Схема высоковольтного преобразователя напряжения: Cхема высоковольтного преобразователя напряжения | 2 Схемы

Содержание

Cхема высоковольтного преобразователя напряжения | 2 Схемы

Всем привет. Целью этого проекта было создание генератора высокого напряжения, а по совместительству индукционного нагревателя значительной мощности, причём использоваться должна была очень простая схема и легкодоступные компоненты. Многие новички ищут способ эффективного увеличения мощности обычных двухтранзисторных ZVS и эта публикация в этом поможет.

Инвертор от Mazzilli, известный как «ZVS», пользуется популярностью среди любителей HV благодаря своей простоте и эффективности. Схема, которую здесь представляем, — ее модификация, чтобы передавать больше мощности.

Что касается теоретического описания работы инвертора, ему уже посвятили в интернете довольно много статей, которые всесторонне объясняют как теорию, так и практику.

Схема принципиальная ZVS преобразователя

Схема высоковольтного преобразователя на импульсных трансформаторах

Как видите, для удобства всё было разделено на два модуля. Такой подход позволяет легко подключать различные трансформаторы вместе с оптимально подобранными резонансными емкостями.

  1. Первый модуль — это драйвер с источником питания
    . Он имеет правильную электронику инвертора, а также встроенный выпрямитель и фильтр, который позволяет напрямую подключать устройство к сетевому трансформатору. Здесь использованы транзисторы IRFP260 и массивные дроссели с высоким током насыщения, что гарантирует надежную работу инвертора даже с высокой мощностью. Большой электролитический конденсатор видимый на фото, используется для фильтрации источника питания, он на 10000 мкФ 250 В. Это кажется нелогичным, но выбрали его из-за очень низких ЭПС и больших номинальных токов, что весьма важно в таких системах.
  2. Второй модуль состоит из двух параллельно подключенных строчников с резонансной батареей конденсаторов. Обе обмотки имеют по 8 витков, а резонансная батарея состоит из нескольких конденсаторов общей емкостью около 2,4 мкФ. Это позволило уменьшить импеданс резонансной цепи за счет увеличения количества мощности до уровня, на котором основным ограничением была текущая эффективность подачи всего сетевого трансформатора. Оба трансформатора (ТВС) практически идентичны, что очень важно — требуется даже распределение нагрузки, иначе инвертор может выйти из нормальной генерации, что приводит к сжиганию транзисторов.

Обмотка образована скручиванием 16 эмалевых проводов 0.4 мм, а затем обертыванием всего изоляционной лентой для механической защиты. Это значительно уменьшает скин-эффект и связанные с ним потери — ранее использовались обмотки, выполненные из обычных толстых проводов, под нагрузкой они нагреваются до температуры, при которой изоляция начала дымить. Эти же лишь немного теплые, даже после долгой работы схемы.

Испытания преобразователя в действии

Инвертор способен выдерживать 10 минут непрерывной работы, после чего трансформаторы начинают требовать охлаждения. Транзисторы не нагреваются слишком сильно — радиаторы остаются почти холодными. Большая часть тепла выделяется на выпрямителе моста, который может неплохо нагреваться — на нем тоже большой радиатор.

Инвертор способен выдавать большие разряды благодаря значительной эффективности тока. Максимальная длина растянутой молнии составляет чуть более 20 см.

Также покажем сигналы осциллограмм: Первый это синусоида на LC-схеме без зажженной дуги. Последний скриншот показывает последовательность импульсов на одном из полевых ключей.

Индукционный нагреватель железа

Эта схема, как и любой такой резонансный преобразователь, может использоваться как небольшой индукционный нагреватель металлов. Чтобы сделать это, просто соберите индуктор в виде небольшой катушки, соединенный параллельно с резонансной батареей конденсаторов емкостью 2-4 мкФ. Вот как выглядит нагрев металла:

О транзисторах для генератора

IRFP260 — типичный выбор для этого типа инвертора. Данная схема питается от 27 В переменного тока, что означает около 36 В постоянного тока после выпрямления и фильтрации. Их применение гарантирует стабильную работу до 50 В постоянного тока, вы конечно можете повышать вольтаж еще дальше, но это рискованно.

