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倍压整流电路原理,过程真的这么简单吗?

2020-12-14 11:55:35 显示全部楼层
先看下图所示最基本的二倍压整流电路,2个参数相同的二极管和2个电容器。
倍压整流原理图

  • 各种搜索讲解倍压整流原理都是千篇一律,如负周期对C1反向充电,正周期电压叠加C1上的电压给C2充电,这是最常见到的解释,咋一看觉得没什毛病,结果确实是2倍的Vi,但过程真的就这么简单吗?
  • 先直接上图,红色线是Vi,蓝色线是Va,绿色线是Vo。从下图可以看到从第一个周期开始各点电压的变化,最明显的就是绿色线Vo为阶梯增长曲线,和上面解释的有些区别,那为什么是这样的呢?可能好多人都有这个疑问,接下来就一步步刨根到底。
二倍压整流各点处曲线

  • 我们来换个方式解析电路,首先将这个经典的二倍压整理电路拆分为Part A和Part B两个电路来分析,拆分后如下图所示:
拆分后的电路两部分

  • 如下图所示,Part A部分的功能就是将负半周电压叠加到正半周,变成脉动直流电压,在零轴上方,其中Vb第一个幅值只有一半,是因为起始时C1电压为0,输出的Vb第一个幅值就是Vi的正半周幅值,下一个周期后叠加了Vc1。
Part A部分电路电压曲线

  • Part B部分电路就是大家所熟悉的峰值保持电路,这里不再赘述,主要是利用二极管单向导通特性和电容的储能特性。
  • 看到这里大家可能豁然开朗,实际上就是Part B把Part A的电压进行了峰值保持,唯一不同的是Part A没接负载,输出电压从第二个峰值开始都是一样的。那大家可能会有疑问了,为什么这两个部分合起来后输出端Vo会产生阶梯递增的现象,且增的增量是逐渐变小?问题的关键就在C1和C2这两颗电容,大家仔细看就会发现,C1和C2其实是通过D2正向串联的,当电容充满电时Vi = Vc1 + Vd2 + Vc2,且Vc1 = Vc2,即回路电压被C1和C2均分。
  • 我们再来结合下图二倍压整流变化曲线来分析,具体过程如下:
  • 1)Vi在上升周期时,对C1和C2串联充电,Va点(蓝色线)电压逐步上升,当Va > Vc2时,Vc2会上升,否则由于D2截止而保持不变;
  • 2)Vi在下降周期时,对C1反向充电,Va点(蓝色线)电压逐步下降到D1钳位电压-Vd1;
  • 3)Vi再进入上升周期时,Va为Vi叠加Vc1 ,当Va > Vc2时D2导通对C2充电,直至Vc1和Vc2电压均等,如此反循环,Vc2 = Vo被逐渐抬高。
Vi上升和下降时各点曲线

  • 我们干脆直接通过具体数值来计算模拟上述过程,为了便于分析和计算这里暂且将二极管视作理想单向导通器件其Vf = 0V,Vi峰值Vp=10V,起始电压从正周期0V开始:
  • 1)第一个上升周期从0开始,Vi逐步上升至10V,对C1和C2串联充电结束后,Vc1 = Vc2 = 5V;
  • 2)然后进入第一个下降周期,Vi逐步下降至-10V,Vc1逐步被放电然后反向充电至-10V,Vc1因D2反向截止继续保持 Vc2 = Vo = 5V;
  • 3)进入第二个上升周期,Vi从-10V逐步上升,Va = |Vi + Vc1|,Va逐步上升,当Va > Vc2时,D2导通,Vc2逐步被抬升,当Vc1 = Vc2均衡后,Vc2 = Vo = (|Vi|+|Vc1|+5)/ 2 = (10 + 10 + 5) / 2 =12.5V;
  • 4)如此反复循环,第三个上升周期后,Vc2 = Vo = (|Vi|+|Vc1|+12.5)/ 2 = (10 + 10 + 12.5) / 2 = 16.5V;第4个上升周期后,Vc2 = Vo = (10+ 10 +16.5)/ 2 = 18.125V,
  • 5)无限循环下去,Vo计算数值按顺序排列为5、12.5、16.5、18.125、19.0625、19.53125、119.765625…将数据以图标排列显示与上图的Vo(绿色线)的阶梯曲线是吻合的,如下图所示。
理论计算数据绘图

  • 通过上面的分析,倍压整流的过程实质上是将交流电正、负半周的电压逐步叠加累加的过程,在不考虑二极管压降的情况下,其最终的整流的直流电压是无限接近2倍的输入交流幅值电压的。
  • 上面介绍了二倍压的原理,那3倍、4倍压同理是一样的,只不过理解和计算起来更加复杂。


作者:头条号/88后技术宅


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費解〖HK〗

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費解〖HK〗 2020-12-14 12:58:59 显示全部楼层
两个电容A和B,容量相同,A满B空,
把电源「反接」,B满了,A空了,
然后,电源「返正」,A也满了,
接着,电源再「反接」,A跟电源叠加向B充电,倍压完成。

小小毛

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