二倍壓整流電路充放電過程解析

[摘要]本文比較詳細地分析了二倍壓整流電路充放電過程，說明了不同周期不同時刻不同電容、二極管的狀態及其變化情況，得出了規律性結論。

[關鍵詞]電壓；電量；電容；充放電

[中圖分類號]TM461[文獻標識碼]A[文章編號]1005-6432（2013）22-0030-02

利用二極管的單向導電性及濾波電容的儲存作用，由多個二極管及電容可以獲得幾倍于電源變壓器副邊電壓的直流電壓，獲得此電壓的電路叫倍壓整流電路。

圖1所示二倍壓整流電路，U2為電源變壓器副邊電壓有效值，整流電路工作過程可以敘述如下：

圖1二倍壓整流電路

第一周期，當u2在前1/4周期時，A點為“+”，B點為“-”，使得二極管D1導通，D2截止；C1充電，電流方向如圖中實線所示；C1電壓極性為右“+”，左“-”，因為u2為正弦電壓，不妨認為u2從零按正弦規律逐漸增大，如果忽略二極管的正向導通電壓（后面都忽略），則C1兩端電壓和A、B兩點電壓相等，C1也按正弦規律進行充電，最大值可達2U2。當u2在第二個1/4周期時，因為A點的電位比E點的低，所以D1截止，D2導通，C1 放電且過程按正弦規律進行；C2充電（上“-”下“+”）且過程也按正弦規律進行，并且因為電荷的守恒性，C1 放電電量和C2充電電量始終相等。如果C1、C2的容量相等，則C1上電壓的減小量和C2上電壓的增加量始終相等。當u2為零時，C1、C2中的電量相等，電壓大小相等，極性如圖所示。當u2在第三個1/4周時，A點為“-”，B點為“+”，C1 繼續按正弦規律放電，C2繼續按正弦規律充電，當A、B兩點電壓達到負最大值2U2時，C1中電量全部放完，電量為零，電壓為零；C2獲得了C1的全部電量（不妨認為是單位電量q），C2上的電壓為2U2。當u2在第四個1/4周期時，D1、 D2均截止，C1、C2電壓、電量均不變。

第二周期，當u2在第一個1/4周期時，二極管D1導通，D2截止。C1又按正弦規律充電，最大充入電量仍為q，電壓最大達2U2；C2電壓、電量均不變。當u2在第二個1/4周期時，和第一周期一樣，D1截止，D2導通，C1按正弦規律放電；C2按正弦規律充電。當u2為零時，C1、C2中的電量相等，電壓大小相等。當u2在第三個1/4周時，C1 繼續按正弦規律放電，C2繼續按正弦規律充電，但和第一周期不同的是：當A、B兩點電壓達到負最大值2U2時，C1中電量沒有放完，只放了一半，還剩1/2的電量，電壓為122U2；C2又獲得了C1的一半電量，C2上的電壓為322U2。當u2在第四個1/4周期時，D1、 D2均截止，C1、C2電壓、電量不變。

第三周期，當u2從零往上增加，D1開始時截止，至到A、B間電壓達到122U2后，D1才導通，仍按正弦規律向C1充電，至到充至最大2U2；此1/4周期期間D2仍然截止，C2上的電壓、電量不變。當u2在第二個1/4周期時，情況和第二周期類似，不同的是：當A、B兩點電壓達到負最大值2U2時，C1中剩3/4q的電量，電壓為342U2；C2又獲得了1/4q的電量，C2上的電壓為1342U2。當u2在第四個1/4周期時，D1、 D2均截止，C1、C2電壓、電量不變。

……

依次類推，每周期的第一個1/4周期C1充電，無論原來電壓是多少最后都達到最大值2U2，在接下來的半周期內，如果C1上電壓加上A、B的反向電壓比C2上的電壓高，則C1按正弦規律放電；C2按正弦規律充電，當A、B間電壓為零時，C1、C2電壓相等，當A、B間電壓達到最大時，C2上電壓比C1上電壓高2U2，在第四個1/4周期時，D1、 D2均截止，C1、C2電壓、電量不變。

為了更全面地找出二倍壓整流電路充放電規律，我們可以借助于Excel表格說明在充放電的關鍵時刻：1/4和3/4周期時，各個電容上電量的多少及與前一關鍵時刻相比電量的變化量的多少，同時還說明電容中總電量及其變化量的情況。不同電容上電量及其變化量C11q

C1上的電壓為變壓器副邊電壓有效值的一倍，而C2的電壓為變壓器副邊電壓有效值的二倍。

由于篇幅限制，上表中只選取了充放電的前十個周期，其實還可以算出更多周期的詳細過程，另外表格只能選取離散的時刻，二極管、電容的狀態，無法描述隨時間連續推移的二極管、電容的狀態。為了更好地描述充放電過程，我們可以借助于曲線。如圖2、圖3所示。

同樣因為篇幅有限，曲線也只畫八個周期。需要說明的是：曲線的繪制利用了Excel的曲線繪制功能。為了繪制比較清楚完整的曲線，需要大量的數據，Excel中需要兩千行以上，無奈這里只好把數據省略。