倍壓整流電路的工作原理及電路

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上倍壓整流電路的工作原理及電路設(shè)計在某些電子設(shè)備中，需要高壓（幾千伏甚至幾萬伏）、小電流的電源電路。一般都不采用前面討論過的幾種整流方式，因為那種整流電路的整流變壓器的次級電壓必須升的很高，圈數(shù)勢必很多，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

2、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在交流電的兩個半周分別進行半波整流。各自對電容C1和C2充電。由負載RL與C1、C2回路看，兩個電容是接成串聯(lián)的。負載RL上的直流電能是由C1、C2共同供給的。 當e2正半周時，D1導通，如果負載電阻RL很大，即流過RL的電流很小的話，整流電流iD1使C1充電到E2的電壓，并基本保持不變，極向如圖中所示。同樣，當e2負半周時，經(jīng)D2對C2也充上 E2的電壓，極向如圖中所示。跨接在兩個串聯(lián)電容兩端的負載RL上的電壓UL=U C1+U C2，

3、接近于e2幅值的兩倍。所以稱這種電路為二倍壓整流電路。 實際上，在正半周C1被充電到幅值 E2后，D1隨即截止，C1將經(jīng)過RL對C2放電，U C1將有所降低。在負半周，當C2被充電到幅值 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 E2，也即負載電壓是不到次級繞組電壓幅值的兩倍的。只有在負載RL很大時，UL 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整流元件承受的最大反向電壓是2 E2，電容器C1、C2上承受的電壓為 E2，這里的電容器同時也起到濾波的作用。電容值愈大，輸出電壓中的紋波成分愈小?？?/p>

4、以看出，這種電路的交流輸入端和直流輸出端是不能同時接地的。（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。當交流電壓e2在正半周時，D1導通，C1通過D1被充電到e2的峰值 E2，極向如圖4中所示。在交流電壓e2為負半周時，D1因受反向電壓而截止，D2則受正向電壓而導通。在D2導通期間，電容C1上的電壓E2M= E2因維持不變，其作用類似于一個直流電源。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，C1將因本身放電而失去同樣數(shù)

5、量的電荷，但在這隨后的正半周充電中就可以得到補充。經(jīng)過幾個周期以后，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= E2，在此后的負半周期中，C2上充電的電壓U C2達到最大值，即2E2M。如圖3所示，負載是與C2并聯(lián)的，所以負載上的電壓就是2E2M。當D2截止后，C2繼續(xù)通過RL放電，輸出的直流電壓U C2將隨之有所降低，直到下一個負半周再度充電為止。所以輸出直流電壓是U C2在一個周期內(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。 與橋式二倍壓整流電路相比較，這里交流電源一周期內(nèi)只給C2進行一次脈沖式的充電，紋波分量的最低頻率較前一種電

6、路減少一半。在元件參量相同時，因為這里的C2放電時間較長，紋波電壓的幅值也相應(yīng)較大。在橋式倍壓電路中，C1和C2承受的直流電壓都是E2M（即 E2），而這里C2承受的直流電壓是2E2M。在兩種電路中，每一整流管承受的反峰電壓都等于2E2M。 2、 三倍壓、多倍壓整流電路把二倍壓整流電路推廣，可以構(gòu)成三倍壓整流或多倍壓整流電路。（1）三倍壓整流電路圖5電路是一種三倍壓整流電路，它是在圖3半波二倍壓整流電路的基礎(chǔ)上再串接一節(jié)半波整流電路構(gòu)成的。該電路的整流管D1、D2和電容器C1、C2構(gòu)成了半波二倍壓整流電路，這一部分電路的工作情況與圖3所示電路是完全一樣的。在三倍壓電路中。整流管D3是在交流電源

7、正半周時導通的。D3導通時，電容器C2與電源串聯(lián)，通過D3對C3充電。因此，C3將被充電到3 E2M。當負載接在C3兩端時，負載上所獲得的直流電壓UL將接近于電源變壓器次級交流電壓幅值的三倍。 圖6電路是另一種三倍壓整流電路。它同樣是以圖3電路為基礎(chǔ)的。這里與圖5電路所不同的地方，就在于第三個整流充電環(huán)節(jié)中的電容器C3不是像圖5那樣直接接地，而是通過電容器C1接地的。因此，在D3導通時是由電容器C2、交流電源和電容器C3三者串聯(lián)通過D3對C3充電的。C3上充電的最大電壓值為上述三者最大電壓的代數(shù)和。當交流電源為正的E2M時，恰好與C1上的直流電壓大小相等、方向相反，對于電容器C3來講。這兩者是

