为什么开关电源要使用半波整流电路？
有些问题，从根本上说，可能有点误导。就像您问的“为什么开关电源要使用半波整流电路？”一样。事实上，开关电源（SMPS）的核心设计目标之一就是提高效率，而半波整流电路恰恰是效率相对较低的一种整流方式，因此，它并不是开关电源的主流选择，甚至可以说是基本不使用在主要的功率变换路径上。
让我们先来理解一下半波整流、全波整流以及它们在电源设计中的作用，然后再来谈谈为什么开关电源的设计思路与它们有所不同。
整流电路的基本原理
无论是什么电源，最终都需要将交流电（AC）转换为直流电（DC）。这个过程就是整流。
半波整流 (Halfwave Rectification):
顾名思义，半波整流只利用了交流电的半个周期进行导通，将另一半周期的电流截止。最简单的半波整流电路通常只用一个二极管。
工作过程: 在交流电的正半周时，如果二极管正向偏置，电流就会通过负载。在交流电的负半周时，二极管反向偏置，阻止电流通过。
输出波形: 输出的是一系列脉动的直流电压，其中一半的周期是零。
缺点:
效率低: 只利用了半个周期的能量，另一半周期被浪费了。对于输入的交流电功率，输出的直流电功率非常有限。
输出纹波大: 输出电压的波动非常剧烈，需要非常大的滤波电容才能将其平滑。
对变压器利用率低: 变压器的铁芯在负半周时会失去磁通，并且可能会导致铁芯饱和，影响变压器的性能和效率。
平均电流和电压低: 相较于全波整流，输出的平均电压和电流都较低。
全波整流 (Fullwave Rectification):
全波整流利用了交流电的两个半周期。它有两种基本形式：
1. 中心抽头变压器全波整流: 需要一个带有中心抽头的变压器和两个二极管。
2. 桥式全波整流: 使用四个二极管组成一个桥式结构，无需中心抽头变压器。这是最常见的方式。
工作过程:
桥式整流器：在交流电的正半周，两个二极管导通，电流通过负载。在负半周，另外两个二极管导通，电流依然是同方向流过负载。
输出波形: 输出的是一系列脉动的直流电压，虽然仍然是脉动的，但每半个周期都有电流通过，输出电压在正负半周都存在。
优点:
效率高: 利用了交流电的整个周期，输出的直流功率是半波整流的两倍。
输出纹波小: 相较于半波整流，输出电压的波动小很多，滤波更容易。
对变压器利用率高: 变压器可以更有效地利用其铁芯和绕组。
开关电源的设计哲学
开关电源（SMPS）之所以命名为“开关”电源，是因为它不是像传统的线性电源那样直接将输入电压通过线性元件（如三极管）进行“削减”得到输出，而是通过快速地开启和关闭一个功率开关元件（通常是MOSFET或IGBT），将输入功率在不同的储能元件（如电感和电容）之间进行周期性的转移和转换来实现电压的升高或降低。
这种“开关”的动作，本质上是在一个非常高的频率（几十kHz到MHz级别）上进行的。在这个高频下，整个能量传递的过程变得非常高效。
开关电源为什么不适合用半波整流？
1. 效率的根本冲突: 开关电源的核心竞争力在于其高效率。半波整流的效率低下与开关电源追求极致效率的目标是背道而驰的。如果用半波整流来处理输入交流电，仅仅这一步的效率损失就会非常大，后续的开关变换过程再高效也难以弥补。
2. 高频开关的需要: 开关电源内部的功率开关元件（MOSFET、IGBT等）就是在高频下工作的。为了让这些开关元件能高效地工作，它们需要配合良好的整流和滤波电路。半波整流输出的非连续、脉动性极强的电压波形，对后续的开关电路提出了非常苛刻的要求，也难以实现平稳的能量转换。
3. 储能元件的配合: 开关电源通常会利用电感和电容作为储能元件，来实现电压的升降和能量的传递。例如，在Buck（降压）拓扑中，电感在开关导通时储能，在关断时释放能量。半波整流产生的“断断续续”的能量脉冲，难以让电感等元件有效地进行能量的存储和释放，从而影响整体的控制精度和效率。
