Высоковольтные диоды для умножителя напряжения: характеристики, применение, схемы

Какие диоды используются в умножителях напряжения. Как выбрать высоковольтные диоды для схем умножения напряжения. Какие параметры важны при подборе диодов для высоковольтных источников питания.

Особенности высоковольтных диодов для умножителей напряжения

Высоковольтные диоды являются ключевым компонентом схем умножения напряжения. Их основная задача — выпрямление высокого напряжения и предотвращение обратного тока между каскадами умножителя. При выборе диодов для высоковольтных умножителей необходимо учитывать следующие особенности:

• Высокое максимальное обратное напряжение (от 1000 В и выше)
• Малый обратный ток утечки
• Быстрое восстановление
• Высокая надежность
• Стойкость к перенапряжениям

Рассмотрим подробнее основные характеристики высоковольтных диодов, которые важны при их использовании в умножителях напряжения.

Ключевые параметры высоковольтных диодов для умножителей

При выборе диодов для высоковольтных умножителей напряжения следует обращать внимание на следующие основные параметры:

Максимальное обратное напряжение

Это один из важнейших параметров. Он должен как минимум в 1.5-2 раза превышать максимальное напряжение, которое будет приложено к диоду в схеме. Для умножителей на десятки киловольт используются диоды с обратным напряжением 5-20 кВ и выше.

Максимальный прямой ток

Определяет допустимую токовую нагрузку на диод. В умножителях напряжения обычно достаточно диодов на токи 0.1-1 А, так как выходной ток высоковольтных источников питания, как правило, не превышает десятков миллиампер.

Обратный ток утечки

Важный параметр, влияющий на КПД умножителя. Чем меньше обратный ток, тем лучше. У современных высоковольтных диодов он составляет единицы микроампер.

Время обратного восстановления

Определяет быстродействие диода. Для высокочастотных умножителей напряжения требуются диоды с малым временем восстановления — десятки-сотни наносекунд.

Типы высоковольтных диодов для умножителей напряжения

Для построения умножителей напряжения могут использоваться различные типы высоковольтных диодов:

Кремниевые выпрямительные диоды

Наиболее распространенный и доступный вариант. Обладают хорошим соотношением цена/качество. Популярные серии — 1N4007, HER108, КД213 и т.п.

Быстродействующие диоды с барьером Шоттки

Имеют малое время обратного восстановления. Подходят для высокочастотных умножителей. Примеры — серии 1N5817, STPS5H100.

Лавинные диоды

Обладают повышенной стойкостью к перенапряжениям. Часто применяются в высоковольтной технике. Например, серия 1.5KE.

Высоковольтные сборки диодов

Представляют собой несколько последовательно соединенных диодов в одном корпусе. Позволяют получить очень высокие обратные напряжения. Например, серия HVM.

Схемы включения высоковольтных диодов в умножителях напряжения

Существует несколько базовых схем умножителей напряжения с использованием высоковольтных диодов:

Схема удвоителя напряжения

Простейшая схема умножения, позволяющая получить выходное напряжение примерно в 2 раза выше входного. Содержит два диода и два конденсатора.

Схема Кокрофта-Уолтона

Классическая схема умножителя напряжения, позволяющая получить высокий коэффициент умножения. Состоит из цепочки диодно-конденсаторных ячеек.

Схема Диксона

Модифицированный вариант схемы Кокрофта-Уолтона. Отличается меньшим числом конденсаторов при том же коэффициенте умножения.

Схема Маркса

Импульсный умножитель напряжения. Позволяет получать очень высокие напряжения за счет параллельного заряда конденсаторов и их последовательного разряда.

Рекомендации по выбору высоковольтных диодов для умножителей

При разработке умножителей напряжения следует учитывать следующие рекомендации по выбору высоковольтных диодов:

• Выбирать диоды с запасом по максимальному обратному напряжению минимум 30-50%
• Учитывать снижение обратного напряжения диодов при повышении температуры
• Для высокочастотных умножителей использовать быстродействующие диоды
• При больших выходных токах применять параллельное включение диодов
• Для повышения надежности использовать последовательное соединение диодов с выравнивающими резисторами

Применение высоковольтных диодных умножителей напряжения

Умножители напряжения на высоковольтных диодах широко применяются в различных областях техники:

• Источники питания электронно-лучевых трубок
• Рентгеновские аппараты
• Ускорители заряженных частиц
• Высоковольтные испытательные установки
• Электрофильтры
• Электростатические устройства
• Высоковольтные преобразователи для светодиодных драйверов

Таким образом, правильный выбор высоковольтных диодов имеет ключевое значение для создания эффективных и надежных умножителей напряжения. При разработке необходимо тщательно анализировать параметры диодов и особенности их применения в конкретной схеме.