Что касается транзисторов IRF740, они подходят только для меньших мощностей из-за небольших Id и больших Rds, что подразумевает меньшую силу тока и намного более высокие потери. IRFP260 имеет значительно меньшие Rds и большую предельную мощность рассеивания тепла, поэтому он обеспечивает большую текущую долговечность и меньшие потери проводимости. Их можно купить в большинстве интернет-магазинов или на Али по 6$ за 10 шт. Можно использовать и IRP240, но вы сможете прокачать через него гораздо меньшие токи.

Использование транзисторов под более высокое напряжение не является особенно целесообразным, так как они имеют более высокие Rds (сопротивление перехода), что приводит к увеличению потерь и в районе 60 … 70 В постоянного тока транзисторная управляющая связь не срабатывает, вызывая уничтожение транзисторов пробоем. Поэтому предлагаем остаться на более низких напряжениях питания — до 50 В постоянного тока. Вместо дальнейшего увеличения напряжения лучше уменьшить импеданс резонансного контура, чтобы инвертор мог потреблять больше энергии без увеличения напряжения.

Удалось запустить преобразователь используя источник питания 12 В / 200 Вт — разряды были эффективными, но не настолько впечатляющие. Искра была около 10 см, толстая и пушистая.

В целом питание обеспечивается группой трансформаторов, выдающих 27 В переменного тока. Потребление тока на максимальной растянутой высоковольтной дуге достигает 30 А.


Схема высоковольтного преобразователя напряжения 8-16кВ

Высоковольтные преобразователи напряжения находят широкое применение в современной аппаратуре, но наиболее трудоемким элементом подобных преобразователей является высоковольтный трансформатор, выходная обмотка которого должна содержать несколько тысяч витков.

Принципиальная схема

Рис. 1. Схема высоковольтного преобразователя напряжения 8-16кВ.

Из-за высоких потенциалов между витками и слоями этой обмотки требования к изоляции и качеству изготовления катушек таких трансформаторов весьма жесткие. В описываемом ниже регулируемом высоковольтном преобразователе с выходным напряжением 8...16 кВ использован с небольшими переделками стандартный высоковольтный трансформатор, который применяется в блоке строчной развертки телевизоров.

Устройство состоит из задающего генератора с самовозбуждением, усилителя мощности и выпрямителя. Задающий генератор (транзистор V8) представляет собой блокинг-генератор (длительность импульса — около 200 мкс, частота повторения — 1 кГц).

Генератор питается от параметрического стабилизатора R3, R4, V6. С выходной обмотки трансформатора Т2 сигнал поступает на усилитель мощности, собранный на транзисторе VI. В цепь коллектора транзистора включена обмотка II высоковольтного трансформатора Т1.

Высоковольтная обмотка I трансформатора питает выпрямитель — удвоитель напряжения. Резисторы R1 и R2 ограничивают импульс тока нагрузки при включении преобразователя, если она имеет емкостный характер.

Выходное напряжение регулируют изменением напряжения питания.

Детали

Трансформатор Т1 — TBC-110JIA. С него срезают (не разбирая магнитопровода) анодную обмотку, и щ ее место наматывают новую, состоящую из 18 витков провода ПЭВ-2-0,44 с отводом от 14-го витка.

Высоковольтную обмотку оставляют неизменной. Трансформатор Т2 намотан на кольце типоразмера К20х12х6 из феррита М2000НМ1. Коллекторную обмотку III и обмотку обратной связи II наматывают первыми. Они содержат по 25, а выходная обмотка 1—15 витков провода ПЭВ-2-0,44.

Рис .2. Печатная плата.

Применение в качестве VI достаточно мощного транзистора дало возможность установить его непосредственно на плате без радиатора. Для устранения возможности появления коронирующих разрядов детали высоковольтного выпрямителя должны быть припаяны к плате очень аккуратно, без заусенцев и острых углов, и залиты с обеих сторон платы эпоксидной смолой или парафином слоем 2...3 мм.

Резисторы R1 и R2 лучше всего использовать типа КЭВ. Если емкость нагрузки не превышает нескольких сотен пикофарад, эти резисторы могут быть исключены. Конденсатор С1 — ПОВ (или К15-4, КВИ).

Зазор между платой и металлическими стенками футляра преобразователя должен быть не менее 20 мм. Налаживание преобразователя сводится к подбору резистора R6 в пределах 0...20 Ом по наилучшей устойчивости работы задающего генератора и подбору конденсатора С2 при максимальном напряжении на выходе устройства по минимуму тока. Печатная плата преобразователя представлена на рис 2.

