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，以及電容器的儲能特性。倍壓電路的主要應(yīng)用場景是在需要高電壓、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分類。
倍壓電路的基本工作原理是通過二極管的單向?qū)щ娦院碗娙萜鞯膬δ芴匦詠韺?shí)現(xiàn)電壓的倍增。當(dāng)輸入電壓施加到倍壓電路時(shí)，電容器開始充電。當(dāng)電容器充滿電后，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，通過第二個(gè)二極管對電容器C2充電至兩倍的變壓器電壓峰值。經(jīng)過幾個(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，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
在變壓和整流過程中常見有倍壓電路：
一、通過變壓器升壓，通過匝數(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，為了方便說明，底下電路說明亦做如此假設(shè)。
如果半波倍壓器被用于沒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，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濾后的半波訊號，故此倍壓電路稱為半波電壓電路。
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。如果沒有自電路抽取負(fù)載電流的話，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，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。
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