6 РАСЧЕТ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ИСТОЧНИКА

6 РАСЧЕТ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ С ЦЕЛЬЮ КОНТРОЛЯ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ АВТОМОБИЛЯ БОРТОВЫМ КОМПЬЮТЕРОМ

Модуль зажигания является источником высокого напряжения, в нем размещены две катушки зажигания и два коммутатора на транзисторах. Система зажигания служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. На автомобиле применяется бесконтактная электронная система зажигания.

Первичная цепь системы зажигания питается током низкого напряжения от генератора или аккумуляторной батареи.

Частота конвертора накачки мощности f = 5700 Гц.

Проводят расчет умножителя напряжения. В настоящее время известны две основные схемы умножителя с индивидуальными источниками питания на каждую емкостно-диодную ячейку: с потенциально-независимыми (несвязанными между собой) источниками питания и с потенциально-зависимыми (связанными между собой) источниками питания.

Выходной ток в нагрузке

, ()

где Р – мощность источника на высоковольтном выводе (в нагрузке), Вт;

U_вых – высокое выходное напряжение в нагрузке, кВ.

Расчет высоковольтного источника питания

Данные для расчета.

1) Мощность источника на высоковольтном выводе (в нагрузке)

P=15,0 Вт.

2) Высокое выходное напряжение в нагрузке .

3) Число каскадов каждого умножителя напряжения (УН) n=3.

4) Частота конвертора накачки мощности

Выходной ток в нагрузке

Выходное напряжение трансформаторного блока, питающего умножитель напряжения

В качестве базового выбираем строчный высоковольтный трансформатор для цветных телевизоров типа ТВЦ-90ЛЦ2-1

— мощность базового трансформатора.

— частота базового трансформатора.

— выходное напряжение высоковольтной вторичной обмотки трансформатора.

— индуктивность в линейной области при небольших токах намагничивания.

Рассчитаем количество последовательно соединенных трансформаторных блоков по формуле:

.

С учетом количества трансформаторных блоков, соединенных последовательно, посчитаем истинное напряжение на выходе каждого трансформаторного блока по формуле:

Будем считать для начала, что трансформаторные блоки работают, в так называемом согласованном режиме, то есть входное внутреннее сопротивление умножителя напряжения равно выходному сопротивлению вторичной обмотки трансформатора. При этом внутренние потери минимальны. Для такого режима посчитаем конденсаторы умножителя напряжения по формуле:

,

где — число каскадов умножителя согласно ТЗ;

— порядковый номер конденсатора с началом нумерации от трансформаторной обмотки.

, Ф

Полученные значения емкостей составляют, так называемую верхнюю границу значений вилки емкости умножителя напряжения.

Рассчитаем мощность трансформаторного блока, питающего каждый умножитель напряжения в согласованном режиме.

,

Поскольку у нас приборный вариант, то полученное значение мощности трансформатора является не приемлемым, то есть согласованный режим является нереализуемым в приборном исполнении. Именно поэтому переходим к режиму с большими потерями с целью уменьшения мощности трансформатора.

Посчитаем КПД использования блочного трансформатора при питании умножителя напряжения по формуле:

Полученный КПД отражает долю мощности, которая поступит из блочного трансформатора через умножитель напряжения в нагрузку.

Мощность, выдаваемая каждым блоком умножителя напряжения в нагрузку рассчитывается по формуле:

.

Поскольку типовой выбранный трансформатор обладает меньшей мощностью Р=110 Вт, по сравнению с реальным Р=59,916 Вт, то трансформатор будет 1.

Определяем с учетом загрузочную мощность каждого трансформатора по формуле:

_.

Расчетная мощность является мощностью накачки мультивибратора Ройера в каждый трансформатор,то есть каждый трансформатор должен питаться своим конвертором.

По расчетной мощности рассчитаем емкость конденсаторов:

,Ф

Полученные значения емкости составляют, так называемую нижнюю вилку и соответствуют блочной мощности в согласованном режиме работы.

Изобразим вилку значений конденсаторов

Согласо ванный режим

Несогласованный режим

Выбираем малые емкости ближе к несогласованному режиму.

Выбираем батареи конденсаторов с точностью 2% ÷ 3% из справочных данных по следующим соображениям:

.

