有趣的倍压整流

Posted 2022-12-08 无痕幽雨

整流桥可以将交流电转换为直流电，如图1-1所示，但输出电压与输入电压基本保持一致，即使加上滤波电容，输出电压也不可能高于输入电压。

图1-1 整流桥整流原理

那么问题来了，如果我们想让输出电压升高，又该怎么办呢？其实方法不一，例如在交流输入端通过变压器把电压升高再整流，或者在整流后的直流端通过斩波电路把电压升高……而我这次所说的倍压整流，是区别于以上两种方法的另一种升压方式。

一、什么是倍压整流

顾名思义，倍压整流是将交流输入电压按倍数整流后输出，而且只需两种元件：二极管和电容器，非常简单又有趣。如下图1-2所示为一个3倍压整流电路，输出电压可以达到输入电压峰值的3倍，至于这个3倍怎么来的，下文会继续加以讲解。

图1-2 三倍压整流电路

虽然倍压整流可以有效提高电压，但其输出电流比较小，只能适用于一些需要高电压低电流的场所。

二、倍压整流原理

众所周知，二极管具有单向导电性，如下图1-3所示。当阳极电位高于阴极电位时正向导通，一旦导通，管压降保持不变，一般为零点几伏；当二极管的阳极电位低于阴极电位时反向截止，相当于一个断开的开关。

图1-3 二极管单向导电性

基于二极管的特性，把一个二极管和一个电解电容串接在交流电路上，如下图1-4所示。设输入电压有效值为11.3V，那么这个电压的峰值约为15.9V（√2×11.3），由于二极管的单向导电性，输入电压的方向，只有下正上负时，二极管才能导通，此时电解电容充电；当输入电压方向为上正下负时二极管截止，电容不充电，但也不会放电。

图1-4 二极管与电容组成的整流电路

当电路达到稳定时，很显然，电容充电后电压稳定在输入电压的峰值即11.9左右，这是因为同一回路，各个电压的代数和为零，电容电压不可能超过输入电压的峰值大小。考虑到二极管的压降、实际电路的影响，可认为电容实际电压约为15V。

在图1-4的基础上增加一组二极管和电解电容，就可以得到二倍压整流电路，如下图1-5所示。

图1-5 二倍压整流电路

如图1-5所示，当输入的交流电压方向为下正上负时，左边的二极管导通，上面的电解电容充电，同时右边的二极管反向截止，下边的电解电容没被接通。

当输入的交流电压方向为上正下负时，左边的二极管反向截止，右边的二极管正向导通，上面的电解电容放电，同时下边的电解电容充电。

经过足够周期后，电路达到稳定状态，此时上面的电解电容电压稳定在15V左右，沿图1-5右边的蓝色回路，下面的电解电容电压等于输入电压峰值加上上面电解电容电压，即下面电解电容的电压约为2倍输入电压的峰值30V。

以上就是二倍压整流电路的详解，在二倍压整流电路基础上，再加一组二极管和电解电容，就组成三倍压整流电路，如下图1-6所示。

图1-6 三倍压整流电路

如图1-6所示，当输入的交流电压方向为下正上负时，左边和右边的二极管导通，中间的 二极管反向截止，上面的两个电解电容充电，下边的电解电容放电。

当输入的交流电压方向为上正下负时，左边和右边的二极管反向截止，中间的二极管正向导通，上左的电解电容放电，下边的电解电容充电。

经过足够周期后，电路达到稳定状态，此时上面左边的电解电容电压稳定在15V左右，下面的电解电容电压稳定在30V左右，沿图1-5右边的红色回路，有上面两个电解电容的电压之和等于输入电压峰值加下面电解电容电压，上面两个电解电容的电压之和约为3倍输入电压的峰值45V。

以上就是二倍压整流电路的详解，在三倍压整流电路基础上，再加一组二极管和电解电容，就组成四倍压整流电路，如图1-7所示。依次类推，每增加一组二极管和电容，输出电压就可以增大一倍……这就是倍压整流电路的有趣之处，你觉得呢？

图1-7 四倍压整流电路

以上就是倍压整流电路的原理与接线分析，其规律可循，原理简单，且具有趣味性，大家都可以尝试自制一个倍压整流电路哟~