在很多需要直流电的电路都会用到整流桥，把220V交流电压转换成低压直流电。整流桥把正弦波f(t)=A*sin(ωt)变成了Abs[f(t)]=|A*sin(ωt)|，这种取绝对值的正弦波（也叫脉动直流）符合广义的直流电定义「方向不变」，但显然不能为后方电路所用。解决办法很简单，加个大容量滤波电容。一下子，脉动直流变成了“正常”的直流电，基本符合了狭上的直流「方向&大小不变」（其实大小是变的，但至少能用了）。

        这种电路在很多入门图书和许多UP科普都会出现，电压一直是关注的焦点。现在本文带读者看看交流电的输入电流。很多读者会下意识认为，输入正弦波，电流也是正弦波。但事实果真如此么？

        示波器可以很容易把电压波形测出，而电流却不容易。用万用表都知道，要把表笔串联进电路才能测量，非常不便。示波器有专用的电流探头，通过探测导线周边磁场以获取电流信息，但是一个探头价格够我买多个示波器了。这种情况下，我自制了一个隔离型交流检压/检流计，通过互感器完成隔离和电流检测，把电线穿过互感线圈中间即可读取电流波形。读取到的信息通过集成运算放大器输出，示波器可接上直接读取波形。本检压/检流计我在1月22日动态里透露过。

        从测试效果图中看到，图中的正弦波不是标准的正弦，这不是检压检流计（波形畸变）的问题，而是测试的正弦波本来就这样，家里的220V交流正弦已经变形。今日去了一个新的地方，把示波器、整流桥、电子负载等全套仪器搬了过去，现场测试了下220V交流波形，虽然正弦还是有点非标准，但比家中的好多了，可以接受。轻车熟路接好仪器，获得了我人生中第一张现实的自己亲自看到的波形图（这种图以前只在仿真软件和书上见过）。

图例解释：

        黄色：输入交流电压（降压变压器次级端）；

        青色：输入交流电流（降压变压器次级端）；

        紫色：直流母线电压（滤波电容电压）。

一些测得参数：

        黄色：13.0VMax、27.3Vpp、9.27VRMS；

        青色：2.12AMax、4.20App、0.87ARMS；

        紫色：11.2VMax、4.00Vpp、9.58VRMS。

电子负载参数：

        9.731V、0.500A、4.866W，CC Mode。

名词解释：

        「Max」： 峰值（最大值）；

        「pp」：    峰峰值（最大值-最小值）；

        「RMS」：有效值；

        「CC」：   恒流。

        先抛开数值，看下青色的电流波形，它并没有读者想象那样是个正弦波，而是一个个冲激。这种现象很好解释：二极管的单向导电性，二极管只能在电压正向时才能导通。当交流电压比母线电压低的时候，二极管上的电压是反向的，电流只能是0。只有交流电压比母线电压高时，才会产生电流。整个正弦波只有在接近峰值的地方电压才比母线电压高，所以都在正弦峰值的地方产生一个个冲激电流。

        为什么要使用“冲激”这个词，因为这里的电流都远大于额定值，但时间都很短。时间极短但力道极大，符合冲激的定义。时间短的产生原因前段已经解释，正弦峰值时间只占整个正弦波周期的一小段（准确应使用“导通角”）。交流电需要周期性提供负载所消耗的能量，当负载消耗功率一定的时候，每个正弦周期所提供的能量是一定的。导通时间被压缩后，额定的能量就需要在压缩了的时间内全部输送完成，瞬间的功率就会远超负载消耗的功率。时间压缩的越小，瞬时冲的能量就越猛，于是形成了电流冲激。

一些计算：

        交流峰值-母线峰值=1.8V，这是两个二极管的压降，符合常理；

        交流视在功率=8.06VA，直流有功功率=4.86W，功率因数=0.603；

        交流电流有效值=0.87A，为负载电流的1.74倍，发热损耗增大3倍；

        交流电流峰值=2.12A，为负载电流的4.24倍；

        交流峰值功率=27.6W，为负载功率的5.68倍。

        功率因数是衡量有多少电功率拿去做有用功的参数。整流桥功率因数只有0.6，说明整流桥消耗的交流功率，只有60%拿去给负载做功了。所以一个60W的整流桥负载，它需要消耗100W的交流功率。这是平均的交流功率，实际上由于电流是一个个冲激，功率消耗也是一个个冲激的，瞬时冲激功率可以达到340W以上。电流有效值的增加也会恶化导线发热，增加线损。

        由于电流集中在正弦峰值冲激，冲激电流会在导线上产生压降，导致正弦电压降低，产生畸变削顶现象（黄色波已非标准正弦）。削顶正弦在动态中已有展现，说明家中的电网存在着大量的整流桥负载，已经导致电网正弦波明显畸变。新地方虽然好很多，但也看到轻微的削顶，说明电网中依然存在整流桥负载。

        生活中很多家用设备都是整流桥负载。从手机充电器，到电脑电源，电视机，路由器，节能灯，LED灯，都是整流桥负载。这些设备家家户户都有，积少成多，每到交流正弦跑到峰值，这些负载瞬间让电流猛冲，电网功率暴涨。长此以往对电网产生诸多不良损害，这个损害供电方体验尤为明显。

        PFC全称Power Factor Correction，中文叫功率因数校正，它是一种技术。本文不讨论其技术如何实现，只是说一下它是干甚的。功率因数校正技术是把整流桥的电流，从一个个冲激改回正弦，增加导通时间同时降低峰值电流，从而降低峰值功率，提高功率因数。现在优秀的功率因数校正已经可以把整流桥的功率因数从0.6修正到0.99，使得整流桥负载看起来像个纯电阻负载。同样一个60W的整流桥负载带PFC，只需61W的交流功率即可，峰值功率降至120W（正弦波的特性），电流有效值保持不变。随着整流桥功率的提升，PFC对负载本身和对电网的重要性已不言而喻。只是在小功率产品中出于成本因素而不使用PFC。

        感谢阅读。

by HD-nuke8800

2022/2/13