倍压整流电路

1、 倍压整流电路的工作原理及电路设计在某些电子设备中，需要高压（几千伏甚至几万伏）、小电流的电源电路。一般都不采用前面讨论过的几种整流方式，因为那种整流电路的整流变压器的次级电压必须升的很高，圈数势必很多，绕制困难。这里介绍的倍压整流电路，在较小电流的条件下，能提供高于变压器次级输入的交流电压幅值数倍的直流电压，可以避免使用变压比很高的升压变压器，整流元件的耐压相对也可较低，所以这类整流电路特别适用于需要高电压、小电流的场合。 倍压整流是利用电容的充放电效应工作的整流方式，它的基本电路是二倍压整流电路。多倍压整流电路是二倍压电路的推广。 1、二倍压整流电路 （1）桥

2、式二倍压整流电路 图1所示电路是桥式倍压整流电路，图1的(1)和(2)为同一电路的两种不同画法。 在这里，用两个电容器取代了全波桥式整流电路中的两只二极管。整流管D1、D2在交流电的两个半周分别进行半波整流。各自对电容C1和C2充电。由负载RL与C1、C2回路看，两个电容是接成串联的。负载RL上的直流电能是由C1、C2共同供给的。当e2正半周时，D1导通，如果负载电阻RL很大，即流过RL的电流很小的话，整流电流iD1使C1充电到2E2的电压，并基本保持不变，极向如图中所示。同样，当e2负半周时，经D2对C2也充上2 E2的电压，极向如图中所示。跨接在两个串联电容两

3、端的负载RL上的电压UL=U C1+U C2，接近于e2幅值的两倍。所以称这种电路为二倍压整流电路。实际上，在正半周C1被充电到幅值2 E2后，D1随即截止，C1将经过RL对C2放电，U C1将有所降低。在负半周，当C2被充电到幅值2 E2后，D2截止，C2的放电回路是由C1至RL，U C2也应有所降低。这样，U C1和U C2的平均值都应略低于2 E2，也即负载电压是不到次级绕组电压幅值的两倍的。只有在负载RL很大时，UL2 E2。U C1、U C2及UL的变化规律如图2所

4、示。 这种整流电路中每个整流元件承受的最大反向电压是22 E2，电容器C1、C2上承受的电压为2 E2，这里的电容器同时也起到滤波的作用。电容值愈大，输出电压中的纹波成分愈小。可以看出，这种电路的交流输入端和直流输出端是不能同时接地的。 （2）半波二倍压整流电路 半波二倍压整流电路如图3所示，这种电路的两个半波整流充电环节前后串联，交流输入和直流输出有一公共端点。 当交流电压e2在正半周时，D1导通，C1通过D1被充电到e2的峰值2 E2，极向如图4中所示。在交流电压e2为负半周时，D1因受反向电压而截止，D2则受正向电压而

5、导通。在D2导通期间，电容C1上的电压E2M= 2 E2因维持不变，其作用类似于一个直流电源。它与交流电源相串联，所以，C1上的电压U C1与电源电压e2相加，经D2向C2充电，充电电压是e2+ U C1。在C2因充电而获得电荷时，C1将因本身放电而失去同样数量的电荷，但在这随后的正半周充电中就可以得到补充。经过几个周期以后，从C1转移到上C2的电荷将减少到零。于是U C1保持了最大的电压E2M= 2 E2，在此后的负半周期中，C2上充电的电压U C2达到最大值，即2E2M。如图3所示，负载是与C2并联的

6、，所以负载上的电压就是2E2M。 当D2截止后，C2继续通过RL放电，输出的直流电压U C2将随之有所降低，直到下一个负半周再度充电为止。所以输出直流电压是U C2在一个周期内起伏的平均值，是低于的2E2M。RL愈大，输出直流电压愈接近于2E2M。2、三倍压、多倍压整流电路 把二倍压整流电路推广，可以构成三倍压整流或多倍压整流电路。 （1）三倍压整流电路 图5电路是一种三倍压整流电路，它是在图3半波二倍压整流电路的基础上再串接一节半波整流电路构成的。该电路的整流管D1、D2和电容器C1、C2构成了半波二倍压整流电路，这一部分电路的工作

