电源设计--倍压电路原理及应用

电子芯期天 2022-11-23 07:30

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在电路设计过程中，当后级需要的电压比前级高出数倍而所需要的电流并不是很大时，就可以使用倍压整流电路。倍压整流：可以将较低的交流电压，用耐压较高的整流二极管和电容器，“整”出一个较高的直流电压。

倍压整流电路工作原理

倍压整流电路主要是利用二极管单向导通(相当于开关)的特性和电容两端电压不能突变且可以存储能量的特性，使得能量逐步往后级输送，同时线路上的电压也逐渐升高，所以就有了二倍压、三倍压、多倍压整流电路。但是由于倍压整流电路只是有二极管和电容组成，所以其只能用于低电流高电压的环境，不适合大电流和高电压的环境。

倍压整流电路分析

2.1、二倍压整流电路

图1 二倍压整流电路

图1是一个简单的二倍压整流电路，其工作原理如下：

1.在U1负半周时，UAB=-U2，二极管D26导通，D25截止，给电容C82充电，充电完成后，UC82=UCA=U2；

2.U1从负半周变为正半周时，二极管D25导通，D26截止，此时C82和电源电压均向电容C85充电(电能从C82转移到C85)，即UC85=UDB=2*U2；

3.U1再从正半周变为负半周时，二极管D26导通，C82被充电(补充电能)，D25截止，电容C85上的电压不变，即UC85=UDB=2*U2；后面电路将一直循环第2步和第3步，从而也使输出电压稳定在2*U2。

1.其实C85的电压无法在一个半周期内即充至二倍压，它必须在几个周期后才逐渐趋向于二倍压，为方便电路分析，后面电路也假设在分析周期内便达到倍压电压。

2.如果倍压电路前级没有类似变压器的隔离电路，要注意其浪涌电流的防护，以保护电路中的二极管。

3.如果电路中连接有负载RL，在步骤3过程中电容上的电压会有所下降，然后在步骤2中再通过前级充电补充，所以电路中会形成一定的纹波。

2.2、三倍压整流电路

图2 三倍压整流电路

图2是一个简单的三倍压整流电路，D24、D25、D26均为二极管(如1N4148)，C82、C83、C85均为耐压值合适的电容，其工作原理如下：

1.在U1正半周时，UAB=U2，此时二极管D24导通，D26、D25均截止，给电容C83充电,充电完成后电容C83两端电压UC83=U2；

2.U1从正半周变为负半周时，UAB=-U2，且电容C83两端电压不能发生突变，UCA=2*U2，此时二极管D26、D25导通，D24截止，给电容C82、C85充电，充电完成后电容C82两端电压UDA=2*U2，C85两端电压UEB=U2；

3.U1再从负半周变为正半周，UAB=U2，同时遵循电容两端电压不能突变的原则，UDB=UDA+UAB=3*U2,所以D24、D25导通，D26截止，给电容C83、C85充电，充电完成后，C85两端电压UC85=3*U2，C83两端的电压为UC83=U2;

4.U1从正半周变为负半周时，UAB=-U2，此时将重复步骤2、3，一直向后级输送电能，最终输出电压也将维持在3*U2,所以该电路是一个三倍压电路。

图3 倍压电路在实际电路中的应用

图3中MP3217是一个DC/DC的升压电源芯片，其最高输出电压为36V，而在其后加上一个三倍压电路，可将最高输出电压升高到108V，所以就可以输出需要的70V电压。DC/DC电源芯片是通过PWM控制MOS管的通断，所以SW引脚上的电压相当于是一个交流脉冲信号，倍压电路分析同2.1所述。

2.3、多倍压整流电路(一)

图4 多倍压整流电路(一)

图4为一个多倍压整流电路，电路工作原理与二倍压、三倍压电路相同，其分析方法也相同。

1.在U1负半周时，UAB=-U2，二极管D13导通，其余二极管均截止，电容C74被充电,充电完成后其两端电压UC74=UCA=U2；

2.U1从负半周变为正半周时，UAB=U2，且电容C74两端电压不能发生突变，UCB=2*U2，所以二极管D14导通，其余二极管均截止，电容C75被充电，充电完成后其两端电压UC75=UDB=2*U2；

3.U1再从正半周变为负半周时，UAB=-U2，同时遵循电容两端电压不能突变的原则，UDA=UDB+UBA=3*U2,所以D13、D15导通，其余二极管均截止，电容C74、C76被充电，充电完成后，C74两端电压UC74=U2，C76两端的电压为UC76=2*U2，UEA=3*U2;

4.U1再从负半周变为正半周时，UAB=U2，同时遵循电容两端电压不能突变的原则，UEB=4*U2，所以二极管D14、D16导通，其余二极管均截止，电容C75、C77被充电，充电完成后其两端电压UC75=2*U2,UC77=UFD=2*U2，UFB=4*U2；

5.U1再从正半周变为负半周时，UAB=-U2，同时遵循电容两端电压不能突变的原则，UFA=UFD+UDB+UBA=5*U2,所以D13、D15、D17导通，其余二极管均截止，电容C74、C78、C79被充电，充电完成后，C78两端电压UC78=2*U2，所以UGA=5*U2，即最终该电路为一个五倍压电路；

6.在后续交流电压周期变化中，不断向后级电路提供电能，最后输出电压也被稳定。

2.4、多倍压整流电路(二)