Схема высоковольтного преобразователя (вход 12В, вых

Что-то не так?


Пожалуйста, отключите Adblock.

Портал QRZ.RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. Спасибо.

Как добавить наш сайт в исключения AdBlock

Для питания некоторых датчиков требуется микромощный высоковольтный источник. Преобразователь (рис. 5.31) позволяет поручить стабилизированное напряжение, устанавливаемое в пределах 100...700 В, при токе в нагрузке до нескольких десятков микроампер [Л 35].

Рис. 5.31. Схема повышающего напряжение стабилизированного преобразователя

Генератор, собранный на таймере, работает на частоте 270 Гц. В качестве повышающего напряжения трансформатора Т1 использован сетевой, имеющий обмотку на 6,3 В, рассчитанную на ток 280 мА (обмотка 1) при напряжении в первичной обмотке (2) 220 В. В этом случае при показанном на схеме включении на обмотке 2 будет 100 В. Это напряжение выпрямляется и умножается на диодах VD2...VD9 и конденсаторах С4...С12.

На транзисторе VT1 выполнена стабилизирующая обратная связь. Через собранный на резисторах R3...R8 делитель напряжения сигнал с выхода источника поступает на базу транзистора ѴТ1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет срыва работы генератора при превышении заданного уровня (когда транзистор открывается — он закорачивает конденсатор С2). Уровень стабилизации зависит от положения движка подстроечного регулятора R3. Для удобства настройки R3 должен быть многооборотным.

Литература: Радиолюбителям: полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.

Высоковольтный преобразователь напряжения с регулировкой

Напряжение 8... 16 кВ бывает необходимо для проведения экспериментов, питания электронно-лучевых трубок и др. Преобразователь низковольтного (20.... 50 В) напряжения в высоковольтное (8...16 кВ) состоит из задающего генератора с самовозбуждением, усилителя мощности и выпрямителя. Задающий генератор собран на транзисторе V8 по схеме блокинг-генератора.

С выходной обмотки I трансформатора Т2 сигнал подается на усилитель мощности (транзистор V1), нагрузкой которого служит трансформатор T1. С обмотки I этого трансформатора снимают высокое напряжение и подают erо на выпрямитель с удвоением напряжения (V2 V3 V4 V5). При включении выпрямителя на емкостную нагрузку резисторы R1 и R2 ограничивают импульс высокого напряжения. Выходное напряжение регулируют, изменяя напряжение питания.

Высоковольтный трансформатор Т1 изготовлен из выходного, строчного трансформатора TBC-110ЛA. Можно использовать и любой другой от современных или старых телевизоров, удалив с него анодную обмотку, не разбирая сердечника.

Вместо этой обмотки наматывают новую, состоящую из 18 витков провода ПЭВ-2—0,44 с отводом от 14-го витка. Высоковольтную обмотку оставляют неизменной.

Трансформатор Т2 намотан на кольцевом магнитопроводе К20 X 12 X 6 из феррита М2000НМ1. Коллекторную обмотку III и обмотку II обратной связи наматывают первыми. Они содержат по 25, а выходная обмотка 7—15 витков провода ПЭВ-2 — 0,44.

Для предотвращения возможности появления коронных разрядов элементы должны быть при монтаже припаяны очень аккуратно, без острых углов, и залиты эпоксидной смолой слоем 2...3 мм. В крайнем случае вместо эпоксидной смолы можно использовать парафин.

Резисторы R1 и R2 — типа КЭВ, конденсатор С1 — ПОВ или КВИ, К15-4. Зазор между платой, на которой собран преобразователь, и стенками футляра должен быть не менее 20 мм.

Налаживание преобразователя сводится к подбору резистора R6* для получения устойчивой работы задающего генератора. Конденсатор С1 подбирают при максимальном напряжении на выходе по минимуму тока транзистора V1.

Источник: none.

Высоковольтные преобразователи напряжения своими руками

Тема: как сделать, спаять схему для получения высокого напряжения самому.

