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倍压整流电路(高压发生器)原理分析

时间:2020-9-29 17:04:46   作者:网友投稿   来源:fashengqi.lexiangww.com   阅读:4288   评论:0
内容摘要:刚刚加入无线电爱好者协会的时候,就有一个执念,想做一个高压电弧发生器,当时几乎没有任何电子知识储备。看了一些电路,其实并没有搞清楚具体原理。现在回想起来,似乎有了些许领悟。产生高压的最简单方法,就是通过变压器直接升压,所谓的特斯拉线圈就是这个原理,这么看来似乎就没那么神奇了。变压器升压,需要做高变比,这就属于简单粗暴了...
刚刚加入无线电爱好者协会的时候,就有一个执念,想做一个高压电弧发生器,当时几乎没有任何电子知识储备。看了一些电路,其实并没有搞清楚具体原理。现在回想起来,似乎有了些许领悟。

产生高压的最简单方法,就是通过变压器直接升压,所谓的特斯拉线圈就是这个原理,这么看来似乎就没那么神奇了。

变压器升压,需要做高变比,这就属于简单粗暴了。对于大一时候的我来说,变压器很遥远,我只知道原边1匝,副边2匝就可以获得二倍升压,什么励磁电感,漏感,饱和磁感应强度一概不知,当时甚至想用空心变压器。


使用变压器做高倍升压,目前可以想到的问题,主要是当变比过大时,为了保证励磁电感的量,副边可能会需要太多的匝数,假设做个1:100的变压器,原边20匝,那副边就得2000匝,这可就要要了命了……你愿不愿意绕是另一回事,首先你的磁芯得多大个啊,能绕2000匝,即使能绕下,也得绕到抓狂。高压器件也不好找啊,而且特性可能不太好。

千呼万唤始出来的倍压整流电路就要出来了,倍压整流通过整流电路将变压器输出的交流电压进行倍压,而且电路中单个器件的承压不高,便于选取器件,如果同时配合带有一定变比的变压器使用,可以获得较高的电压增益。


这是一个二倍压整流电路,我记得好像是大一时候在无线电爱好者协会的课程中讲到的,可以获得2.828倍二次侧有效值。原理应该一眼就能看出来,变压器正向输出的时候通过D0对C0充电,反向输出的时候通过D1对C1反向充电,因此C0和C1上均得到了变压器输出电压的峰值,如果是正弦波,那就是1.414倍的有效值,由于C0和C1是串联的关系,因此输出得到2.828倍的U2。电路中的二极管最高承受交流电压的峰峰值,电容承受交流电压的峰值。像大多数不带电感的不控整流一样,这个结构是电网公害,引起大量谐波。


对于高倍升压来说,2倍显然是远远不够的,总不能一个一个2倍级联起来吧……接下来以一个5倍升压电路讲讲多倍压整流的工作原理。

上图为多倍压整流电路,这个电路优点很多,例如理论上可以无限级联,获得无限倍升压,还有就是单个器件承压都不高,不需要担心器件过压损坏。上图为电路工作第一个阶段,变压器输出上正下负,通过D0向C0充电,C0上获得的电压为U2的1.414倍,即正弦电压峰值,这里定义为u。

第二个状态,变压器输出电压反转,变压器与C0上的电压共同对C1充电,C1获得二倍的电压。

第三个状态,变压器输出再次反转,C0,C1和变压器共同串联,向C2充电,C2电压为2u。

第四个状态,变压器输出再次反转,C2获得2u的电压

第五个状态C4获得2u的电压。到此完成了充电,将C0,C2,C4串联作为输出,可以获得5倍的交流峰值电压。

这个分析是建立在理想情况下,一个电容对另一个电容充电,电压一定会损失,这里面之所以没有算入,是因为计算的是最终的稳态,经过几轮充电以后,各个电容的电压值将无限接近上面计算的理论值。

众所周知,电压源对电容充电,将会引起巨大的电流浪涌,因此如果原边串入电感,将会限制电流浪涌,如果频率设置的合适,将会有谐振效果。

器件承受的电压影响到器件选型,这里面的电容最高电压都已经写在图中了,如果不发生谐振,二极管最高承压也是2u。实际设计中要留有余量,并考虑电容和二极管的电流容量。

这个电路可以在原边配合全桥电路,半桥电路使用,输出电压的电压调整了比较大,说白了就是比较软。

标签:电路 高压 发生 发生器 原理 

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