Mnożniki napięcia - klasyfikacja i objaśnienie daigramów blokowych

Co to są mnożniki napięcia?

Mnożnik napięcia odnosi się do obwodu elektrycznego składającego się z diod i kondensatorów, który zwielokrotnia lub zwiększa napięcie, a także konwertuje prąd przemienny na prąd stały, mnożenie napięcia i prostowanie prądu odbywa się za pomocą mnożnik napięcia . Prostowanie prądu z AC na DC jest osiągane przez diodę, a wzrost napięcia poprzez przyspieszanie cząstek poprzez napędzanie wysokiego potencjału wytwarzanego przez kondensatory.

Mnożnik napięcia

Połączenie diody i kondensatora powoduje, że podstawowy obwód powielacza napięcia jest podawany do obwodu ze źródła zasilania, w którym prostowanie prądu i przyspieszanie cząstek przez kondensator daje zwiększone napięcie wyjściowe prądu stałego. Napięcie wyjściowe może być wielokrotnie wyższe od napięcia wejściowego, więc obwód obciążenia musi mieć wysoką impedancję.

W tym układzie podwajacza napięcia pierwsza dioda koryguje sygnał, a jej wyjście jest równoważne napięciu szczytowemu z transformatora prostowanego jako prostownik półfalowy. Znak AC za pomocą kondensatora uzyskuje dodatkowo drugą diodę, aw perspektywie prądu stałego dostarczanego przez kondensator sprawia to, że wyjście z drugiej diody znajduje się na górze pierwszej. Na tych liniach wyjście z obwodu jest dwukrotnie większe od napięcia szczytowego transformatora, mniej diody spadają.

Dostępne są różnorodne obwody i pomysły, aby zapewnić wydajność mnożnika napięcia praktycznie każdej zmiennej. Zastosowanie tej samej zasady umieszczania jednego prostownika na naprzemiennym i wykorzystanie sprzężenia pojemnościowego umożliwia postęp typu systemu stopniowego.

Klasyfikacja mnożnika napięcia:

Klasyfikacja mnożnika napięcia opiera się na stosunku napięcia wejściowego do napięcia wyjściowego, zgodnie z nazwami również podano jako

• Podwajacze napięcia
• Potrójny napięcie
• Napięcie czterokrotnie

Podwajanie napięcia:

Obwód podwajacza napięcia składa się z dwóch diod i dwóch kondensatorów, przy czym każda kombinacja obwodu dioda-kondensator dzieli zmianę dodatnią i ujemną, również połączenie dwóch kondensatorów prowadzi do podwojenia napięcia wyjściowego dla danego napięcia wejściowego.

Napięcie podwójne

Podobnie, każde zwiększenie kombinacji diody-kondensator zwielokrotnia napięcie wejściowe, gdzie potrójny napięcie daje Vout = 3 Vin, a czterokrotne zwiększenie napięcia daje Vout = 4 Vin.

Obliczanie napięcia wyjściowego

W przypadku mnożnika napięcia obliczenie napięcia wyjściowego jest ważne, biorąc pod uwagę regulację napięcia i tętnienia procentowe.

Vout = (sqrt 2 x Vin x N)

Gdzie

Vout = napięcie wyjściowe mnożnika napięcia stopnia N.

N = nie. stopni (jest to liczba kondensatorów podzielona przez 2).

Zastosowania napięcia wyjściowego

• Lampy katodowe
• System rentgenowski, lasery
• Pompy jonowe
• System elektrostatyczny
• Rura falowa

Przykład

Rozważmy scenariusz, w którym wymagane jest napięcie wyjściowe 2,5 Kv przy wejściu 230 V, w takim przypadku wymagany jest wielostopniowy mnożnik napięcia, w którym D1-D8 daje diody i należy podłączyć 16 kondensatorów 100 uF / 400v, aby uzyskać Wyjście 2,5 Kv.

Za pomocą wzoru

Vout = sqrt 2 x 230 x 16/2

= sqrt 2 x 230 x 8

= 2,5 Kv (w przybliżeniu)

W powyższym równaniu 16/2 oznacza brak kondensatorów / 2 daje liczbę stopni.