Вилка конденсаторов С1.1; С2.1 состоит их двух параллельно соединенных конденсаторов из ряда Е-24 с номиналами 20 пФ и 1,3 пФ.

Вилка конденсаторов С1.2; С2.2 состоит из двух параллельно соединенных конденсаторов из ряда Е-24 с номиналами 20 пФ и 1,3 пФ.

Вилка конденсаторов С1.3; С2.3 состоит из двух параллельно соединенных конденсаторов из ряда Е-24 с номиналами 13 пФ и 1,2 пФ.

Принимаем

Выбираем высоковольтные диоды умножителя напряжения по параметрам:

;

.

Выбираем по справочнику диод КЦ118Б.

Изобразим электрическую принципиальную схему по расчетным параметрам.

Рисунок — Электрическая принципиальная схема с учетом выше рассчитанных параметров

Умножитель напряжения высоковольтный

Местонахождение: Любое. Выбрать несколько. К сожалению, не найдено. Подтвердить Отменить. Фильтр по поставщику: Торговая Гарантия. Мощность HV для малого рентгеновского станка 6 этапов мультипликатор высокого напряжения.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Высоковольтный умножитель напряжения
• Китай умножитель напряжения
• Китай умножитель напряжения
• Высоковольтный генератор и умножитель напряжения
• Поделки с электронным трансформатором
• Как работает умножитель напряжения
• Расчёт умножителя напряжения
• Мощные высоковольтные источники питания. Часть 2
• Умножители напряжения — теория, практика, схемы
• Умножитель напряжения

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: умножитель напряжения 500 кВ

Высоковольтный умножитель напряжения

Принципы построения и работы схем умножения напряжения. В последнее время радиолюбители все чаще и чаще интересуются схемами питания построенным по принципу умножения напряжения. Причин этому можно назвать много, одни из самых главных — появление на рынке малогабаритных конденсаторов большой емкости и резкое удорожание медного провода, использовавшегося при намотке трансформаторов. Немаловажно и то, что схемы с умножением напряжения позволяют значительно снизить вес и габариты аппаратуры.

Однако многие попытки выбора радиолюбителями таких схем заканчиваются неудачей, поскольку не соблюдаются несколько непременных условий для достаточно надежной и качественной работы таких, казалось бы, простых схем. Для того чтобы понять, как правильно выбрать схему и элементы умножителя, рассмотрим принципы работы таких устройств. Схемы умножителей напряжения разделяются на симметричные и несимметричные. Для начала рассмотрим принцип работы и построения несимметричных схем. Несимметричные схемы умножителей подразделяются на два типа: Схемы умножителей первого рода и схемы умножителей второго рода.

Схема умножения первого рода представлена на рисунке. Обратим внимание на то, что все эти конденсаторы заряжаются по цепочке последовательно соединенных диодов. Таким образом, через диоды в первоначальный момент проходят значительные токи заряда емкостей. Это необходимо учесть при выборе элементов для схемы умножения. Поскольку конденсатор С2 был разряжен, то теперь он зарядится почти до удвоенного амплитудного напряжения Uo.

Если емкость конденсатора С1 намного больше емкости конденсатора С2, то С2 зарядится до удвоенного амплитудного значения напряжения Uo. Если емкости этих конденсаторов равны, то все равно, через несколько периодов напряжение на конденсаторе С2 достигнет удвоенного Uo. А конденсатор С1 будет подзаряжен до напряжения Uo. Причем за счет утроенного напряжения на конденсаторе С3 и напряжения на входе конденсатор С N зарядится до учетверенного Uo.

Если наращивать ступени умножения и дальше, их работа ничем не будет отличаться от работы первых стtпеней умножения. Минимально допустимую величину конденсатора на выходе схемы умножения С N можно посчитать, исходя из заданного уровня пульсаций выпрямленного напряжения.

Для начала определим сопротивление нагрузки:. Для питания анодной цепи усилителя мощности на 3-х ГУ зададим: напряжение на выходе умножителя Вольт при токе мА. Далее все практические расчеты будут сделаны именно для усилителя этого типа.

Теперь определим емкость конденсатора на выходе схемы умножения. Для того, чтобы получить как можно более пологую статическую характеристику важно соблюдать определенные пропорции в емкостях конденсаторов, которые обеспечат равенство энергий, накапливаемых каждым конденсатором при работе на реальную нагрузку.

Наилучшие результаты дает ряд емкостей, для которого:. Где: C N —емкость конкретного конденсатора, С n — емкость конденсатора на выходе схемы, М — коэффициент увеличения емкости, определяемый по таблице:. Принцип работы этого умножителя аналогичен работе умножителя первого рода. Основное отличие заключается в том, что в этой схеме все конденсаторы за исключением С1 заряжаются только до удвоенного напряжения Uo.

