硬體設計 電源設計 倍壓電路原理及應用

2021-10-11 09:46:02 字數 3250 閱讀 4772

參考資料:簡單直流二倍壓電路介紹

倍壓整流電路圖大全(九款倍壓整流電路設計原理圖詳解)

倍壓整流電路的工作原理

在電路設計過程中,當後級需要的電壓比前級高出數倍而所需要的電流並不是很大時,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體和電容器,「整」出乙個較高的直流電壓。

一、倍壓整流電路工作原理

倍壓整流電路主要是利用二極體單嚮導通(相當於開關)的特性和電容兩端電壓不能突變且可以儲存能量的特性,使得能量逐步往後級輸送,同時線路上的電壓也逐漸公升高,所以就有了二倍壓、三倍壓、多倍壓整流電路。但是由於倍壓整流電路只是有二極體和電容組成,所以其只能用於低電流高電壓的環境,不適合大電流和高電壓的環境。

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是乙個簡單的二倍壓整流電路,其工作原理如下:

1.在u1負半周時,uab=-u2,二極體d26導通,d25截止,給電容c82充電,充電完成後,uc82=uca=u2;

2.u1從負半周變為正半周時,二極體d25導通,d26截止,此時c82和電源電壓均向電容c85充電(電能從c82轉移到c85),即uc85=udb=2*u2;

3.u1再從正半周變為負半周時,二極體d26導通,c82被充電(補充電能),d25截止,電容c85上的電壓不變,即uc85=udb=2*u2;後面電路將一直迴圈第2步和第3步,從而也使輸出電壓穩定在2*u2。

擴充套件資料:注意事項

1.其實c85的電壓無法在乙個半週期內即充至二倍壓,它必須在幾個週期後才逐漸趨向於二倍壓,為方便電路分析,後面電路也假設在分析週期內便達到倍壓電壓。

2.如果倍壓電路前級沒有類似變壓器的隔離電路,要注意其浪湧電流的防護,以保護電路中的二極體。

3.如果電路中連線有負載rl,在步驟3過程中電容上的電壓會有所下降,然後在步驟2中再通過前級充電補充,所以電路中會形成一定的紋波。

2.2、三倍壓整流電路

圖2 三倍壓整流電路

圖2是乙個簡單的三倍壓整流電路,d24、d25、d26均為二極體(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,uab=u2,此時二極體d24導通,d26、d25均截止,給電容c83充電,充電完成後電容c83兩端電壓uc83=u2;

2.u1從正半周變為負半周時,uab=-u2,且電容c83兩端電壓不能發生突變,uca=2*u2,此時二極體d26、d25導通,d24截止,給電容c82、c85充電,充電完成後電容c82兩端電壓uda=2*u2,c85兩端電壓ueb=u2;

3.u1再從負半周變為正半周,uab=u2,同時遵循電容兩端電壓不能突變的原則,udb=uda+uab=3*u2,所以d24、d25導通,d26截止,給電容c83、c85充電,充電完成後,c85兩端電壓uc85=3*u2,c83兩端的電壓為uc83=u2;

4.u1從正半周變為負半周時,uab=-u2,此時將重複步驟2、3,一直向后級輸送電能,最終輸出電壓也將維持在3*u2,所以該電路是乙個三倍壓電路。

擴充套件資料:三倍壓電路實際應用

圖3 倍壓電路在實際電路中的應用

圖3中***217是乙個dc/dc的公升壓電源晶元,其最高輸出電壓為36v,而在其後加上乙個三倍壓電路,可將最高輸出電壓公升高到108v,所以就可以輸出需要的70v電壓。dc/dc電源晶元是通過pwm控制mos管的通斷,所以sw引腳上的電壓相當於是乙個交流脈衝訊號,倍壓電路分析同2.1所述,dc/dc電源晶元工作原理可閱讀硬體設計:電源設計--dc/dc工作原理及晶元詳解。

2.3、多倍壓整流電路(一)

圖4 多倍壓整流電路(一)

圖4為乙個多倍壓整流電路,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負半周時,uab=-u2,二極體d13導通,其餘二極體均截止,電容c74被充電,充電完成後其兩端電壓uc74=uca=u2;

2.u1從負半周變為正半周時,uab=u2,且電容c74兩端電壓不能發生突變,ucb=2*u2,所以二極體d14導通,其餘二極體均截止,電容c75被充電,充電完成後其兩端電壓uc75=udb=2*u2;

3.u1再從正半周變為負半周時,uab=-u2,同時遵循電容兩端電壓不能突變的原則,uda=udb+uba=3*u2,所以d13、d15導通,其餘二極體均截止,電容c74、c76被充電,充電完成後,c74兩端電壓uc74=u2,c76兩端的電壓為uc76=2*u2,uea=3*u2;

4.u1再從負半周變為正半周時,uab=u2,同時遵循電容兩端電壓不能突變的原則,ueb=4*u2,所以二極體d14、d16導通,其餘二極體均截止,電容c75、c77被充電,充電完成後其兩端電壓uc75=2*u2,uc77=ufd=2*u2,ufb=4*u2;

5.u1再從正半周變為負半周時,uab=-u2,同時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導通,其餘二極體均截止,電容c74、c78、c79被充電,充電完成後,c78兩端電壓uc78=2*u2,所以uga=5*u2,即最終該電路為乙個五倍壓電路;

6.在後續交流電壓週期變化中,不斷向后級電路提供電能,最後輸出電壓也被穩定。

2.4、多倍壓整流電路(二)

圖5 多倍壓整流電路(二)

圖5是另一種結構的六倍壓整流電路,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;此處應注意如圖5所示情況最終整流電壓b點將為輸出電壓的正極,若取上面的電容(如c76、c78)作為最後的輸出電容,則a點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為另一種結構的六倍壓整流電路,電路分析同上。

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