例如24V交流电通过整流桥后，估算得到的滤波电路电压为24*1.414=33.936≈34V。后通过7824稳压器(后两位为稳压的电压值)稳压得到直流24V。

P.S. 整流桥封装要会看DATASHEET，常见型号如KBJ4005表示通过电流4A、最大反向耐压(maximum recurrent peak reverse voltage)50V，KBJ401最大反向电压100V，KBJ410最大反向耐压1KV。(均为负载电压两倍)

3. 稳压：稳定到需要的电压值

一方面，交流电的供电电压是不稳定的，因此会造成整流滤波电路输出的直流电压也不稳定;另一方面，由于整流滤波电路必然存在内阻，当负载电流发生变化时，输出电压也会受到影响而发生变化。

稳压电路采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。例如：常用的7805稳压器就是稳定到直流5V。

稳压电路繁多，有多种分类方式：

按输出电流的类型分为：直流稳压电路和交流稳压电路。

按稳压电路与负载的连接方式分为：串联稳压电路和并联稳压电路。

按调整管的工作状态分为：线性稳压电源和开关稳压电源。

按电路类型分为：简单稳压电源，反馈型稳压电源和带有放大环节的稳压电路。

最简单的稳压二极管稳压电路

稳压二极管，又叫齐纳二极管，是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区尽管流过二极管的电流变化很大，而其两端的电压却变化极小，并且这种现象的重复性很好，从而起到稳压作用。因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。

其中，Vi为未稳压的输入直流电压，V0为经过稳压的直流电压，R为Dz的限流保护电阻，又起电压调整作用，DZ为稳压二极管，RL为负载电阻。

其工作原理是：此电路主要利用稳压二极管的稳压特性，即Dz反向导通后其两端的压降基本保持不变。当Vi增大引起R上的电流增大，但V0即DZ两端的电压保持恒定不变，这样Vi的增大量全部降在R上，以保持V0不变，反之亦然。在实际应用中RL的特性和DZ的特性对整个稳压过程起关键作用。

但是，稳压电路的工作范围受稳压管最大功耗的限制，即Iz不能超过一定数值。在Vi、RL及V0均为给定的条件下，R值的选取应保证在输入电压为最大值Vimax时，稳定电流Iz和稳压管允许的功耗不超过规定的最大值;在输入电压为最小值时，又能保证Iz不低于最小的稳定电流。

开关型稳压电路

开关稳压电路同样有多种分类方式：

按输入电源和输出电源的类型可分为AC-DC-AC-DC型开关稳压电路和DC-DC型开关稳压电路。

按激励方式可分为自励式和他励式。

按接控制方式分为调宽式和调频式两种，在实际的应用中，调宽式使用得较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制型。

有一个计算公式：

对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压Uo可由公式计算，Uo=Um×T1/T。其中，Um为矩形脉冲最大电压值;T为矩形脉冲周期;T1为矩形脉冲宽度。

从上式可以看出，当Um与T不变时，直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比。这样，只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可以达到稳定电压的目的。

三、简单分辨直流电与交流电

用万用表测量：如果用直流电压档量交流电，万用表没有反应;如果用直流电压档量直流电，万用表有正常的指示，那么，红表笔接的是正极黑表笔接的是负极;如果红表笔接的是负极，黑表笔接的是正极，万用表的指针将反起跑(向左边移动)。