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