8、相互抵消的，因此，C3上最大可能的充電電壓與C2一樣，都是2 E2M。如果負載跨接在電容器C1和C3兩端，那么負載上的直流電壓應(yīng)為：ULU C1+ U C2= E2M +2 E2M =3 E2M。在圖5和圖6兩種三倍壓電路中，每個二極管兩端間的反向電壓都是變壓器峰值電壓的二倍，電容器承受的最大直流電壓：C1都是E2M，C2都是2 E2M，只是C3所承受的電壓不一樣。在圖5中C3的耐壓應(yīng)為3 E2M，而在圖6中則為2 E2M。這兩種電路的交流輸入和直流輸出端之間都有公共端點。（2）多倍壓整流電壓 二倍壓整流電路采用了二個整流管和二個電容器，三倍壓整流電路采用三個整流管和三個電容器。欲獲得直流高壓

9、，可采用由n個整流元件和n個電容器組成的n倍壓整流電路。圖7為七倍壓整流電路，它是圖5電路的推廣。C7被充電至七倍電壓。此電路中，電容器耐壓須隨級數(shù)的增加而增高，對n倍壓的電路。則須耐n E2M的電壓。圖8是另一種形式的七倍壓整流電路，它是圖6電路的推廣。在此電路中，所有的整流元件都是串聯(lián)連接的。電容器按每隔一接點的方式接入。分布在整流管兩側(cè)，呈疊層形。由于每一測電容是疊層串聯(lián)，其結(jié)果也可以產(chǎn)生n倍電壓。圖8所要求整流器的耐壓與圖7要求相同，都是2 E2M，而電容器的耐壓，除C1為E2M外，其余均為2 E2M即可。從這個意義上講，它是圖7電路的一種改進。 3、應(yīng)用舉例（1） 靜電噴漆高頻高壓發(fā)

10、射器圖9是高頻高壓發(fā)生器的方框圖。它是用于金屬工件表面靜電噴漆的一種設(shè)備，還可以用于靜電吸塵、靜電植絨、靜電分離等場合。工作原理如下：全波整流將單相50周的交流電變換成直流電，由振蕩器把直流電能再轉(zhuǎn)換成20千周左右的高頻電能，以便讓變壓器把電壓升高到1萬伏左右，然后再由多倍壓整流器把它變成直流高壓輸出。 作為多倍壓整流的例子，我們僅對高頻高壓發(fā)生器中的九倍壓整流部分感興趣，將它示于圖10中。由圖可見，該九倍壓整流器的電路結(jié)構(gòu)形式與圖8電路是相似的。直流電壓 可以從疊成串聯(lián)的電容器C1、C3、C5、C7和C9五個電容器兩端輸出。調(diào)節(jié)振蕩器的輸出電壓。輸出的直流高壓可在六萬伏至十二萬伏范圍內(nèi)變化。

11、該設(shè)備可供六支噴槍同時使用。升壓變壓器的制作和數(shù)據(jù)：初級線圈用3股0.19絲包線密繞50圈，在有機玻璃框架上繞一層，次級線圈是用0.21絲漆包線，分繞在一個有六格的有機玻璃框架上（亂繞），每格繞300圈，共計1800圈。分格繞制可以提高高壓線圈耐壓強度。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，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，過載能力不及硒柱。一旦噴槍頭碰撞造成負載短路，硒柱能夠承受，硅柱則需要采取保護

12、措施。鑒于這個原因，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：聯(lián)接時，整流元件的極性不要弄錯；整流元件和電容器之間安裝 相距不宜過近，以免跳火；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，次級高壓輸出有3.4千伏和1.1千伏兩個繞組，經(jīng)二極管D1D5五倍壓整流和濾波后輸出10千伏加到示波器第四陽極，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