7、情况与图3所示电路是完全一样的。在三倍压电路中。整流管D3是在交流电源正半周时导通的。D3导通时，电容器C2与电源串联，通过D3对C3充电。因此，C3将被充电到3 E2M。当负载接在C3两端时，负载上所获得的直流电压UL将接近于电源变压器次级交流电压幅值的三倍。  图6电路是另一种三倍压整流电路。它同样是以图3电路为基础的。这里与图5电路所不同的地方，就在于第三个整流充电环节中的电容器C3不是像图5那样直接接地，而是通过电容器C1接地的。因此，在D3导通时是由电容器C2、交流电源和电容器C3三者串联通过D3对C3充电的。C3上充电的最大电压值为上述三者最大电压的代

8、数和。当交流电源为正的E2M时，恰好与C1上的直流电压大小相等、方向相反，对于电容器C3来讲。这两者是相互抵消的，因此，C3上最大可能的充电电压与C2一样，都是2 E2M。如果负载跨接在电容器C1和C3两端，那么负载上的直流电压应为：ULU C1+ U C2= E2M +2 E2M =3 E2M。 在图5和图6两种三倍压电路中，每个二极管两端间的反向电压都是变压器峰值电压的二倍，电容器承受的最大直流电压：C1都是E2M，C2都是2 E2M，只是C3所承受的电压不一样。在图5中C3的耐压

9、应为3 E2M，而在图6中则为2 E2M。这两种电路的交流输入和直流输出端之间都有公共端点。 （2）多倍压整流电压 二倍压整流电路采用了二个整流管和二个电容器，三倍压整流电路采用三个整流管和三个电容器。欲获得直流高压，可采用由n个整流元件和n个电容器组成的n倍压整流电路。图7为七倍压整流电路，它是图5电路的推广。C7被充电至七倍电压。此电路中，电容器耐压须随级数的增加而增高，对n倍压的电路。则须耐n E2M的电压。 图8是另一种形式的七倍压整流电路，它是图6电路的推广。在此电路中，所有的整流元件都是串联连接的。电容器按每隔一接点的方式

10、接入。分布在整流管两侧，呈叠层形。由于每一测电容是叠层串联，其结果也可以产生n倍电压。图8所要求整流器的耐压与图7要求相同，都是2 E2M，而电容器的耐压，除C1为E2M外，其余均为2 E2M即可。从这个意义上讲，它是图7电路的一种改进。 3、应用举例 （1）静电喷漆高频高压发射器 图9是高频高压发生器的方框图。它是用于金属工件表面静电喷漆的一种设备，还可以用于静电吸尘、静电植绒、静电分离等场合。工作原理如下：全波整流将单相50周的交流电变换成直流电，由振荡器把直流电能再转换成20千周左右的高频电能，以便让变压器把电压升高到1万伏左右，然后再由

11、多倍压整流器把它变成直流高压输出。作为多倍压整流的例子，我们仅对高频高压发生器中的九倍压整流部分感兴趣，将它示于图10中。由图可见，该九倍压整流器的电路结构形式与图8电路是相似的。直流电压  可以从叠成串联的电容器C1、C3、C5、C7和C9五个电容器两端输出。调节振荡器的输出电压。输出的直流高压可在六万伏至十二万伏范围内变化。该设备可供六支喷枪同时使用。  升压变压器的制作和数据：初级线圈用3股0.19丝包线密绕50圈，在有机玻璃框架上绕一层，次级线圈是用0.21丝漆包线，分绕在一个有六格的有机玻璃框架上（乱绕），每格绕300圈，共计1800圈。分格绕

12、制可以提高高压线圈耐压强度。格间绕组头尾衔接的方法，可在每格的凸棱上开槽，将套接起来，这样，可以满足一定的绝缘要求。线圈绕成后，将截面积为14×14毫米的口字型铁氧体磁芯插入框架。变压器结构如图11所示。（振荡器部分的制作可参阅其他有关资料） 整流元件可用耐压高的硅柱和硒柱。硅柱体积小，过载能力不及硒柱。一旦喷枪头碰撞造成负载短路，硒柱能够承受，硅柱则需要采取保护措施。鉴于这个原因，本例采用耐压大于20千伏、承受电流1毫安的硒柱作整流元件。所用电容器的规格是容量为2000微微法、耐压为20千伏。 安装注意点：联接时，整流元件的极性不要弄错；整流元件和电容器之间安装

