電源設(shè)計(jì)之倍壓整流電路

在電路設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)后級需要的電壓比前級高出數(shù)倍而所需要的電流并不是很大時(shí)，就可以使用倍壓整流電路。倍壓整流：可以將較低的交流電壓，用耐壓較高的整流二極管和電容器，“整”出一個(gè)較高的直流電壓。

一、倍壓整流電路工作原理

倍壓整流電路主要是利用二極管單向?qū)?相當(dāng)于開關(guān))的特性和電容兩端電壓不能突變且可以存儲(chǔ)能量的特性，使得能量逐步往后級輸送，同時(shí)線路上的電壓也逐漸升高，所以就有了二倍壓、三倍壓、多倍壓整流電路。但是由于倍壓整流電路只是有二極管和電容組成，所以其只能用于低電流高電壓的環(huán)境，不適合大電流和高電壓的環(huán)境。

二、倍壓整流電路分析

2.1、二倍壓整流電路

圖1 二倍壓整流電路

圖1是一個(gè)簡單的二倍壓整流電路，其工作原理如下：

1.在U1負(fù)半周時(shí)，UAB=-U2，二極管D26導(dǎo)通，D25截止，給電容C82充電，充電完成后，UC82=UCA=U2;

2.U1從負(fù)半周變?yōu)檎胫軙r(shí)，二極管D25導(dǎo)通，D26截止，此時(shí)C82和電源電壓均向電容C85充電(電能從C82轉(zhuǎn)移到C85)，即UC85=UDB=2*U2;

3.U1再從正半周變?yōu)樨?fù)半周時(shí)，二極管D26導(dǎo)通，C82被充電(補(bǔ)充電能)，D25截止，電容C85上的電壓不變，即UC85=UDB=2*U2;后面電路將一直循環(huán)第2步和第3步，從而也使輸出電壓穩(wěn)定在2*U2。

1.其實(shí)C85的電壓無法在一個(gè)半周期內(nèi)即充至二倍壓，它必須在幾個(gè)周期后才逐漸趨向于二倍壓，為方便電路分析，后面電路也假設(shè)在分析周期內(nèi)便達(dá)到倍壓電壓。

2.如果倍壓電路前級沒有類似變壓器的隔離電路，要注意其浪涌電流的防護(hù)，以保護(hù)電路中的二極管。

3.如果電路中連接有負(fù)載RL，在步驟3過程中電容上的電壓會(huì)有所下降，然后在步驟2中再通過前級充電補(bǔ)充，所以電路中會(huì)形成一定的紋波。

2.2、三倍壓整流電路

圖2 三倍壓整流電路

圖2是一個(gè)簡單的三倍壓整流電路，D24、D25、D26均為二極管(如1N4148)，C82、C83、C85均為耐壓值合適的電容，其工作原理如下：

1.在U1正半周時(shí)，UAB=U2，此時(shí)二極管D24導(dǎo)通，D26、D25均截止，給電容C83充電,充電完成后電容C83兩端電壓UC83=U2;

2.U1從正半周變?yōu)樨?fù)半周時(shí)，UAB=-U2，且電容C83兩端電壓不能發(fā)生突變，UCA=2*U2，此時(shí)二極管D26、D25導(dǎo)通，D24截止，給電容C82、C85充電，充電完成后電容C82兩端電壓UDA=2*U2，C85兩端電壓UEB=U2;

3.U1再從負(fù)半周變?yōu)檎胫?，UAB=U2，同時(shí)遵循電容兩端電壓不能突變的原則，UDB=UDA+UAB=3*U2,所以D24、D25導(dǎo)通，D26截止，給電容C83、C85充電，充電完成后，C85兩端電壓UC85=3*U2，C83兩端的電壓為UC83=U2;

4.U1從正半周變?yōu)樨?fù)半周時(shí)，UAB=-U2，此時(shí)將重復(fù)步驟2、3，一直向后級輸送電能，最終輸出電壓也將維持在3*U2,所以該電路是一個(gè)三倍壓電路。

圖3 倍壓電路在實(shí)際電路中的應(yīng)用

圖3中MP3217是一個(gè)DC/DC的升壓電源芯片，其最高輸出電壓為36V，而在其后加上一個(gè)三倍壓電路，可將最高輸出電壓升高到108V，所以就可以輸出需要的70V電壓。DC/DC電源芯片是通過PWM控制MOS管的通斷，所以SW引腳上的電壓相當(dāng)于是一個(gè)交流脈沖信號，倍壓電路分析同2.1所述，

