倍壓整流電路

倍壓整流電路的工作原理及電路設(shè)計(jì)在某些電子設(shè)備中，需要高壓（幾千伏甚至幾萬(wàn)伏）、小電流的電源電路。一般都不采用前面討論過(guò)的幾種整流方式，因?yàn)槟欠N整流電路的整流變壓器的次級(jí)電壓必須升的很高，圈數(shù)勢(shì)必很多，繞制困難。這里介紹的倍壓整流電路，在較小電流的條件下，能提供高于變壓器次級(jí)輸入的交流電壓幅值數(shù)倍的直流電壓，可以避免使用變壓比很高的升壓變壓器，整流元件的耐壓相對(duì)也可較低，所以這類整流電路特別適用于需要高電壓、小電流的場(chǎng)合。

倍壓整流是利用電容的充放電效應(yīng)工作的整流方式，它的基本電路是二倍壓整流電路。多倍壓整流電路是二倍壓電路的推廣。

1、二倍壓整流電路

（1）橋式二倍壓整流電路

圖1所示電路是橋式倍壓整流電路，圖1的(1)和(2)為同一電路的兩種不同畫法。

在這里，用兩個(gè)電容器取代了全波橋式整流電路中的兩只二極管。整流管D1、D2在交流電的兩個(gè)半周分別進(jìn)行半波整流。各自對(duì)電容C1和C2充電。由負(fù)載RL與C1、C2回路看，兩個(gè)電容是接成串聯(lián)的。負(fù)載RL上的直流電能是由C1、C2共同供給的。當(dāng)e2正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，如果負(fù)載電阻RL很大，即流過(guò)RL的電流很小的話，整流電流iD1使C1充電到2E2的電壓，并基本保持不變，極向如圖中所示。同樣，當(dāng)e2負(fù)半周時(shí)，經(jīng)D2對(duì)C2也充上2

E2的電壓，極向如圖中所示?？缃釉趦蓚€(gè)串聯(lián)電容兩端的負(fù)載RL上的電壓UL=U

C1+U

C2，接近于e2幅值的兩倍。所以稱這種電路為二倍壓整流電路。實(shí)際上，在正半周C1被充電到幅值2

E2后，D1隨即截止，C1將經(jīng)過(guò)RL對(duì)C2放電，U

C1將有所降低。在負(fù)半周，當(dāng)C2被充電到幅值2

E2后，D2截止，C2的放電回路是由C1至RL，U

C2也應(yīng)有所降低。這樣，U

C1和U

C2的平均值都應(yīng)略低于2

E2，也即負(fù)載電壓是不到次級(jí)繞組電壓幅值的兩倍的。只有在負(fù)載RL很大時(shí)，UL≈2

E2。U

C1、U

C2及UL的變化規(guī)律如圖2所示。

這種整流電路中每個(gè)整流元件承受的最大反向電壓是22

E2，電容器C1、C2上承受的電壓為2

E2，這里的電容器同時(shí)也起到濾波的作用。電容值愈大，輸出電壓中的紋波成分愈小?？梢钥闯?，這種電路的交流輸入端和直流輸出端是不能同時(shí)接地的。

（2）半波二倍壓整流電路

半波二倍壓整流電路如圖3所示，這種電路的兩個(gè)半波整流充電環(huán)節(jié)前后串聯(lián)，交流輸入和直流輸出有一公共端點(diǎn)。

當(dāng)交流電壓e2在正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，C1通過(guò)D1被充電到e2的峰值2

E2，極向如圖4中所示。在交流電壓e2為負(fù)半周時(shí)，D1因受反向電壓而截止，D2則受正向電壓而導(dǎo)通。在D2導(dǎo)通期間，電容C1上的電壓E2M=

2

E2因維持不變，其作用類似于一個(gè)直流電源。它與交流電源相串聯(lián)，所以，C1上的電壓U

C1與電源電壓e2相加，經(jīng)D2向C2充電，充電電壓是e2+

U

C1。在C2因充電而獲得電荷時(shí)，C1將因本身放電而失去同樣數(shù)量的電荷，但在這隨后的正半周充電中就可以得到補(bǔ)充。經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期以后，從C1轉(zhuǎn)移到上C2的電荷將減少到零。于是U

