倍压整流电路

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，UL≈2

E2。U

C1、U

C2及UL的变化规律如图2所示。

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，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。

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φ0.19丝包线密绕50圈，在有机玻璃框架上绕一层，次级线圈是用φ0.21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：①联接时，整流元件的极性不要弄错；②整流元件和电容器之间安装相距不宜过近，以免跳火；③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D1—D5五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

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（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

三倍压电路图负半周（b）正半周图7

三倍压的工作原理

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，D1导通，其他二极管皆截止，电容器C1充电到Vm，其电流路径及电容器的极性如图（a）所示。

正半周时，D2导通，其他二极管皆截止，电容器C2充电到2Vm，