2.3、多倍壓整流電路(一)

圖4 多倍壓整流電路(一)

圖4為一個(gè)多倍壓整流電路，電路工作原理與二倍壓、三倍壓電路相同，其分析方法也相同。

1.在U1負(fù)半周時(shí)，UAB=-U2，二極管D13導(dǎo)通，其余二極管均截止，電容C74被充電,充電完成后其兩端電壓UC74=UCA=U2;

2.U1從負(fù)半周變?yōu)檎胫軙r(shí)，UAB=U2，且電容C74兩端電壓不能發(fā)生突變，UCB=2*U2，所以二極管D14導(dǎo)通，其余二極管均截止，電容C75被充電，充電完成后其兩端電壓UC75=UDB=2*U2;

3.U1再從正半周變?yōu)樨?fù)半周時(shí)，UAB=-U2，同時(shí)遵循電容兩端電壓不能突變的原則，UDA=UDB+UBA=3*U2,所以D13、D15導(dǎo)通，其余二極管均截止，電容C74、C76被充電，充電完成后，C74兩端電壓UC74=U2，C76兩端的電壓為UC76=2*U2，UEA=3*U2;

4.U1再從負(fù)半周變?yōu)檎胫軙r(shí)，UAB=U2，同時(shí)遵循電容兩端電壓不能突變的原則，UEB=4*U2，所以二極管D14、D16導(dǎo)通，其余二極管均截止，電容C75、C77被充電，充電完成后其兩端電壓UC75=2*U2,UC77=UFD=2*U2，UFB=4*U2;

5.U1再從正半周變?yōu)樨?fù)半周時(shí)，UAB=-U2，同時(shí)遵循電容兩端電壓不能突變的原則，UFA=UFD+UDB+UBA=5*U2,所以D13、D15、D17導(dǎo)通，其余二極管均截止，電容C74、C78、C79被充電，充電完成后，C78兩端電壓UC78=2*U2，所以UGA=5*U2，即最終該電路為一個(gè)五倍壓電路;

6.在后續(xù)交流電壓周期變化中，不斷向后級電路提供電能，最后輸出電壓也被穩(wěn)定。

2.4、多倍壓整流電路(二)

圖5 多倍壓整流電路(二)

圖5是另一種結(jié)構(gòu)的六倍壓整流電路，電路工作原理與分析方法和上述電路類似，讀者可自行分析;此處應(yīng)注意如圖5所示情況最終整流電壓B點(diǎn)將為輸出電壓的正極，若取上面的電容(如C76、C78)作為最后的輸出電容，則A點(diǎn)將為輸出電壓的正極。

2.5、多倍壓整流電路(三)

圖6 多倍壓整流電路(三)

圖6為另一種結(jié)構(gòu)的六倍壓整流電路，電路分析同上。

擴(kuò)展資料：三種多倍壓整流電路特點(diǎn)

多倍壓整流電路一的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)電容上的電壓不會(huì)超過變壓器次級峰值電壓的兩倍(2*U2)，即可以選用耐壓值較低的電容;缺點(diǎn)是電容是串聯(lián)放電，紋波較大。

多倍壓整流電路二的優(yōu)點(diǎn)是紋波較小;缺點(diǎn)是對電容的耐壓要求高，隨著倍壓的增高，電容的電壓應(yīng)力也隨之增加。

多倍壓整流電路三的優(yōu)點(diǎn)是紋波比電路一要小很多，且電容電壓應(yīng)力也不超過2*U2;缺點(diǎn)是電路較復(fù)雜。

三、倍壓電路設(shè)計(jì)說明

1.在電路設(shè)計(jì)過程中，電容選型時(shí)需注意其耐壓值。

2.倍壓電路前級交流信號，可以是正弦波信號，也可以是開關(guān)脈沖信號(如DC/DC電源)。

3.當(dāng)考慮電路中二極管的壓降時(shí)，倍壓數(shù)量越多，前級導(dǎo)通電壓應(yīng)該越高，否則達(dá)不到二極管導(dǎo)通的要求，電能無法向后級傳輸，也就達(dá)不到倍壓的作用。

審核編輯：湯梓紅

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