桥式整流计算器 – 交流转直流

桥式整流器由四个二极管按桥式结构连接而成，用于把交流电（AC）转换为直流电（DC）。与只使用一个二极管、会浪费半个输入周期的半波整流器不同，桥式整流器也不同于需要中心抽头变压器的中心抽头全波整流器；它使用简单的四二极管网络和普通变压器次级，就能利用交流周期的两个半周。这是电源、充电器和交流转直流转换器中最常见的整流拓扑。 整流过程从交流输入电压开始，该电压会围绕零点做正弦振荡。该电压的峰值为 V_peak = V_rms × √2，其中 V_rms 是设备铭牌上标注、并由标准交流电压表测得的均方根值。在正半周，四个桥式二极管中的两个导通；在负半周，另外两个导通。无论哪种情况，电流都会沿着同一方向流过负载，从而形成脉动直流波形，并在每个交流周期内两次达到峰值。 每个二极管都有一个很小的正向压降，硅 p-n 结二极管通常为 0.6–0.7 V，肖特基二极管通常为 0.2–0.4 V。由于任一时刻都有两个二极管串联导通，实际峰值输出电压为 V_peak_out = V_peak - 2 × V_diode_drop。桥式整流器的平均（直流）输出电压为 V_DC = (2/π) × V_peak_out ≈ 0.6366 × V_peak_out。 与负载并联的电容会先充电到接近峰值电压，然后在两个峰值之间缓慢向负载放电，从而滤除脉动直流。剩余的电压变化称为纹波电压。对于工作在频率 f、负载电阻 R、电容 C 条件下的桥式整流器，近似峰峰值纹波电压为 V_r ≈ V_DC / (2 × f × R × C)。纹波系数定义为纹波电压与直流输出电压之比，用来衡量输出的平滑程度；纹波系数越低，电源越干净。 峰值反向电压（PIV）是整流电路运行时，未导通二极管两端出现的最大反向电压。对于桥式整流器，PIV = V_peak - V_diode_drop（比峰值低一个二极管压降，因为另一只二极管分担了反向电压）。二极管必须额定高于 PIV，才能避免击穿。 整流效率衡量交流输入功率被转换为有用直流输出功率的有效程度。桥式整流器的理论最高效率约为 81.2%，而半波设计只有 40.6%。由于二极管导通损耗和变压器电阻，实际效率会略低。这个计算器提供关键性能指标，帮助工程师判断所选元件是否能满足电源规格。