Тема о различных устройствах, повышающих напряжение до величин свыше 1000 вольт весьма популярна. Эти высоковольтные преобразователи можно использовать для таких целей как электрические зажигалки, ионизаторы воздуха, источники питания для газоразрядных ламп, электрошокеры, различные светящиеся шары (внутри которых играют молнии) и т.д. И вовсе нет особой необходимости в том, чтобы собирать преобразователь высокого напряжения по какой-то сложной схеме. Допустим я сделал очень простой вариант такого устройства, которое содержало в себе всего три детали: трансформатор с ферритовым Ш-образным сердечником, полевой транзистор и резистор.

В этой схеме простого высоковольтного преобразователя, что был собран своими руками, основные силы уходят на намотку повышающего трансформатора. Сам трансформатор был снят с платы обычного компьютерного блока питания. Также такие трансформаторы можно найти в различной современной технике, где имеются блоки питания с высокочастотными преобразователям. Либо его можно просто купить на радиорынке, цена относительно низкая.

Магнитопровод такого высокочастотного трансформатора должен быть из феррита (подойдет любая марка). У меня нормально работал этот преобразователь на трансформаторе Ш-образной формы (должна подойти и П-образная форма), в то время как на круглом сердечнике схема не запускалась. Размеры трансформатора в большей степени зависят от того провода, что будет намотан на магнитопровод (диаметра, количества витков, изоляционных слоев между обмотками). Допустим свой первый трансформатор я намотал до полного его заполнения, а в итоге оказалось, что было недостаточным количество витков во вторичной обмотке. Пришлось брать трансформатор чуть больших размеров. Что касается мощности таких высокочастотных трансформаторов, то ее скорее можно назвать резиновой. То есть, электрическая мощность, которую можно получить из подобного транса, напрямую зависит от рабочей частоты тока, что подается на входные обмотки. Повышая только лишь частоту тока, оставляя размеры трансформатора прежними, можно увеличивать его общую мощность.

Если вы сняли с устройства, достали где-нибудь подходящий трансформатор с ферритовым сердечником то его нужно будет перемотать. Обычно магнитопровод этих трансов между собой склеен. Банальные попытки просто соединить сердечник путем механического воздействия (отковыривать ножом, отверткой и т.д.) в большинстве случаев приводят к раскалыванию феррита. Правильнее будет сначала имеющийся трансформатор опустить на полминуты в кипящую воду. После этого сцепление клея ослабевает и части ферритового сердечника легко отсоединяются друг от друга без повреждений.

Теперь что касается самой перемотки трансформатора под наш самодельный высоковольтный преобразователь. Итак, первичная обмотка содержит 8 витков с отводом от середины (диаметр провода около 0.8-1,5 мм). Ее проще наматывать шиной из нескольких проводов, допустим берем 6 проводов диаметром по 0.4 миллиметров каждый. Все эти провода аккуратно и равномерно наматываем на каркас трансформатора. Мотаем 4 витка. Далее выходящие концы этих проводов разделяем по 3 штуки, спаивая их между собой. В общем получается что мы имеем первичку, состоящую из двух проводов, каждый из которых имеет 4 витка, а каждый провод состоит из трех жил, соединенных параллельно между собой. Начало одной (любой) первичной обмотки соединяем с концом другой первичной обмотки. Это соединение и будет отводом от середины, образуя среднюю точку.

Для изоляционного отделения обмоток можно использовать ленту обычного скотча. Намотали первичную обмотку, нанесли изоляционный слой в несколько витков. Поверх первичной начинаем мотать вторичную, повышающую обмотку высоковольтного трансформатора. Также отделяем слоем скотча. К примеру, один слой вторичной обмотки содержит у меня по 200 витков, после чего изолирую одним витком скотча. Далее мотаю следующий слой в 200 витков. Всего вторичная обмотка должна содержать около 1600 витков провода 0,1 мм. Это получается 8 слоев по 200 витков каждый. Следим, чтобы витки различных слоев были отдалены друг от друга на некоторое расстояние (примерно 0.4 мм), что уменьшает вероятность электрического пробоя.

После завершения намотки вставляем в каркас части ферритового сердечника. Для их фиксации достаточно обмотать несколькими витками ленты скотча. Вот и все, наш высоковольтный трансформатор готов. Теперь осталось к нему припаять полевой транзистор и резистор. Подсоединяем питание. В моем случае высоковольтный преобразователь хорошо начинал работать от напряжения 5 вольт. Просто сам полевой транзистор, который я поставил, имеет пороговое напряжение 2-4 вольта. Путем подбора полевых транзисторов (имеющих другие пороговые напряжения) можно уменьшить величину питающего напряжения, к примеру, запитать схему от обычного литиевого аккумулятора, получив в итоге компактную электрическую зажигалку для газа.