C1保持了最大的電壓E2M=

2

E2，在此后的負(fù)半周期中，C2上充電的電壓U

C2達(dá)到最大值，即2E2M。如圖3所示，負(fù)載是與C2并聯(lián)的，所以負(fù)載上的電壓就是2E2M。

當(dāng)D2截止后，C2繼續(xù)通過(guò)RL放電，輸出的直流電壓U

C2將隨之有所降低，直到下一個(gè)負(fù)半周再度充電為止。所以輸出直流電壓是U

C2在一個(gè)周期內(nèi)起伏的平均值，是低于的2E2M。RL愈大，輸出直流電壓愈接近于2E2M。

可以從疊成串聯(lián)的電容器C1、C3、C5、C7和C9五個(gè)電容器兩端輸出。調(diào)節(jié)振蕩器的輸出電壓。輸出的直流高壓可在六萬(wàn)伏至十二萬(wàn)伏范圍內(nèi)變化。該設(shè)備可供六支噴槍同時(shí)使用。

升壓變壓器的制作和數(shù)據(jù)：初級(jí)線圈用3股φ0.19絲包線密繞50圈，在有機(jī)玻璃框架上繞一層，次級(jí)線圈是用φ0.21絲漆包線，分繞在一個(gè)有六格的有機(jī)玻璃框架上（亂繞），每格繞300圈，共計(jì)1800圈。分格繞制可以提高高壓線圈耐壓強(qiáng)度。格間繞組頭尾銜接的方法，可在每格的凸棱上開槽，將套接起來(lái)，這樣，可以滿足一定的絕緣要求。線圈繞成后，將截面積為14×14毫米的口字型鐵氧體磁芯插入框架。變壓器結(jié)構(gòu)如圖11所示。（振蕩器部分的制作可參閱其他有關(guān)資料）

整流元件可用耐壓高的硅柱和硒柱。硅柱體積小，過(guò)載能力不及硒柱。一旦噴槍頭碰撞造成負(fù)載短路，硒柱能夠承受，硅柱則需要采取保護(hù)措施。鑒于這個(gè)原因，本例采用耐壓大于20千伏、承受電流1毫安的硒柱作整流元件。所用電容器的規(guī)格是容量為2000微微法、耐壓為20千伏。

安裝注意點(diǎn)：①聯(lián)接時(shí)，整流元件的極性不要弄錯(cuò)；②整流元件和電容器之間安裝相距不宜過(guò)近，以免跳火；③整流器的全部元器件浸在變壓器油槽內(nèi)，如圖12所示，以提高耐壓強(qiáng)度（2）SBM10

多用示波器高頻高壓電路

圖13所示為SBM10多用示波器高頻高壓電路。晶體三極管3AD30B組成的單管直流變換器振蕩頻率為22千赫茲，次級(jí)高壓輸出有3.4千伏和1.1千伏兩個(gè)繞組，經(jīng)二極管D1—D5五倍壓整流和濾波后輸出10千伏加到示波器第四陽(yáng)極，作偏轉(zhuǎn)加速電壓。

振蕩變壓器的鐵芯采用鐵氧體E17，繞組采取分層平繞的方式，內(nèi)層繞初級(jí)，外層繞次級(jí)。1.1千伏繞組采取雙根導(dǎo)線平行線法并繞在3.4千伏繞組的始端。

該電路還帶有直流反饋?zhàn)詣?dòng)控制輸出幅度電路以解決高壓輸出的穩(wěn)定性問(wèn)題。這部分內(nèi)容已超出本教程的范圍，故在圖13電路中沒(méi)有畫出。電路中振蕩管3AD30B是70年代產(chǎn)品，現(xiàn)在已淘汰。如要仿制可選用物美價(jià)廉的3DD15，關(guān)于單管自激式直流變換電路的制作可參閱有關(guān)資料這里不再贅述。

倍壓整流電路原理:

（1）負(fù)半周時(shí)，即A為負(fù)、B為正時(shí)，D1導(dǎo)通、D2截止，電源經(jīng)D1向電容器C1充電，在理想情況下，此半周內(nèi)，D1可看成短路，同時(shí)電容器C1充電到Vm，其電流路徑及電容器C1的極性如上圖（a）所示。

（2）正半周時(shí)，即A為正、B為負(fù)時(shí)，D1截止、D2導(dǎo)通，電源經(jīng)C1、D1向C2充電，由于C1的Vm再加上倍壓器二次側(cè)的Vm使c2充電至最高值2Vm，其電流路徑及電容器C2的極性如上圖（b）所示.

