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[導(dǎo)讀]在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中,當(dāng)后級(jí)需要的電壓比前級(jí)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。

電路設(shè)計(jì)過(guò)程中,當(dāng)后級(jí)需要的電壓比前級(jí)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(kāi)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(jí)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

簡(jiǎn)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?gòu)恼胫茏優(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(wú)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(jí)沒(méi)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(guò)程中電容上的電壓會(huì)有所下降,然后在步驟2中再通過(guò)前級(jí)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

一個(gè)簡(jiǎn)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?gòu)呢?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(jí)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。

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(guò)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(hào),倍壓電路分析同2.1所述,DC/DC電源芯片工作原理可閱讀硬件設(shè)計(jì):電源設(shè)計(jì)--DC/DC工作原理及芯片詳解。

2.3、多倍壓整流電路(一)

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?gòu)恼胫茏優(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?gòu)呢?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?gòu)恼胫茏優(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(jí)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)

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)

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(guò)變壓器次級(jí)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(duì)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(guò)2*U2;缺點(diǎn)是電路較復(fù)雜。

三、倍壓電路設(shè)計(jì)說(shuō)明

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

2.倍壓電路前級(jí)交流信號(hào),可以是正弦波信號(hào),也可以是開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)(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(jí)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(wú)法向后級(jí)傳輸,也就達(dá)不到倍壓的作用。

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