Конденсатор С1 заряжается только до Uo. Таким образом рабочее напряжение конденсаторов и диодов в умножителе напряжения второго рода может быть значительно ниже, чем в умножителе первого рода. Диоды могут быть выбраны с током. Необходимая емкость конденсаторов в этой схеме определяется по формуле:. Несмотря на увеличение каждой емкости в два раза, общая емкость конденсаторов в такой схеме будет меньше, при тех же пульсациях.

Необходимо только увеличить емкость конденсатора С1 в 4 раза по сравнению с остальными. Хотя в большинстве случаев достаточно и двух-трехкратное увеличение емкости конденсатора С1. О включении нагрузки в такой схеме: При четном количестве ступеней умножения например 2,4,6,8 и т.

Если необходимо получить нечетное количество ступеней умножения 3,5,7 и т. Симметричные схемы умножителей напряжения. Симметричная схема умножения напряжения получается, если применить две несимметричных схемы, у одной из которых необходимо сменить полярность электролитических конденсаторов и изменить проводимость диодов. Симметричные схемы обладают теми же свойствами, но лучшими характеристиками.

Немаловажное достоинство симметричных схем — удвоенная частота пульсаций выпрямленного напряжения. Практические схемы умножителей напряжения:.

Схемы самые обычные, слева схема симметричного удвоителя, справа —схема несимметричного удвоителя. Как видно эту схему удвоения можно отнести и к 1-му роду и ко 2-му роду одновременно. Внизу схема умножения напряжения первого рода, вверху — схемы умножения второго рода.

Схемы с нечетной кратностью умножения не могут быть полностью симметричными. Слева вверху и внизу схемы умножения первого рода, справа вверху — схема умножения второго рода. Справа внизу — схема симметричного умножителя на 4. Умножитель на 6 представляет собой схему умножения второго рода, умножитель на 8 — два последовательно включенных умножителя на 4 первого рода.

Если вам нужно получить степень умножения 5 или 7 можно подключить нагрузку к верхнему диоду с левой стороны. Разнообразие схем удвоителей очень велико. Зная основные принципы их построения, можно строить умножители различной кратности умножения. Глас народа Это нужно чтобы заря Углядел путь сэкономить на очень высоковольтных емкостях Как в Это Вы о частоте : Тогда прошу прощения: Я думал,что о схем Мне, например, помогла чрезвычайно!

Не на ра Ясно, Четко, Достаточно и по делу Номер конденсатора по схеме. Кратность умножения напряжения. Глас народа.

Китай умножитель напряжения

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация.

Схема для самостоятельной сборки умножителя напряжения для высоковольтного генератора электростатической коптильни.

Китай умножитель напряжения

Умножитель найдет применение также и в других областях техники, а именно:. ВОЕННОЙ технике — электроразрядное оружие, электроразрядные системы боевого охранения объектов, боевые электрошокеры и т. Заявка от прототипа отличается тем, что:. Это исключает нарушение управляемости секции умножения при скачках напряжения на конденсаторах или переполюсовках в аварийных режимах. Умножитель постоянного напряжения ККУНПТВВ реализует принцип предварительного заряда конденсаторов в параллельном включении и последующее соединение заряженных конденсаторов в последовательную цепь по сигналу управления. При этом используется последовательно-волновой способ переключения секций умножения. Выполняет функцию отключения исходного источника напряжения от нагрузки при работе на разрядник и предотвращает возникновение электрической дуги. Оконечная секция умножения, выполнена для конкретно представленной схемы на транзисторе VT4.

Высоковольтный генератор и умножитель напряжения

То есть, с помощью удвоителя напряжения можно получить В постоянного тока из В переменного тока источника, а с помощью умножителя на четыре — В постоянного. Это если не учитывать падение напряжения на диодах 0,7В на каждом. В реальных схемах любая нагрузка будет уменьшать полученное напряжение. Умножитель содержит в себе конденсаторы и диоды.

Электронные трансформаторы быстро завоевали свое место на рынке.

Поделки с электронным трансформатором

Зрелище от горения дуги 2,5 см очень впечатлило, но что если еще повысить напряжение. Тем более что рабочее напряжение генератора всего 3 кВ и нужно сближать электроды для пробоя. Собственно сам умножитель выглядит так, установлен был на той же плате, где и строчный трансформатор Что бы подключить строчник к умножителю, надо припаять всего два проводка. На фото видно что куда припаивать. Свободные выводы умножителя изолируются Что ж, подключаю генератор к блоку питания.