其實(shí)C2的電壓并無(wú)法在一個(gè)半周內(nèi)即充至2Vm，它必須在幾周后才可漸漸趨近于2Vm，為了方便說(shuō)明，底下電路說(shuō)明亦做如此假設(shè)。

如果半波倍壓器被用于沒(méi)有變壓器的電源供應(yīng)器時(shí)，我們必須將C1串聯(lián)一電流限制電阻，以保護(hù)二極管不受電源剛開始充電涌流的損害。

如果有一個(gè)負(fù)載并聯(lián)在倍壓器的輸出出的話，如一般所預(yù)期地，在（輸入處）負(fù)的半周內(nèi)電容器C2上的電壓會(huì)降低，然后在正的半周內(nèi)再被充電到2Vm如下圖所示。

圖1

直流半波整流電壓電路圖3

輸出電壓波形

所以電容器c2上的電壓波形是由電容濾波器過(guò)濾后的半波訊號(hào)，故此倍壓電

路稱為半波電壓電路。

正半周時(shí)，二極管D1所承受之最大的逆向電壓為2Vm，負(fù)半波時(shí)，二極管D2所承受最大逆向電壓值亦為2Vm，所以電路中應(yīng)選擇PIV

2Vm的二極管。

2、全波倍壓電路圖4

全波整流電壓電路（a）正半周（b）負(fù)半周

圖5

全波電壓的工作原理

正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止，電容器C1充電到Vm，其電流路徑及電容C1的極性如上圖（a）所示。

負(fù)半周時(shí)，D1截止，D2導(dǎo)通，電容器C2充電到Vm，其電流路徑及電容C2的極性如上圖（b）所示。

由于C1與C2串聯(lián)，故輸出直流電壓，V0=Vm。如果沒(méi)有自電路抽取負(fù)載電流的話，電容器C1及C2上的電壓是2Vm。如果自電路抽取負(fù)載電流的話，電容器C1及C2上的電壓是與由全波整流電路饋送的一個(gè)電容器上的電壓同樣的。不同之處是，實(shí)效電容為C1及C2的串聯(lián)電容，這比C1及C2單獨(dú)的都要小。這種較低的電容值將會(huì)使它的濾波作用不及單電容濾波電路的好。

正半周時(shí)，二極管D2所受的最大逆向電壓為2Vm，負(fù)半周時(shí)，二極管D1所承受的最大逆向電壓為2Vm，所以電路中應(yīng)選擇PVI

2Vm的二極管。圖6

三倍壓電路圖負(fù)半周（b）正半周圖7

三倍壓的工作原理

負(fù)半周時(shí)，D1、D3導(dǎo)通，D2截止，電容器C1及C3都充電到Vm，其電流路徑及電容器的極性如上圖（a）所示。

正半周時(shí)，D1、D3截止，D2導(dǎo)通，電容器C2充電到2Vm，其電流路徑及電容器的極性如上圖（b）所示。

由于C2與C3串聯(lián)。故輸出直流電壓V0=3m。

正半周時(shí)，D1及D3所承受的最大逆向電壓為2Vm，負(fù)半周時(shí)，二極管D2所承受的最大逆向電壓為2Vm，所以電路中應(yīng)選擇PIV

2Vm的二極管。

4、N倍電壓路

下圖中的半波倍壓電路的推廣形式，它能產(chǎn)生輸入峰值的的三倍或四倍的電壓。根據(jù)線路接法的發(fā)式可看出，如果在接上額外的二極管與電容器將使輸出電壓變成基本峰值（Vm）的五、六、七、甚至更多倍。（即N倍）。N倍壓電路的工作原理

負(fù)半周時(shí)，D1導(dǎo)通，其他二極管皆截止，電容器C1充電到Vm，其電流路徑及電容器的極性如圖（a）所示。

正半周時(shí)，D2導(dǎo)通，其他二極管皆截止，電容器C2充電到2Vm，