AC-DC 电源转换基础：从 220V 到 MCU 电源的完整链路

任何插在墙上的电子设备，都要先把危险的市电变成板子能用的低压直流。这条链路是：

txt220V AC ──▶ 变压器 ──▶ 整流桥 ──▶ 滤波电容 ──▶ [线性稳压 LDO | 开关稳压] ──▶ 3.3V/5V DC

⚠️ 安全红线（必读）：220V 交流致命。非专业人员在通电状态下严禁触碰变压器初级、整流桥、大滤波电容。电容断电后仍可能带高压（数十至上百伏）并缓慢泄漏，维修前必须放电。本文只讲原理，不鼓励新手带电操作。

#一、变压器降压（隔离 + 降压）

市电 220V 先经工频变压器降到较低交流（如 9V/12V AC）。

• 隔离：初次级绕组不连通，把危险的高压与人体/低压侧隔开，是安全的第一道屏障。
• 匝数比决定电压：V次级 ≈ V初级 × (N次级 / N初级)。
• 变压器输出是交流，且随负载变化电压会浮动（空载偏高、满载偏低）。

#二、整流（AC → 脉动 DC）

用整流桥（4 个二极管）把交流变成单向脉动的直流。

• 全波整流：桥式整流，每个周期正负半周都利用，纹波频率 = 2× 市电（100Hz @ 50Hz）。
• 整流后电压峰值 Vpk ≈ √2 × Vrms − 2×Vdiode（二极管压降约 0.7V×2）。
• 例：12V AC 整流后峰值约 12×1.414 − 1.4 ≈ 15.5V，这是后面滤波电容要承受的电压。

#三、滤波（平滑脉动）

整流后是 100Hz 的馒头波，需大电解电容平滑。

• 电容在每个峰值充电、在波谷放电，输出变成带纹波的直流。
• 纹波估算：Vripple ≈ I_load / (2 × f × C)（f=100Hz 全波）。负载电流越大、电容越小，纹波越严重。
• 选电容耐压留余量（如 25V 电容用于 15V 母线），且注意电解电容有寿命，高温下加速老化。

#四、线性稳压（LDO）

低压差稳压器（Low Dropout Regulator）把滤波后的直流稳到精确电压（如 5V→3.3V）。

• 原理：内部调整管串联在回路里，靠负反馈把输出钉在基准电压。
• 优点：极静音（无开关噪声）、纹波小、电路简单、外围只需 2 个退耦电容。
• 致命缺点：压差变成热量。P_heat = (Vin − Vout) × I_load。12V 进、3.3V 出、100mA → 白白烧掉 8.7V×0.1A ≈ 0.87W 的熱，必须加散热。
• 适用：小电流、对噪声敏感的模拟/射频电路（传感器、ADC 参考、运放供电）。

#五、开关电源（Buck / Boost）

通过高速开关 + 电感储能，效率可达 85%~95%。

• Buck（降压）：输出低于输入，如 12V→5V。
• Boost（升压）：输出高于输入。
• 反激 / 正激：隔离型，常用于 AC-DC 适配器（手机充电器内部就是反激）。
• 优点：效率高、不怎么发热，适合大电流、宽压差。
• 缺点：有开关噪声（几十 kHz~几 MHz），会串进敏感模拟电路；需要电感、二极管、补偿网络，设计比 LDO 复杂。
• 实战搭配：开关电源做"粗调"高效降压（如 12V→5V），LDO 做"精调"给模拟部分（5V→3.3V 低噪）。

#六、典型方案对比

#七、给 MCU 板供电的常见链路

1. 适配器 + 板载 LDO：买 5V/2A 适配器（开关电源在适配器里），板子用 AMS1117-3.3 稳到 3.3V。最简单，适合开发板。
2. USB 取电：USB 5V 直接给板子，LDO 稳 3.3V。注意 USB 口限流（500mA~）。
3. AC-DC 模块：买成品模块（如 Hi-Link、明纬），220V 直进、5V/3.3V 直出，隔离安全，省去自己画电源。

#八、关键参数与选型

• 压差（Dropout）：LDO 输入必须比输出高至少压差（如 AMS1117 约 1.1V，低压差型号可到 0.1V）。
• 最大电流 / 功耗：算清 P = (Vin−Vout)×I，超了就散热或换开关。
• 纹波要求：ADC/运放供电纹波要小，优先 LDO 或后级加 π 型滤波。
• 保护：输入加保险丝 / TVS，防过流过压；输出端退耦电容就近放置。

#九、更新日志