二倍压整流电路充放电过程解析

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[摘要]本文比较详细地分析了二倍压整流电路充放电过程，说明了不同周期不同时刻不同电容、二极管的状态及其变化情况，得出了规律性结论。

[关键词]电压；电量；电容；充放电

[中图分类号]TM461[文献标识码]A[文章编号]1005-6432（2013）22-0030-02

利用二极管的单向导电性及滤波电容的储存作用，由多个二极管及电容可以获得几倍于电源变压器副边电压的直流电压，获得此电压的电路叫倍压整流电路。

图1所示二倍压整流电路，U2为电源变压器副边电压有效值，整流电路工作过程可以叙述如下：

图1二倍压整流电路

第一周期，当u2在前1/4周期时，A点为“+”，B点为“-”，使得二极管D1导通，D2截止；C1充电，电流方向如图中实线所示；C1电压极性为右“+”，左“-”，因为u2为正弦电压，不妨认为u2从零按正弦规律逐渐增大，如果忽略二极管的正向导通电压（后面都忽略），则C1两端电压和A、B两点电压相等，C1也按正弦规律进行充电，最大值可达2U2。当u2在第二个1/4周期时，因为A点的电位比E点的低，所以D1截止，D2导通，C1 放电且过程按正弦规律进行；C2充电（上“-”下“+”）且过程也按正弦规律进行，并且因为电荷的守恒性，C1 放电电量和C2充电电量始终相等。如果C1、C2的容量相等，则C1上电压的减小量和C2上电压的增加量始终相等。当u2为零时，C1、C2中的电量相等，电压大小相等，极性如图所示。当u2在第三个1/4周时，A点为“-”，B点为“+”，C1 继续按正弦规律放电，C2继续按正弦规律充电，当A、B两点电压达到负最大值2U2时，C1中电量全部放完，电量为零，电压为零；C2获得了C1的全部电量（不妨认为是单位电量q），C2上的电压为2U2。当u2在第四个1/4周期时，D1、 D2均截止，C1、C2电压、电量均不变。

第二周期，当u2在第一个1/4周期时，二极管D1导通，D2截止。C1又按正弦规律充电，最大充入电量仍为q，电压最大达2U2；C2电压、电量均不变。当u2在第二个1/4周期时，和第一周期一样，D1截止，D2导通，C1按正弦规律放电；C2按正弦规律充电。当u2为零时，C1、C2中的电量相等，电压大小相等。当u2在第三个1/4周时，C1 继续按正弦规律放电，C2继续按正弦规律充电，但和第一周期不同的是：当A、B两点电压达到负最大值2U2时，C1中电量没有放完，只放了一半，还剩1/2的电量，电压为122U2；C2又获得了C1的一半电量，C2上的电压为322U2。当u2在第四个1/4周期时，D1、 D2均截止，C1、C2电压、电量不变。

第三周期，当u2从零往上增加，D1开始时截止，至到A、B间电压达到122U2后，D1才导通，仍按正弦规律向C1充电，至到充至最大2U2；此1/4周期期间D2仍然截止，C2上的电压、电量不变。当u2在第二个1/4周期时，情况和第二周期类似，不同的是：当A、B两点电压达到负最大值2U2时，C1中剩3/4q的电量，电压为342U2；C2又获得了1/4q的电量，C2上的电压为1342U2。当u2在第四个1/4周期时，D1、 D2均截止，C1、C2电压、电量不变。

……

依次类推，每周期的第一个1/4周期C1充电，无论原来电压是多少最后都达到最大值2U2，在接下来的半周期内，如果C1上电压加上A、B的反向电压比C2上的电压高，则C1按正弦规律放电；C2按正弦规律充电，当A、B间电压为零时，C1、C2电压相等，当A、B间电压达到最大时，C2上电压比C1上电压高2U2，在第四个1/4周期时，D1、 D2均截止，C1、C2电压、电量不变。

为了更全面地找出二倍压整流电路充放电规律，我们可以借助于Excel表格说明在充放电的关键时刻：1/4和3/4周期时，各个电容上电量的多少及与前一关键时刻相比电量的变化量的多少，同时还说明电容中总电量及其变化量的情况。不同电容上电量及其变化量C11q

C1上的电压为变压器副边电压有效值的一倍，而C2的电压为变压器副边电压有效值的二倍。

由于篇幅限制，上表中只选取了充放电的前十个周期，其实还可以算出更多周期的详细过程，另外表格只能选取离散的时刻，二极管、电容的状态，无法描述随时间连续推移的二极管、电容的状态。为了更好地描述充放电过程，我们可以借助于曲线。如图2、图3所示。

同样因为篇幅有限，曲线也只画八个周期。需要说明的是：曲线的绘制利用了Excel的曲线绘制功能。为了绘制比较清楚完整的曲线，需要大量的数据，Excel中需要两千行以上，无奈这里只好把数据省略。