4. 电磁干扰 (EMI) 问题: 半波整流由于其非对称的电流和电压波形，会产生大量的谐波分量，这会增加电磁干扰（EMI）。而开关电源本身在高频开关过程中就容易产生EMI，如果再叠加一个低效且EMI严重的前端整流，整个系统的EMI控制将变得异常困难。
5. 滤波的巨大负担: 半波整流输出的纹波非常大，这意味着需要非常庞大的滤波电容来将其平滑，这会增加电源的体积、重量和成本。而开关电源通常希望设计得小巧、轻便，并使用体积更小的电容（通常是高频滤波所需的）。
开关电源的典型输入级
在实际的开关电源设计中，输入交流电进入电源后，通常会经过一个全波整流（通常是桥式整流）和滤波的过程，得到一个相对平滑的脉动直流电压。然后，这个脉动直流电压才被送入开关变换的核心部分（例如，一个DCDC变换器，如Buck、Boost、BuckBoost等拓扑），通过功率开关元件进行高频开关，再经过输出滤波得到稳定的直流输出。
简而言之，如果一个设计需要输入交流电并最终输出稳定的直流电，那么全波整流（尤其是桥式全波整流）是更优的选择，因为它提供了更高的效率、更小的纹波和更好的整体性能。开关电源正是基于高效能量转换的设计理念，因此其输入端（在ACDC转换时）也会采用全波整流。
所以，“为什么开关电源要使用半波整流电路？”这个问题本身，可能源于对开关电源工作原理的一些误解。在主流的开关电源设计中，半波整流并非一个被选用的方案。
可能您是在某些特定的、非常特殊的应用场景或者理论探讨中看到了与“半波整流”相关的描述，但那一定不是开关电源的主流工作方式。或许是对某个特定拓扑的简化描述，或者是在研究某些非常规的整流技术。但就其核心原理和实际应用来说，开关电源是为了追求高效率而生的，而半波整流恰恰与此背道而驰。
让我们先来理解一下半波整流、全波整流以及它们在电源设计中的作用，然后再来谈谈为什么开关电源的设计思路与它们有所不同。
整流电路的基本原理
无论是什么电源，最终都需要将交流电（AC）转换为直流电（DC）。这个过程就是整流。
半波整流 (Halfwave Rectification):
顾名思义，半波整流只利用了交流电的半个周期进行导通，将另一半周期的电流截止。最简单的半波整流电路通常只用一个二极管。
工作过程: 在交流电的正半周时，如果二极管正向偏置，电流就会通过负载。在交流电的负半周时，二极管反向偏置，阻止电流通过。
输出波形: 输出的是一系列脉动的直流电压，其中一半的周期是零。
缺点:
效率低: 只利用了半个周期的能量，另一半周期被浪费了。对于输入的交流电功率，输出的直流电功率非常有限。
输出纹波大: 输出电压的波动非常剧烈，需要非常大的滤波电容才能将其平滑。
对变压器利用率低: 变压器的铁芯在负半周时会失去磁通，并且可能会导致铁芯饱和，影响变压器的性能和效率。
平均电流和电压低: 相较于全波整流，输出的平均电压和电流都较低。
全波整流 (Fullwave Rectification):
全波整流利用了交流电的两个半周期。它有两种基本形式：
1. 中心抽头变压器全波整流: 需要一个带有中心抽头的变压器和两个二极管。
2. 桥式全波整流: 使用四个二极管组成一个桥式结构，无需中心抽头变压器。这是最常见的方式。
工作过程:
桥式整流器：在交流电的正半周，两个二极管导通，电流通过负载。在负半周，另外两个二极管导通，电流依然是同方向流过负载。
输出波形: 输出的是一系列脉动的直流电压，虽然仍然是脉动的，但每半个周期都有电流通过，输出电压在正负半周都存在。
优点:
效率高: 利用了交流电的整个周期，输出的直流功率是半波整流的两倍。
输出纹波小: 相较于半波整流，输出电压的波动小很多，滤波更容易。
对变压器利用率高: 变压器可以更有效地利用其铁芯和绕组。
开关电源的设计哲学
