倍壓整流電路電容的參數優化

摘 要 本文主要以C-W倍壓電路為例，通過對其升壓電容、輸出電容的參數優化，借助PSIM軟件仿真了不同電容優化方案下倍壓整流電路輸出電壓的波形圖。并對比分析了輸出電壓的動態響應時間、紋波以及最終穩壓值。歸納總結了升壓電容、輸出電容分別對倍壓電路輸出電壓的影響。

【關鍵詞】倍壓電路 電容參數優化 PSIM仿真 輸出電壓

隨著電力電子技術的發展以及半導體技術的革新，功率器件如IGBT、MOSFET的出現，將直流高壓電源向高頻化、小型化、智能化的方向推進。這一改進也使得直流高壓電源的應用范圍更為廣泛，從航空、航天軍事領域到農業、生活的方方面面。在不同的領域，不同的應用場合，直流高壓電源對其輸出電壓的穩定性、紋波問題有著不同的要求，因此，在對直流高壓電源其輸出電壓影響因素的研究有著重要的意義。本文針對基于科克羅夫特-瓦爾頓（C-W）倍壓整流電路電容的參數優化，分析電容的參數選取對直流高壓電源輸出電壓動態響應時間以及紋波影響。

1 PSIM仿真

如圖1，為PSIM仿真軟件下的四級（兩個電容、兩個二極管構成一級倍壓電路，一級倍壓電路的輸出電壓為輸入電壓的兩倍）C-W倍壓整流電路圖，其輸入電壓Ui是通過高頻交錯的控制策略生成幅值為310V、頻率為25kHz的方波電壓源，通過四級C-W倍壓電路整流，理論上其輸出電壓Uo應為8Ui。在滿足輸出電流Io低于10mA的前提下，將負載電阻Ro選為280kΩ。

2 電容參數優化

將倍壓電路中的電容定義為升壓電容（C1、C2、C3、C4）和輸出電容（C1*、C2*、C3*、C4*）。首先給定一組升壓電容以及輸出電容值，選定為1e-7F，以此作為參照，其仿真輸出電壓如圖2；將升壓電容改變為1e-6F、輸出電容保持參照值不變，對比圖3可知輸出電壓響應速度變慢、紋波增大但其對穩壓值影響不大；而保持升壓電容不變，改變輸出電容為1e-6F，其輸出電壓如圖4所示響應時間受到影響更大、穩壓值降低但其紋波影響不大。

3 結論

通過對比，我們可以初步得出以下結論，升壓電容越大使輸出電壓的動態響應時間增大、紋波明顯但不影響輸出電壓值；輸出電容越大對輸出電壓的動態響應時間影響更顯著同時降低了輸出電壓穩態值而對紋波影響不大。

（通訊作者：管瑞欣）

參考文獻

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通訊作者簡介

管瑞欣（1991-），女，漢族，山西省運城市人。碩士研究生學歷。主要研究方向為高壓PWM直流電源。

作者單位

西安工程大學電子信息學院 陜西省西安市 710048