13、相距不宜过近，以免跳火；整流器的全部元器件浸在变压器油槽内，如图12所示，以提高耐压强度（2）SBM10 多用示波器高频高压电路 图13所示为SBM10多用示波器高频高压电路。晶体三极管3AD30B组成的单管直流变换器振荡频率为22千赫兹，次级高压输出有3.4千伏和1.1千伏两个绕组，经二极管D1D5五倍压整流和滤波后输出10千伏加到示波器第四阳极，作偏转加速电压。 振荡变压器的铁芯采用铁氧体E17，绕组采取分层平绕的方式，内层绕初级，外层绕次级。1.1千伏绕组采取双根导线平行线法并绕在3.4千伏绕组的始端。 该电路还带有直流反馈自动控制输出幅度电路以解

14、决高压输出的稳定性问题。这部分内容已超出本教程的范围，故在图13电路中没有画出。电路中振荡管3AD30B是70年代产品，现在已淘汰。如要仿制可选用物美价廉的3DD15，关于单管自激式直流变换电路的制作可参阅有关资料这里不再赘述。 倍压整流电路原理: （1）负半周时，即A为负、B为正时，D1导通、D2截止，电源经D1向电容器C1充电，在理想情况下，此半周内，D1可看成短路，同时电容器C1充电到Vm，其电流路径及电容器C1的极性如上图（a）所示。 （2）正半周时，即A为正、B为负时，D1截止、D2导通，电源经C1、D1向C2充电，由于C1的Vm再加上倍压器二次侧的Vm

15、使c2充电至最高值2Vm，其电流路径及电容器C2的极性如上图（b）所示.  其实C2的电压并无法在一个半周内即充至2Vm，它必须在几周后才可渐渐趋近于2Vm，为了方便说明，底下电路说明亦做如此假设。 如果半波倍压器被用于没有变压器的电源供应器时，我们必须将C1串联一电流限制电阻，以保护二极管不受电源刚开始充电涌流的损害。 如果有一个负载并联在倍压器的输出出的话，如一般所预期地，在（输入处）负的半周内电容器C2上的电压会降低，然后在正的半周内再被充电到2Vm如下图所示。 图1 直流半波整流电压电路图3 输出电压波形 

16、所以电容器c2上的电压波形是由电容滤波器过滤后的半波讯号，故此倍压电 路称为半波电压电路。 正半周时，二极管D1所承受之最大的逆向电压为2Vm，负半波时，二极管D2所承受最大逆向电压值亦为2Vm，所以电路中应选择PIV 2Vm的二极管。 2、全波倍压电路图4 全波整流电压电路（a）正半周（b）负半周 图5 全波电压的工作原理 正半周时，D1导通，D2截止，电容器C1充电到Vm，其电流路径及电容C1的极性如上图（a）所示。 负半周时，D1截止，D2导通，电容器C2充电到Vm，其电流路径及电容C2的极性如上图

17、（b）所示。 由于C1与C2串联，故输出直流电压，V0=Vm。如果没有自电路抽取负载电流的话，电容器C1及C2上的电压是2Vm。如果自电路抽取负载电流的话，电容器C1及C2上的电压是与由全波整流电路馈送的一个电容器上的电压同样的。不同之处是，实效电容为C1及C2的串联电容，这比C1及C2单独的都要小。这种较低的电容值将会使它的滤波作用不及单电容滤波电路的好。 正半周时，二极管D2所受的最大逆向电压为2Vm，负半周时，二极管D1所承受的最大逆向电压为2Vm，所以电路中应选择PVI 2Vm的二极管。图6 三倍压电路图a） 负半周（b）正半周图7 三

18、倍压的工作原理 负半周时，D1、D3导通，D2截止，电容器C1及C3都充电到Vm，其电流路径及电容器的极性如上图（a）所示。 正半周时，D1、D3截止，D2导通，电容器C2充电到2Vm，其电流路径及电容器的极性如上图（b）所示。 由于C2与C3串联。故输出直流电压V0=3m。 正半周时，D1及D3所承受的最大逆向电压为2Vm，负半周时，二极管D2所承受的最大逆向电压为2Vm，所以电路中应选择PIV 2Vm的二极管。 4、N倍电压路 下图中的半波倍压电路的推广形式，它能产生输入峰值的的三倍或四倍的电压。根据线路接法的发式可看出，如果在接上额外的二极管与电容器将使输出电压变成基本峰值（Vm）的五、六、七、甚至更多倍。（即N倍）。N倍压电路的工作原理 负半周时