Как работает умножитель напряжения

В настоящее время многие популярные радиолюбительские устройства содержат в своем составе умножитель напряжения, преобразующий напряжение электрической сети В в высокое напряжение Это могут быть устройства, предназначенные для борьбы с тараканами, устройства для ионизации воздуха. Схемы таких устройств неоднократно были опубликованы в радиолюбительской литературе, например, в [1, 2]. В устройствах из [1, 2] для изготовления высоковольтного умножителя, который является основной частью этих конструкций, используют современные малогабаритные детали, поэтому габариты этих устройств незначительны. Однако следует отметить, что практически все малогабаритные высоковольтные детали, входящие в состав высоковольтного умножителя, являются достаточно дорогостоящими.

Умножитель напряжения — схема выпрямителя особого типа, Одна из классических схем умножения напряжения в высоковольтных.

Расчёт умножителя напряжения

Б 53 Нечетныеи четные блоки на удвоенное напряжение содержат полупроводниковыедиоды 4, зарядные 5 и разрядные 6конденсаторы и контактные элементы, выполненные в виде шаров иустановленные по электрической схеме. Конструкция четного блока является зеркальным отображением конструкции нечетного блока.

Мощные высоковольтные источники питания. Часть 2

В современных электронных аппаратурах умножители напряжения нашли широкое применение. Умножитель напряжение — это устройство которое позволяет получить от переменного напряжение — высоковольтное постоянное. Умножители напряжения нашли широкие применения в самых разных аппаратах, где нужно иметь высокое напряжение. В основном умножители используют в телевизионной технике, в электрошоковых устройствах, в медицинских приборах и во многом другом. Умножитель напряжения состоит из конденсаторов и диодов, для получения напряжения свыше киловольта, нужно использовать специальные высоковольтные диоды и неполярные конденсаторы. В современной электронике существует несколько типов применяемых умножителей напряжения это последовательные у параллельные умножители напряжения.

При необходимости получения постоянных напряжений, кратных по величине питающему их переменному напряжению питания, во многих областях радиотехники находят применение выпрямители с умножением напряжения УН.

Умножители напряжения — теория, практика, схемы

Забыли пароль? Изменен п. Расшифровка и пояснения — тут. Автор: Дончанин , 30 октября в Электроника. Добрый день. Помогите, пожалуйста, откорректировать схему высоковольтного источника питания. Цель: зарядка конденсатора С5 до напряжения в данном случае 28 кВ , с последующей разрядкой через воздушный промежуток в водной среде между двумя электродами.

Умножитель напряжения

Автореферат — бесплатно , доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников. Хречков Николай Григорьевич. Динамические характеристики умножителей напряжения высоковольтных электротехнических систем : диссертация Классификация и анализ существующих высоковольтных источников и их составных частей 9.

Умножители напряжения. Высокое напряжение. Наука. чтобы первым удалось осуществить первый ядерный распад в 1932 году. Джеймс Дуглас Кокрофт и Эрнест Томас Синтон Уолтон фактически использовали этот каскад умножителей напряжения для исследования, которое позже сделало их победителями 19-й51 Нобелевская премия по физике за «Трансмутацию атомных ядер искусственно ускоренными атомными частицами». Менее известен тот факт, что схема была впервые обнаружена гораздо раньше, в 1919 году, швейцарским физиком Генрихом Грейнахером. По этой причине этот каскад удвоения иногда также называют множителем Грейнахера.

В отличие от трансформаторов, этот метод устраняет необходимость в толстом сердечнике и большом объеме необходимой изоляции/герметизации. Используя только конденсаторы и диоды, эти умножители напряжения могут повышать относительно низкие напряжения до чрезвычайно высоких значений, и в то же время они намного легче и дешевле, чем трансформаторы. Самым большим преимуществом такой схемы является то, что напряжение на каждой ступени этого каскада равно удвоенному пиковому входному напряжению, поэтому она имеет то преимущество, что требует относительно недорогих компонентов и ее легко изолировать. Можно также использовать выход любого каскада, например, трансформатор с несколькими ответвлениями. Они имеют различные практические применения и находят свое применение в лазерных системах, ЭЛТ-трубках, высоковольтных источниках питания, подсветке ЖК-дисплеев, источниках питания, рентгеновских системах, лампах бегущей волны, ионных насосах, электростатических системах, ионизаторах воздуха, ускорителях частиц, копировальных машинах, научные приборы, осциллографы и многие другие устройства, в которых используется постоянный ток высокого напряжения.

