?? ? ???在很多需要直流電的電路都會用到整流橋，把220V交流電壓轉換成低壓直流電。整流橋把正弦波f(t)=A*sin(ωt)變成了Abs[f(t)]=|A*sin(ωt)|，這種取絕對值的正弦波（也叫脈動直流）符合廣義的直流電定義「方向不變」，但顯然不能為后方電路所用。解決辦法很簡單，加個大容量濾波電容。一下子，脈動直流變成了“正?！钡闹绷麟?，基本符合了狹上的直流「方向&大小不變」（其實大小是變的，但至少能用了）。

? ? ? ??這種電路在很多入門圖書和許多UP科普都會出現，電壓一直是關注的焦點?，F在本文帶讀者看看交流電的輸入電流。很多讀者會下意識認為，輸入正弦波，電流也是正弦波。但事實果真如此么？

? ? ? ? 示波器可以很容易把電壓波形測出，而電流卻不容易。用萬用表都知道，要把表筆串聯進電路才能測量，非常不便。示波器有專用的電流探頭，通過探測導線周邊磁場以獲取電流信息，但是一個探頭價格夠我買多個示波器了。這種情況下，我自制了一個隔離型交流檢壓/檢流計，通過互感器完成隔離和電流檢測，把電線穿過互感線圈中間即可讀取電流波形。讀取到的信息通過集成運算放大器輸出，示波器可接上直接讀取波形。本檢壓/檢流計我在1月22日動態(tài)里透露過。

? ? ? ??從測試效果圖中看到，圖中的正弦波不是標準的正弦，這不是檢壓檢流計（波形畸變）的問題，而是測試的正弦波本來就這樣，家里的220V交流正弦已經變形。今日去了一個新的地方，把示波器、整流橋、電子負載等全套儀器搬了過去，現場測試了下220V交流波形，雖然正弦還是有點非標準，但比家中的好多了，可以接受。輕車熟路接好儀器，獲得了我人生中第一張現實的自己親自看到的波形圖（這種圖以前只在仿真軟件和書上見過）。

圖例解釋：

???? ? ?黃色：輸入交流電壓（降壓變壓器次級端）；

? ? ? ? 青色：輸入交流電流（降壓變壓器次級端）；

? ? ? ??紫色：直流母線電壓（濾波電容電壓）。

一些測得參數：

? ? ? ??黃色：13.0VMax、27.3Vpp、9.27VRMS；

? ? ? ??青色：2.12AMax、4.20App、0.87ARMS；

? ? ????紫色：11.2VMax、4.00Vpp、9.58VRMS。

電子負載參數：

? ? ????9.731V、0.500A、4.866W，CC Mode。

名詞解釋：

? ? ????「Max」：?峰值（最大值）；

? ? ????「pp」：? ??峰峰值（最大值-最小值）；

? ? ? ??「RMS」：有效值；

? ? ? ??「CC」：? ?恒流。

? ? ? ??先拋開數值，看下青色的電流波形，它并沒有讀者想象那樣是個正弦波，而是一個個沖激。這種現象很好解釋：二極管的單向導電性，二極管只能在電壓正向時才能導通。當交流電壓比母線電壓低的時候，二極管上的電壓是反向的，電流只能是0。只有交流電壓比母線電壓高時，才會產生電流。整個正弦波只有在接近峰值的地方電壓才比母線電壓高，所以都在正弦峰值的地方產生一個個沖激電流。

? ? ? ??為什么要使用“沖激”這個詞，因為這里的電流都遠大于額定值，但時間都很短。時間極短但力道極大，符合沖激的定義。時間短的產生原因前段已經解釋，正弦峰值時間只占整個正弦波周期的一小段（準確應使用“導通角”）。交流電需要周期性提供負載所消耗的能量，當負載消耗功率一定的時候，每個正弦周期所提供的能量是一定的。導通時間被壓縮后，額定的能量就需要在壓縮了的時間內全部輸送完成，瞬間的功率就會遠超負載消耗的功率。時間壓縮的越小，瞬時沖的能量就越猛，于是形成了電流沖激。

一些計算：

? ? ? ??交流峰值-母線峰值=1.8V，這是兩個二極管的壓降，符合常理；

? ? ? ??交流視在功率=8.06VA，直流有功功率=4.86W，功率因數=0.603；

? ? ????交流電流有效值=0.87A，為負載電流的1.74倍，發(fā)熱損耗增大3倍；

? ? ????交流電流峰值=2.12A，為負載電流的4.24倍；

? ? ????交流峰值功率=27.6W，為負載功率的5.68倍。

? ? ?? ?功率因數是衡量有多少電功率拿去做有用功的參數。整流橋功率因數只有0.6，說明整流橋消耗的交流功率，只有60%拿去給負載做功了。所以一個60W的整流橋負載，它需要消耗100W的交流功率。這是平均的交流功率，實際上由于電流是一個個沖激，功率消耗也是一個個沖激的，瞬時沖激功率可以達到340W以上。電流有效值的增加也會惡化導線發(fā)熱，增加線損。

? ? ? ??由于電流集中在正弦峰值沖激，沖激電流會在導線上產生壓降，導致正弦電壓降低，產生畸變削頂現象（黃色波已非標準正弦）。削頂正弦在動態(tài)中已有展現，說明家中的電網存在著大量的整流橋負載，已經導致電網正弦波明顯畸變。新地方雖然好很多，但也看到輕微的削頂，說明電網中依然存在整流橋負載。

? ? ? ??生活中很多家用設備都是整流橋負載。從手機充電器，到電腦電源，電視機，路由器，節(jié)能燈，LED燈，都是整流橋負載。這些設備家家戶戶都有，積少成多，每到交流正弦跑到峰值，這些負載瞬間讓電流猛沖，電網功率暴漲。長此以往對電網產生諸多不良損害，這個損害供電方體驗尤為明顯。

? ? ? ? PFC全稱Power Factor Correction，中文叫功率因數校正，它是一種技術。本文不討論其技術如何實現，只是說一下它是干甚的。功率因數校正技術是把整流橋的電流，從一個個沖激改回正弦，增加導通時間同時降低峰值電流，從而降低峰值功率，提高功率因數?，F在優(yōu)秀的功率因數校正已經可以把整流橋的功率因數從0.6修正到0.99，使得整流橋負載看起來像個純電阻負載。同樣一個60W的整流橋負載帶PFC，只需61W的交流功率即可，峰值功率降至120W（正弦波的特性），電流有效值保持不變。隨著整流橋功率的提升，PFC對負載本身和對電網的重要性已不言而喻。只是在小功率產品中出于成本因素而不使用PFC。

? ? ? ??感謝閱讀。

by HD-nuke8800

2022/2/13