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在電路設計過程中，當后級需要的電壓比前級高出數倍而所需要的電流并不是很大時，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管和電容器，“整”出一個較高的直流電壓。


一、倍壓整流電路工作原理
倍壓整流電路主要是利用二極管單向導通(相當于開關)的特性和電容兩端電壓不能突變且可以存儲能量的特性，使得能量逐步往后級輸送，同時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是一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=-U2，二極管D26導通，D25截止，給電容C82充電，充電完成后，UC82=UCA=U2；


2.U1從負半周變為正半周時，二極管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，二極管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；后面電路將一直循環第2步和第3步，從而也使輸出電壓穩定在2*U2。


擴展資料：注意事項


1.其實C85的電壓無法在一個半周期內即充至二倍壓，它必須在幾個周期后才逐漸趨向于二倍壓，為方便電路分析，后面電路也假設在分析周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，要注意其浪涌電流的防護，以保護電路中的二極管。


3.如果電路中連接有負載RL，在步驟3過程中電容上的電壓會有所下降，然后在步驟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是一個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，UAB=U2，此時二極管D24導通，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，此時二極管D26、D25導通，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從正半周變為負半周時，UAB=-U2，此時將重復步驟2、3，一直向后級輸送電能，最終輸出電壓也將維持在3*U2,所以該電路是一個三倍壓電路。




圖3 倍壓電路在實際電路中的應用


圖3中MP3217是一個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引腳上的電壓相當于是一個交流脈沖信號，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計:電源設計--DC/DC工作原理及芯片詳解。


2.3、多倍壓整流電路(一)




圖4 多倍壓整流電路(一)


圖4為一個多倍壓整流電路，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=-U2，二極管D13導通，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，所以二極管D14導通，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，所以二極管D14、D16導通，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五倍壓電路；


6.在后續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定。


2.4、多倍壓整流電路(二)


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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)作為最后的輸出電容，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。


擴展資料：三種多倍壓整流電路特點


多倍壓整流電路一的優點是每個電容上的電壓不會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；缺點是電容是串聯放電，紋波較大。


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


多倍壓整流電路三的優點是紋波比電路一要小很多，且電容電壓應力也不超過2*U2;缺點是電路較復雜。


三、倍壓電路設計說明


1.在電路設計過程中，電容選型時需注意其耐壓值。


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


3.當考慮電路中二極管的壓降時，倍壓數量越多，前級導通電壓應該越高，否則達不到二極管導通的要求，電能無法向后級傳輸，也就達不到倍壓的作用。