Полярность высоковольтного выхода просто определяется конфигурацией диодов, как показано на схемах выше.

2-ступенчатый умножитель Конструкция Cockcroft Walton или Greinacher основана на умножителе полуволновой серии или удвоителе напряжения. Фактически, все схемы умножителя могут быть выведены из его принципов работы.

В основном состоит из высоковольтного трансформатора Ц, столбца сглаживающих конденсаторов (С2, С4), столбца разделительных конденсаторов (С1, С3) и последовательно соединенных выпрямителей (D1, D2, D3, D4).

Следующее описание 2-ступенчатого умножителя CW предполагает отсутствие потерь и представляет последовательное изменение полярности трансформатора источника Ts на рисунке, показанном ниже.

Количество каскадов равно количеству сглаживающих конденсаторов между землей и OUT, которыми в данном случае являются конденсаторы C2 и C4.

• T _s = отрицательный пик: C ₁  заряжается через D ₁  до E _pk при токе I _D1
• T _s =Positive Peak:E _pk  of T _s  adds arithmetically to existing potential C ₁ , thus C ₂  charges to 2E _pk  through D ₂  at current I _D2
• T _s = Отрицательный пик: C ₃  заряжается на E _pk  через D ₃  при токе I _D3
• T _s = Положительный пик: C ₄  начисляется на 2E _pk  через D ₄  по текущему I _D4 . Результатом будет 2n*E _pk , где N = количество стадий.

Для достижения полного напряжения требуется несколько циклов. Выходное напряжение близко соответствует кривой RC-цепи, как показано выше. R — выходное сопротивление источника переменного тока, а C — эффективная динамическая емкость умножителя CW. Эта зарядка происходит только при включении CW-умножителя из разряженного состояния и не повторяется, если выход не закорочен. Наиболее распространенными входными сигналами переменного тока являются синусоидальные и прямоугольные волны.

Трехступенчатые умножители CW, широко известные как тройники, использовались в большинстве ранних черно-белых и цветных телевизоров. Напряжение быстро падает в зависимости от выходного тока. В некоторых приложениях это преимущество. Выходная вольт-амперная характеристика примерно гиперболическая, поэтому она хорошо подходит для зарядки конденсаторных батарей до высоких напряжений при примерно постоянной зарядной мощности. Кроме того, пульсации на выходе, особенно при высоких нагрузках, довольно велики.

Повышение частоты может значительно уменьшить пульсации и падение напряжения под нагрузкой, что объясняет популярность управления множителем с импульсным источником питания. Умный способ уменьшить пульсации — реализовать двухполупериодный удвоитель напряжения, как показано ниже. Это эффективно удваивает количество циклов зарядки в секунду и, таким образом, снижает падение напряжения и коэффициент пульсации. Вход обычно питается от трансформатора переменного тока с центральным отводом или Н-мостовых схем MOSFET.

Умножитель напряжения своими руками

Умножитель напряжения — отличный способ создать высоковольтный источник постоянного тока. Очень легко генерировать высокое напряжение из легкодоступных компонентов. В следующем разделе содержится информация о том, где купить компоненты и как их подключить. В нем также приводится подробная информация об источниках питания высокого напряжения, которые будут работать от батарей. Подробнее читайте в наших статьях «Сделай сам».

Эта информация предназначена для образовательных целей. Копирование этого проекта осуществляется исключительно на ваш страх и риск

Подробнее Самодельный умножитель напряжения/наука/самостоятельные устройства/умножитель напряжения своими руками

Работа с более высокими напряжениями, часть 2: умножители напряжения

более низкие напряжения, а также для увеличения напряжения до гораздо более высокого значения.

Обсуждаемые до сих пор методы повышают и, таким образом, умножают напряжение, но так называемые «умножители напряжения» обычно дают импульсное напряжение до гораздо более высоких значений. Конструкция и соображения резко меняются, когда выходное напряжение начинает приближаться к 100 В, а затем достигает диапазона >1000 В. К счастью, многим из этих систем с более высоким напряжением требуется лишь небольшой ток (100 мА или меньше), что несколько упрощает проблему.

В: Почему нельзя просто использовать трансформатор с подходящим коэффициентом трансформации, чтобы умножить входное напряжение в 10 или 1000 раз или на что угодно?