2 praktyczne przykłady

1. Przykład roboczy obwodu powielacza napięcia do wytwarzania wysokiego napięcia DC z sygnału AC.

Schemat blokowy przedstawiający obwód powielacza napięcia

System składa się z 8-stopniowego powielacza napięcia. Kondensatory służą do przechowywania ładunku, podczas gdy diody służą do prostowania. Po przyłożeniu sygnału AC otrzymujemy napięcie na każdym kondensatorze, które w przybliżeniu podwaja się z każdym stopniem. W ten sposób mierząc napięcie na 1^śwstopień podwajacza napięcia i ostatni etap, otrzymujemy wymagane Wysokie napięcie . Ponieważ napięcie wyjściowe jest bardzo wysokie, nie można go zmierzyć za pomocą prostego multimetru. Z tego powodu stosowany jest obwód dzielnika napięcia. Dzielnik napięcia składa się z 10 rezystorów połączonych szeregowo. Wyjście jest przenoszone przez ostatnie dwa rezystory. Uzyskany wynik jest zatem mnożony przez 10, aby uzyskać rzeczywistą wydajność.

2. Generator Marksa

Wraz z rozwojem elektroniki półprzewodnikowej, urządzenia półprzewodnikowe stają się coraz bardziej odpowiednie do zastosowań związanych z zasilaniem impulsowym. Mogłyby zapewnić pulsacyjne systemy zasilania o zwartości, niezawodności, wysokiej częstotliwości powtarzania i długiej żywotności. Powstanie impulsowych generatorów mocy wykorzystujących urządzenia półprzewodnikowe eliminuje ograniczenia konwencjonalnych komponentów i obiecuje szerokie zastosowanie technologii zasilania impulsowego w zastosowaniach komercyjnych. Jednak dostępne obecnie półprzewodnikowe urządzenia przełączające, takie jak MOSFET lub tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT), mają moc znamionową tylko do kilku kilowoltów.

Większość systemów zasilania impulsowego wymaga znacznie wyższych napięć znamionowych. Modulator Marxa to unikalny obwód przeznaczony do zwielokrotniania napięcia, jak pokazano poniżej. Tradycyjnie stosował iskierniki jako przełączniki i rezystory jako izolatory. Dlatego miał wady w postaci niskiej częstotliwości powtarzania, krótkiej żywotności i nieefektywności. W artykule zaproponowano, aby generator Marxa wykorzystujący urządzenia półprzewodnikowe łączył zalety zarówno półprzewodnikowych przełączników mocy, jak i obwodów Marxa. Jest przeznaczony do implantacji jonów źródła plazmy (PSII) [1] i spełnia następujące wymagania:

Nowoczesny generator Marksa wykorzystujący MOSFET

Aby odczytać napięcie i okres czasu, zapoznaj się z sortowaniem ekranów CRO.

• Z powyższej niskonapięciowej jednostki demonstracyjnej znajdujemy napięcie wejściowe 15 V, 50% cykl pracy w punkcie A idzie (–Ve) również w odniesieniu do masy. W związku z tym do wysokiego napięcia należy zastosować tranzystor wysokiego napięcia. W TYM CZASIE WSZYSTKIE KONDENSATORY C1, C2, C4, C5 SĄ NAŁADOWANE, jak widać przy C do 12 woltów każdy.
• Następnie przez odpowiedni cykl przełączania C1, C2, C4, C5 zostają połączone szeregowo przez tranzystory MOSFET.
• W ten sposób otrzymujemy (-Ve) napięcie impulsu 12 + 12 + 12 + 12 = 48 woltów w punkcie D

Zastosowanie generatorów Marxa - wysokonapięciowy prąd stały na zasadzie generatora Marxa

Jak wiemy dzięki zasadzie generatora Marksa, kondensatory są ułożone równolegle, aby ładować się, a następnie połączone szeregowo, aby wytworzyć wysokie napięcie.

System składa się z timera 555 pracującego w trybie stabilnym, który dostarcza impuls wyjściowy z 50% cyklem pracy. System składa się z 4-stopniowego stopnia zwielokrotnienia, przy czym każdy stopień składa się z kondensatora, 2 diod i tranzystora MOSFET jako przełącznika. Diody służą do ładowania kondensatora. Wysoki impuls z 555 godzin pracy diody, a także optoizolatory, które z kolei dostarczają impulsy wyzwalające do każdego tranzystora MOSFET. W ten sposób kondensatory są połączone równolegle, gdy ładują się do napięcia zasilania. Niski impuls logiczny z timera powoduje, że przełączniki MOSFET są w stanie wyłączonym, a kondensatory są w ten sposób połączone szeregowo. Kondensatory zaczynają się rozładowywać, a napięcie na każdym kondensatorze jest dodawane, wytwarzając napięcie 4 razy większe niż wejściowe napięcie stałe.