電源設(shè)計(jì)中直流半波整流倍壓電路分析

?倍壓電路?是一種電子電路，其工作原理主要利用二極管的整流和導(dǎo)引作用，以及電容器的儲(chǔ)能特性。倍壓電路的主要應(yīng)用場(chǎng)景是在需要高電壓、小電流的地方，如閃光燈、靜電噴涂設(shè)備等。倍壓電路可以分為二倍壓、三倍壓與多倍壓電路，根據(jù)輸出電壓是輸入電壓的多少倍來(lái)分類(lèi)。

倍壓電路的基本工作原理是通過(guò)二極管的單向?qū)щ娦院碗娙萜鞯膬?chǔ)能特性來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的倍增。當(dāng)輸入電壓施加到倍壓電路時(shí)，電容器開(kāi)始充電。當(dāng)電容器充滿(mǎn)電后，二極管導(dǎo)通，將電容器上的正電荷轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電容器上，同時(shí)關(guān)閉輸入電源。這樣，第二個(gè)電容器上的電壓就是第一個(gè)電容器電壓的兩倍。通過(guò)多個(gè)這樣的階段，可以實(shí)現(xiàn)更高的電壓倍增。

以二倍壓整流電路為例，它由變壓器、兩個(gè)整流二極管和兩個(gè)電容器組成。在第一個(gè)半周期，第一個(gè)二極管導(dǎo)通，電容器C1充電至變壓器電壓的峰值。在第二個(gè)半周期，第一個(gè)電容器和電源電壓相加，通過(guò)第二個(gè)二極管對(duì)電容器C2充電至兩倍的變壓器電壓峰值。經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期后，電容器C2上的電壓能夠穩(wěn)定在兩倍的變壓器電壓峰值左右，實(shí)現(xiàn)了電壓的倍增。

此外，倍壓電路還可以實(shí)現(xiàn)更高倍數(shù)的電壓倍增。例如，通過(guò)復(fù)雜的電路配置和多個(gè)電容器及二極管的組合，可以實(shí)現(xiàn)三倍壓、四倍壓甚至更高的電壓倍增。這種電路的巧妙之處在于將多個(gè)電容串聯(lián)起來(lái)，利用電容兩端的電壓等于串聯(lián)后總電壓的原理，實(shí)現(xiàn)電壓的倍增。

倍壓電路原理解析

在變壓和整流過(guò)程中常見(jiàn)有倍壓電路：

一、通過(guò)變壓器升壓，通過(guò)匝數(shù)比實(shí)現(xiàn);

二、倍壓電路，以快恢復(fù)二極管和電容組合，以電容為蓄能器件。

1、直流半波整流倍壓電路

(1)負(fù)半周時(shí)，即A為負(fù)、B為正時(shí)，D1導(dǎo)通、D2截止，電源經(jīng)D1向電容器C1充電，在理想情況下，此半周內(nèi)，D1可看成短路，同時(shí)電容器C1充電到Vm，其電流路徑及電容器C1的極性。

(2)正半周時(shí)，即A為正、B為負(fù)時(shí)，D1截止、D2導(dǎo)通，電源經(jīng)C1、D1向C2充電，由于C1的Vm再加上雙壓器二次側(cè)的Vm使c2充電至最高值2Vm，其電流路徑及電容器C2的極性。

其實(shí)C2的電壓并無(wú)法在一個(gè)半周內(nèi)即充至2Vm，它必須在幾周后才可漸漸趨近于2Vm，為了方便說(shuō)明，底下電路說(shuō)明亦做如此假設(shè)。

如果半波倍壓器被用于沒(méi)有變壓器的電源供應(yīng)器時(shí)，我們必須將C1串聯(lián)一電流限制電阻，以保護(hù)二極管不受電源剛開(kāi)始充電涌流的損害。

如果有一個(gè)負(fù)載并聯(lián)在倍壓器的輸出出的話(huà)，如一般所預(yù)期地，在(輸入處)負(fù)的半周內(nèi)電容器C2上的電壓會(huì)降低，然后在正的半周內(nèi)再被充電到2Vm。

所以電容器c2上的電壓波形是由電容濾波器過(guò)濾后的半波訊號(hào)，故此倍壓電路稱(chēng)為半波電壓電路。

正半周時(shí)，二極管D1所承受之最大的逆向電壓為2Vm，負(fù)半波時(shí)，二極管D2所承受最大逆向電壓值亦為2Vm，所以電路中應(yīng)選擇PIV >2Vm的二極管。

2、全波倍壓電路

1.正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止，電容器C1充電到Vm，其電流路徑及電容C1的極性。

2.負(fù)半周時(shí)，D1截止，D2導(dǎo)通，電容器C2充電到Vm，其電流路徑及電容C2的極性。

3.由于C1與C2串聯(lián)，故輸出直流電壓，V0=Vm。如果沒(méi)有自電路抽取負(fù)載電流的話(huà)，電容器C1及C2上的電壓是2Vm。

如果自電路抽取負(fù)載電流的話(huà)，電容器C1及C2上的電壓是與由全波整流電路饋送的一個(gè)電容器上的電壓同樣的。

不同之處是，實(shí)效電容為C1及C2的串聯(lián)電容，這比C1及C2單獨(dú)的都要小。這種較低的電容值將會(huì)使它的濾波作用不及單電容濾波電路的好。

倍壓電路的核心是電容電壓不能突變，及利用了電容的儲(chǔ)能作用。

二倍壓電路圖及輸入輸出電壓的波形，綠色的是輸入電壓，10Vrms，紫色的是輸出電壓，26.7VDC左右，比常規(guī)整流電路的輸出電壓提高了約一倍。

該電路的工作原理:

電源負(fù)半周時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，D2截止，電流從電源下端流出經(jīng)過(guò)D1, C1回到電源，因此電容C1右正左負(fù)。

電源正半周時(shí)，電容C1上的電壓疊加電源電壓，使二極管D2導(dǎo)通，二極管D1截止，電容C2上正下負(fù)，峰值電壓可達(dá)2倍電源的峰值電壓，即實(shí)現(xiàn)二倍壓。