О: Теоретически можно. Но по мере увеличения коэффициента трансформации и вторичного напряжения возникают проблемы дополнительной неэффективности из-за потерь в трансформаторе (возможно, приемлемых) и, среди прочего, пробой изоляции проводов под высоким напряжением. Это не означает, что это невозможно сделать, но это может быть трудным подходом из-за практических соображений.

В: Использовался ли коммерческий подход с трансформатором?

A: Да, он успешно использовался в конфигурации, называемой обратноходовым преобразователем, во многих приложениях (, каталожный номер 3 ), например, для электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) массовых телевизоров, которые доминировали в видео мире более 50 лет (до тех пор, пока плоские светодиодные / ЖК-панели не заняли свое место). В конструкции обратного хода используется специальный трансформатор, который представляет собой комбинацию трансформатора и катушки индуктивности для накопления энергии.

В: Что еще можно сделать для повышения напряжения?

A: Существуют различные топологии, в которых используются пассивные компоненты для умножения входного напряжения. Как правило, они основаны на комбинации диодов и конденсаторов в последовательности каскадов. Эти каскады используют напряжение предыдущего каскада.

В: Какова общая структура этих цепей?

A: Эти умножители напряжения представляют собой специализированные выпрямительные схемы, которые развивают выходное напряжение, которое (теоретически) в целое число раз превышает пиковое значение переменного тока на входе, например, ×2, ×3 или ×4, умноженное на пиковое значение переменного тока на входе. Обычно они конфигурируются как стек полуполупериодных или двухполупериодных выпрямителей.

В: Можете показать пример?

A: Схема На рис. 1 показан трехступенчатый умножитель. Действие заключается в следующем: каждый цикл входного переменного тока заряжает различные конденсаторы, и каждый конденсатор в конечном итоге заряжается последовательными циклами переменного тока до пикового значения входной синусоидальной волны. Таким образом, для среднеквадратичного линейного напряжения 120 В переменного тока пиковое значение составляет 170 В. Если сделать это на нескольких конденсаторах, каждый из которых заряжается независимо, а затем разрешить последовательное соединение этих конденсаторов, выходное напряжение будет суммой напряжений отдельных конденсаторов. .

Рис. 1: В базовой конфигурации умножителя напряжения используется цепочка конденсаторных диодов, расположенных как выпрямители, при этом конденсаторы заряжаются от сети переменного тока, а затем последовательно складываются их напряжения на выходе. (Источник изображения: Spellman High Voltage Electronics Corporation)

В: Но в этой схеме нет ощутимого или видимого переключения, так как же происходит переход от зарядки к накоплению накопленного напряжения?

A: В нем используется стандартный выпрямитель. Диоды действуют как пассивные переключатели и предотвращают разрядку конденсаторов, когда входное напряжение начинает падать. Они пропускают ток к конденсаторам, но не пропускают ток от конденсаторов обратно к источнику входного сигнала.

В: Что делать, если мне нужно отрицательное высокое напряжение от умножителя?

A: Это единственная простая вещь в высоковольтных умножителях: просто поменяйте полярность всех умножающих диодов и конденсаторов, чтобы получить умножитель с отрицательным напряжением.

В: Звучит достаточно просто, но так ли это?

О: Абсолютно нет! Во-первых, диоды и конденсаторы должны иметь минимальное номинальное напряжение обратного пробоя, по крайней мере, в два раза превышающее пиковое напряжение на них. Даже если вы начинаете с линии 120 В переменного тока (пиковое значение 170 В), вам потребуются компоненты, рассчитанные как минимум на 1700 В, если вы строите 10-кратное (плюс коэффициент ×2 или более для запаса прочности, т.е. курс).

В: Каковы некоторые другие проблемы в высоковольтных конструкциях, подобных этим?

A: Во-первых, они могут отдавать очень небольшой ток при таком высоком напряжении: как только вы начинаете потреблять ток для нагрузки, накопленный заряд и, следовательно, напряжение падают. Во многих случаях это слишком ограничительно, поскольку многим приложениям с более высоким напряжением требуется лишь небольшой ток, например, для создания электрического поля.

В: Любые другие проблемы?

A: Их много, поскольку в физике высоковольтного мира есть много точек, в которых происходят «странные» вещи; повышение напряжения не является линейной ситуацией (подумайте об этом как о переходе воды через точку замерзания). Например, цепи высокого напряжения будут иметь коронный разряд от острых точек. Оба они опасны сами по себе, а также вызывают точечную коррозию металлических контактов и могут пробить изоляторы. Даже «мелочи», такие как паяные соединения, являются проблемой для короны.

В: Как так?

