电源设计中直流半波整流倍压电路分析

‌倍压电路‌是一种电子电路，其工作原理主要利用二极管的整流和导引作用，以及电容器的储能特性。倍压电路的主要应用场景是在需要高电压、小电流的地方，如闪光灯、静电喷涂设备等。倍压电路可以分为二倍压、三倍压与多倍压电路，根据输出电压是输入电压的多少倍来分类。

倍压电路的基本工作原理是通过二极管的单向导电性和电容器的储能特性来实现电压的倍增。当输入电压施加到倍压电路时，电容器开始充电。当电容器充满电后，二极管导通，将电容器上的正电荷转移到另一个电容器上，同时关闭输入电源。这样，第二个电容器上的电压就是第一个电容器电压的两倍。通过多个这样的阶段，可以实现更高的电压倍增。

以二倍压整流电路为例，它由变压器、两个整流二极管和两个电容器组成。在第一个半周期，第一个二极管导通，电容器C1充电至变压器电压的峰值。在第二个半周期，第一个电容器和电源电压相加，通过第二个二极管对电容器C2充电至两倍的变压器电压峰值。经过几个周期后，电容器C2上的电压能够稳定在两倍的变压器电压峰值左右，实现了电压的倍增。

此外，倍压电路还可以实现更高倍数的电压倍增。例如，通过复杂的电路配置和多个电容器及二极管的组合，可以实现三倍压、四倍压甚至更高的电压倍增。这种电路的巧妙之处在于将多个电容串联起来，利用电容两端的电压等于串联后总电压的原理，实现电压的倍增。

倍压电路原理解析

在变压和整流过程中常见有倍压电路：

一、通过变压器升压，通过匝数比实现;

二、倍压电路，以快恢复二极管和电容组合，以电容为蓄能器件。

1、直流半波整流倍压电路

(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。

(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再加上双压器二次侧的Vm使c2充电至最高值2Vm，其电流路径及电容器C2的极性。

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。

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

1.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。

2.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。

3.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。

倍压电路的核心是电容电压不能突变，及利用了电容的储能作用。

二倍压电路图及输入输出电压的波形，绿色的是输入电压，10Vrms，紫色的是输出电压，26.7VDC左右，比常规整流电路的输出电压提高了约一倍。

该电路的工作原理:

电源负半周时，二极管D1导通，D2截止，电流从电源下端流出经过D1, C1回到电源，因此电容C1右正左负。

电源正半周时，电容C1上的电压叠加电源电压，使二极管D2导通，二极管D1截止，电容C2上正下负，峰值电压可达2倍电源的峰值电压，即实现二倍压。