开关电源（SMPS）之所以命名为“开关”电源，是因为它不是像传统的线性电源那样直接将输入电压通过线性元件（如三极管）进行“削减”得到输出，而是通过快速地开启和关闭一个功率开关元件（通常是MOSFET或IGBT），将输入功率在不同的储能元件（如电感和电容）之间进行周期性的转移和转换来实现电压的升高或降低。
这种“开关”的动作，本质上是在一个非常高的频率（几十kHz到MHz级别）上进行的。在这个高频下，整个能量传递的过程变得非常高效。
开关电源为什么不适合用半波整流？
1. 效率的根本冲突: 开关电源的核心竞争力在于其高效率。半波整流的效率低下与开关电源追求极致效率的目标是背道而驰的。如果用半波整流来处理输入交流电，仅仅这一步的效率损失就会非常大，后续的开关变换过程再高效也难以弥补。
2. 高频开关的需要: 开关电源内部的功率开关元件（MOSFET、IGBT等）就是在高频下工作的。为了让这些开关元件能高效地工作，它们需要配合良好的整流和滤波电路。半波整流输出的非连续、脉动性极强的电压波形，对后续的开关电路提出了非常苛刻的要求，也难以实现平稳的能量转换。
3. 储能元件的配合: 开关电源通常会利用电感和电容作为储能元件，来实现电压的升降和能量的传递。例如，在Buck（降压）拓扑中，电感在开关导通时储能，在关断时释放能量。半波整流产生的“断断续续”的能量脉冲，难以让电感等元件有效地进行能量的存储和释放，从而影响整体的控制精度和效率。
4. 电磁干扰 (EMI) 问题: 半波整流由于其非对称的电流和电压波形，会产生大量的谐波分量，这会增加电磁干扰（EMI）。而开关电源本身在高频开关过程中就容易产生EMI，如果再叠加一个低效且EMI严重的前端整流，整个系统的EMI控制将变得异常困难。
5. 滤波的巨大负担: 半波整流输出的纹波非常大，这意味着需要非常庞大的滤波电容来将其平滑，这会增加电源的体积、重量和成本。而开关电源通常希望设计得小巧、轻便，并使用体积更小的电容（通常是高频滤波所需的）。
开关电源的典型输入级
在实际的开关电源设计中，输入交流电进入电源后，通常会经过一个全波整流（通常是桥式整流）和滤波的过程，得到一个相对平滑的脉动直流电压。然后，这个脉动直流电压才被送入开关变换的核心部分（例如，一个DCDC变换器，如Buck、Boost、BuckBoost等拓扑），通过功率开关元件进行高频开关，再经过输出滤波得到稳定的直流输出。
简而言之，如果一个设计需要输入交流电并最终输出稳定的直流电，那么全波整流（尤其是桥式全波整流）是更优的选择，因为它提供了更高的效率、更小的纹波和更好的整体性能。开关电源正是基于高效能量转换的设计理念，因此其输入端（在ACDC转换时）也会采用全波整流。
所以，“为什么开关电源要使用半波整流电路？”这个问题本身，可能源于对开关电源工作原理的一些误解。在主流的开关电源设计中，半波整流并非一个被选用的方案。
可能您是在某些特定的、非常特殊的应用场景或者理论探讨中看到了与“半波整流”相关的描述，但那一定不是开关电源的主流工作方式。或许是对某个特定拓扑的简化描述，或者是在研究某些非常规的整流技术。但就其核心原理和实际应用来说，开关电源是为了追求高效率而生的，而半波整流恰恰与此背道而驰。
网友意见
并不是所有开关电源都用半波整流。
只有使用单端拓扑（主要是反激、正激）的电源才使用所谓半波整流，这类拓扑的变压器是非对称工作的，为了保证变压器磁平衡，输出只能是半波。
双端拓扑（半桥、全桥等）变压器对称工作，一般无法使用半波整流。实际上也没有量产产品使用半波整流。
整流形式会影响输出纹波，所以不同拓扑的输出滤波电路有不同的要求。并没有哪种开关电源拓扑在用于LED驱动电源时在输出频闪方面有无法替代的优势或无法弥补的劣势。
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