A: Вы можете предположить, что стандартное, хорошо выполненное паяное соединение будет в порядке, но оно послужит отправной точкой для коронного разряда. Поэтому в высоковольтном исполнении вместо этого часто используется «шариковая пайка» с большими сферическими соединениями (рис. 2) . Гладкая сферическая форма паяного соединения большого диаметра помогает контролировать локальное электрическое поле, тем самым подавляя образование короны.

Рис. 2. В терминах высокого напряжения каждый аспект физической конструкции имеет решающее значение: стандартное паяное соединение будет способствовать коронному разряду, поэтому соединения должны быть выполнены в виде шаров без углов. (Источник изображения: Spellman High Voltage Electronics Corporation)

В: Должен ли я построить собственную высоковольтную цепь?

A: Плохая идея, потому что это гораздо больше, чем просто схема и спецификация, и сама спецификация содержит действительно уникальные детали. Это очень опасный мир, где просто «быть осторожным» недостаточно, и даже малейшая ошибка или оплошность имеют смертельные последствия. Физическое расстояние, характеристики компонентов, изоляционные свойства, несовершенства точечных отверстий и разрушение материала — это лишь некоторые из множества вопросов. Защита цепей также уникальна: необходимы специальные предохранители и другие устройства защиты от перенапряжения/перегрузки по току.

В: Похоже, никто этим не занимается, верно?

A: Неудивительно, что это не останавливает людей от этого, как видно из поста, в котором показано, как кто-то создает множитель для десятков киловольт (, ссылка 7 ). Не пытайтесь повторить это дома (или даже в лаборатории), если рядом с вами нет кого-то, кто имеет опыт строительства высоковольтных систем (и может позвать на помощь — хотя обычно в этот момент уже слишком поздно!). Наконец, есть сложные вопросы регулирования, если вы собираетесь производить и продавать продукт.

В: Можете ли вы привести пример высоковольтного умножителя, использованного в недавнем привлекающем внимание проекте?

О: Да, действительно. Команда Массачусетского технологического института недавно построила и испытала самолет с размахом крыльев в несколько метров, но без движущихся частей (подробности в , каталожные номера 8 и 9 ), (рис. 3) . Вместо этого он использует поток отрицательных ионов, притягиваемых высоковольтным положительным электростатическим полем через заднюю кромку крыла. Этот свободно летающий летательный аппарат без привязи имеет бортовую батарею (номинально на 200 В постоянного тока) для источника питания мощностью 600 Вт ( Рисунок 4 , (разработан Исследовательской группой силовой электроники Исследовательской лаборатории электроники Массачусетского технологического института). В нем используется импульсный стабилизатор, за которым следует повышающий трансформатор 1:15, а затем шестиступенчатый двухполупериодный умножитель напряжения «Cockcroft-Walton» для обеспечения 20 кВ постоянного тока (см. , каталожные номера 10 и 11 ).

Рис. 3: Высокие напряжения являются ключевыми для некоторых очень необычных приложений, таких как этот самолет Массачусетского технологического института, который приводится в движение потоком ионов через крыло; ионы притягиваются к «забору» 20 кВ на задней кромке крыла. (Источник изображения: Массачусетский технологический институт) Рис. 4. В самолете Массачусетского технологического института находится подсистема питания постоянного/постоянного тока, которая преобразует 200 В постоянного тока от бортовых батарей в сигнал переменного тока, а затем преобразует его в 20 кВ постоянного тока с использованием топологии умножителя Кокрофта-Уолтона. (Источник изображения: Массачусетский технологический институт)

В этом разделе часто задаваемых вопросов кратко рассматривается странный, но важный мир высоковольтных усилителей и умножителей, некоторые из которых приводят к несколько более высоким напряжениям, а некоторые достигают киловольтного диапазона. Когда напряжение превышает 60 В, возникает проблема безопасности. Поскольку они достигают сотен и тысяч вольт, появляются дополнительные проблемы с характеристиками материалов и электрическими явлениями, которые показывают, что дизайн и конструкция для этих уровней — это совсем другой мир.

Каталожные номера

1. EE World Online, «Часто задаваемые вопросы: что такое зарядный насос и чем он полезен? (Часть 1)»
2. EE World Online, «Часто задаваемые вопросы: что такое насос заряда и почему он полезен? (Часть 2)»
3. Википедия, «Обратноходовой преобразователь»
4. Spellman High Voltage Electronics Corporation, «Справочное руководство по высокому напряжению»
5. Spellman High Voltage Electronics Corporation, «Что такое умножитель напряжения?»
6. Все о схемах, «Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.