电压倍增器是从低交流电压电源获得非常高的直流电压的电路,一个电压倍增器电路会 以交流的峰值输入电压的倍数生成电压,例如,如果交流电压的峰值电压为5伏,我们将得到15如果使用三重电压电路,则输出端的直流电压为VDC。万用表仅读取交流电压的RMS(均方根值)值,我们需要将RMS值乘以1.414(均方根2)以获得峰值。
通常,变压器在那里可以提高电压,但是有时由于尺寸和成本的原因,变压器不可行。可以使用很少的二极管和电容器来构建电压倍增器电路,因此与变压器相比,它们成本低廉并且非常有效。电压倍增器电路与用于将AC转换成DC的整流器电路非常相似,但是电压倍增器电路不仅将AC转换成DC,而且还可以产生非常高的DC电压。
这些电路在需要以低交流电压产生高直流电压且需要低电流的情况下非常有用,例如在微波炉,电视和计算机中的CRT(阴极射线管)监视器中。CRT监视器需要高直流电压和低电流。
全波倍压器
顾名思义,输入电压通过该电路加倍。操作是全波电压倍增是很简单的:
在交流正弦波的正半周中,二极管D1正向偏置,D2反向偏置,因此电容器C1通过D1充电,达到正弦波(Vpeak)的峰值。在正弦波的负半周期内,D2正向偏置,D1反向偏置,因此电容器C2通过D2获得电荷,达到Vpeak。
现在,两个电容器均已充电至Vpeak,因此在没有连接负载的情况下,在C1和C2上获得2 Vpeak(Vpeak + Vpeak)。它以全波整流器命名。
半波倍压电路
以前,我们还创建了倍压器电路,在非稳态模式下具有555定时器和一个直流电源。这次我们使用220v AC和9-0-9变压器来降低220v AC,以便在面包板上演示电压倍增器。
在正弦波(AC)的第一个正半周周期中,二极管D1正向偏置,电容器C1通过D1充电。电容器C1充电至AC的峰值电压即Vpeak。
在正弦波的负半周期内,二极管D2导通,而D1反向偏置。D1阻止电容器C1放电。现在,电容器C2用电容器C1的组合电压(Vpeak)和也是Vpeak的交流电压的负峰值进行充电。因此,电容器C2充电至2Vpeak伏。因此,电容器C2两端的电压是AC Vpeak的两倍。
在下一个正周期中,如果连接了负载,则电容器C2放电到负载中,并在下一个周期中充电。因此,我们可以看到它在一个周期内充电,并在下一个周期内放电,因此纹波频率等于输入信号频率,即50 Hz(交流电源)。
倍压电路
要构建电压三倍频器电路,我们只需要根据下面的电路图在上面的半波电压倍压器电路中再增加1个二极管和电容器即可。
正如我们在倍压电路中看到的那样,在第一个正半周期中,电容器C1被充电至Vpeak,而电容器C2在负半周期中被充电至2Vpeak。
现在,在第二个正半周期内,二极管D1和D3导通,而D2反向偏置。以此方式,电容器C2将电容器C3充电至与其自身相同的电压,即2Vpeak。
现在电容器C1和C3串联,C1两端的电压为Vpeak,C3两端的电压为2 Vpeak,因此C1和C3串联连接的两端电压为Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak,我们得到输入电压的三倍峰值电压
四倍电压电路
当我们在半波倍压器电路中增加一个二极管和电容器来构建倍压器电路时,我们只需要在倍压器电路中再增加一个二极管和电容器,即可构建倍压器电路(输入电压的四倍)。
我们在电压三路复用器电路中看到,电容器C1在第一个正半周中充电到Vpeak,C2在负半周中充电到2Vpeak,C3在第二个正半周也充电到2Vpeak。
现在,在第二个负半周期内,二极管D2和D4导通,并且电容器C4也由处于2 Vpeak的电容器C3充电至2Vpeak。由于电容器C2和C4均为2 Vpeak,因此在电容器C2和C4上得到四倍的Vpeak(4Vpeak)。
在电压倍增器电路中,实际上电压不完全是峰值电压的倍数,由于二极管两端的某些压降,所得电压小于倍数,因此所得电压为:
Vout =乘数* Vpeak –二极管两端的电压降
这种乘法器电路的缺点是纹波频率高,并且很难平滑输出,尽管使用较大值的电容器可以帮助减少纹波。该电路的优点是我们可以从低压电源产生非常高的电压。
通过增加更多的二极管和电容器,我们可以产生更高的电压,并且可以获得5倍,6倍,7倍甚至更多倍的交流电压峰值电压。我们也可以通过仅反转该电路中的二极管和电容器的极性来产生高负电压。从理论上讲,我们可以无限次地倍增电压,但实际上这是不可能的,因为电容器的电容,低电流,高纹波和许多其他因素。
视频:
笔记:
- 电压不会立即倍增,但会缓慢增加,并在一段时间后将其设置为输入电压的三次。
- 电容器的额定电压应至少为输入电压的两倍。
- 输出电压不完全是峰值输入电压的倍数,它将小于输入电压。