杨月昌
作为一名热衷于电路设计和嵌入式系统开发的技术探索者，我始终相信科技能为世界带来深远改变。从电路板细节到系统架构设计，我不断挑战自我，追求创新极限。每攻克一个难题，都让我感受到科技的魅力与力量。我将继续在这条道路上深耕，用智慧与热情为未来贡献自己的力量。
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倍压整流电路设计与优化
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。倍压整流电路通过耐压较高的整流二极管和电容器，将较低的交流电压“整”出一个较高的直流电压。
一、倍压整流电路工作原理
倍压整流电路主要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，使得能量逐步输送到后级，同时线路上的电压也逐渐升高，从而实现二倍压、三倍压、多倍压整流电路。然而，由于倍压整流电路仅由二极管和电容组成，它只能应用于低电流、高电压的环境，不适合大电流和高电压的应用。
二、倍压整流电路分析
2.1 二倍压整流电路
图1展示了一个简单的二倍压整流电路，其工作原理如下：
- 在U1负半周期时，UAB=-U2，二极管D26导通，D25截止，电容C82开始充电，充电完成后，UC82=UCA=U2。
- 当U1从负半周期变为正半周期时，UAB=+U2，二极管D25导通，D26截止，电容C82和电源电压一起向电容C85充电。电能从C82转移到C85，最终电容C85的电压为2*U2。
- 当U1从正半周期变为负半周期时，二极管D26导通，C82开始补充充电，D25截止，而C85上的电压保持不变。此过程会一直循环，直到输出电压稳定在2*U2。
扩展资料：注意事项
- 实际上，C85的电压并不会在一个半周期内充至二倍压，它需要经过几个周期才能逐渐达到二倍压。在分析中假设在分析周期内即达到倍压电压。
- 如果倍压电路前级没有类似变压器的隔离电路，需要考虑浪涌电流的防护，以保护电路中的二极管。
- 如果电路中连接有负载RL，在步骤3过程中电容的电压会有所下降，然后在步骤2中通过前级补充充电，因此电路中会产生一定的纹波。
2.2 三倍压整流电路
图2展示了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均为合适耐压值的电容。其工作原理如下：
- 在U1正半周期时，UAB=U2，二极管D24导通，D25和D26截止，电容C83开始充电，充电完成后，C83的电压UC83=U2。
- 当U1从正半周期变为负半周期时，UAB=-U2，C83的电压不能突变，UCA=2U2。此时，D26和D25导通，电容C82和C85开始充电，充电完成后，C82的电压为2U2，C85的电压为U2。
- 当U1从负半周期变为正半周期时，UAB=U2，电容C83和C85继续充电，最终C85的电压为3*U2。
通过以上步骤，输出电压稳定在3*U2。
扩展资料：三倍压电路实际应用
图3中，MP3217是一个DC/DC升压电源芯片，最高输出电压为36V，通过加一个三倍压电路，可以将输出电压提升到108V，从而得到所需的70V电压。DC/DC电源芯片通过PWM控制MOS管的通断，因此SW引脚上的电压相当于一个交流脉冲信号，倍压电路分析同2.1所述。
2.3 多倍压整流电路（一）
图4展示了一个多倍压整流电路，其工作原理与二倍压、三倍压电路相似，分析方法相同：
- 在U1负半周期时，UAB=-U2，二极管D13导通，其余二极管截止，电容C74开始充电，充电完成后其电压UC74=U2。
- 当U1从负半周期变为正半周期时，UAB=U2，电容C74的电压不发生突变，UCB=2U2。此时，二极管D14导通，电容C75开始充电，充电完成后，C75的电压为2U2。
- 在后续周期中，电容逐步充电并稳定在最终的输出电压。
该电路为五倍压电路。
2.4 多倍压整流电路（二）
图5展示了六倍压整流电路。其工作原理和分析方法与前述类似。
2.5 多倍压整流电路（三）
图6展示了另一种结构的六倍压整流电路。分析方法同上。
扩展资料：三种多倍压整流电路特点
- 电路一：每个电容上的电压不会超过变压器次级峰值电压的两倍（2*U2），可以选用耐压较低的电容，但缺点是电容串联放电，纹波较大。
- 电路二：纹波较小，但电容的耐压要求高，随着倍压增高，电容的电压应力增加。
- 电路三：纹波较小，且电容电压应力不超过2*U2，缺点是电路结构较复杂。
三、倍压电路设计说明
- 电容选型：电容的耐压值必须足够高，通常选择耐压值是输入电压的1.5倍以上。
- 前级交流信号：倍压电路的前级交流信号可以是正弦波信号，也可以是开关脉冲信号（如DC/DC电源）。
- 二极管压降：考虑到电路中二极管的压降，倍压数量越多，前级导通电压应该越高，否则无法达到二极管导通的要求，电能无法有效向后级传输，导致倍压无法正常实现。