Для самостоятельного изготовления флокатора, пистолета порошковой покраски или электростатической коптильни требуется источник высокого напряжения. И если первые два устройства требуют 75-100 киловольт, то высоковольтный генератор для коптильни работает при 15-20.

В сети есть множество схем высоковольтных генераторов сделанных с использованием строчных трансформаторов от мониторов, телевизоров или автомобильных катушек зажигания. В большинстве своём их схемотехника удручает – как правило это простейшие обратноходовые преобразователи, а значит транзистор в них будет работать в роли кипятильника т.к. для новичка наверняка не имеющего осциллографа рассчитать снаббер практически не реально.

Схемы из прошлого века на тиристорах с питанием от сети 220 вольт опасны и в случае неосторожности могут привести к печальным последствиям. Мы же сделаем резонансный полумост на ТДКС .

Давайте посмотрим схему:

Схема высоковольтного генератора

Список компонентов:

  1. U1 – «IR2153»;
  2. C1 – электролит 470-1000uf 16v, желательно Low Esr;
  3. C2 – керамика 1n;
  4. C3, C4 – керамика 100n;
  5. C5, C6 – полипропилен 470nf 630v;
  6. R1 – многооборотный подстроечный резистор;

Остальные компоненты вопросов думаю не вызывают.

Файл печатной платы: ir2153.lay6[0,03MB]

В качестве генератора используется распространённая микросхема IR2153, для работы которой требуются всего несколько деталей в обвязке: времязадающая RC цепочка и конденсатор с диодом для верхнего ключа.

Транзисторы при сборке необходимо установить на небольшие радиаторы, я этого делать не стал т.к. плата нужна лишь для демонстрации. Так же не рекомендую включать устройство без запаянного электролитического конденсатора, может получится ситуация когда через ключи потечет сквозной ток.

Номиналы времязадающей цепи с помощью подстроечного резистора позволяют микросхеме работать в диапазоне частот примерно от 7 до 146kHz. В процессе настройки включать высоковольтный генератор желательно через амперметр для контроля тока, при этом желательно что бы блок питания выдавал не менее 3-х ампер при 12 вольт.

Подстроечным резистором можно пройтись по всему диапазону частот для нахождения резонансных участков, при этом для получения 20 киловольт искровой разряд не должен превышать буквально 1.5 см, а ток потребления при этом должен быть около 0.6-0.8А.

Если добиться таких результатов не удается то есть два варианта. Первый из них «поиграть витками», увеличивая или уменьшая их количество, второй – заменить резонансный конденсатор с 470 на 330 или 220 нанофарад. У меня все заработало сразу после сборки, но как говориться – если вдруг.

Перед намоткой первичной обмотки на ТДКС феррит следует изолировать изолентой или скотчем, мотать следует эмальпроводом 0.6-0.8мм, или (что лучше) сразу двумя-тремя проводами 0.6 параллельно. Провода от трансформатора до платы желательно не более 10 сантиметров.

Не следует забывать что во вторичной обмотке ТДКС как правило находится диод, поэтому умножитель напряжения к нему не подключишь.

Для использования в электростатической коптильне параллельно выходам необходимо поставить конденсатор

30kV 470pf – 2.2n и выходной токоограничительный резистор.

Наверно многие хотели бы иметь свой источник высокого напряжения, данная статья поможет вам собрать довольно надёжный источник средней мощности. Который к тому же лишён таких недостатков: как нагрев транзисторов, низкий КПД и т.п. Я бы конечно мог написать про самый простой, Блокинг генератор, но он не оправдывает ожиданий, потребляет много, греется сильно. По этому я решил описать немного сложнее схему из 10 деталей, но способную, быть домашним источником высокого напряжения. Ниже фотография того что нам понадобится:

Итак теперь список того что нужно достать/купить, что бы собрать: транзисторы IRFP250N, резисторы по 470 Ом (2-3 Ватта), конденсаторы плёнка по 100 нФ 400 Вольт, (лучше взять несколько, скажем 10 и подбирать при какой ёмкости лучше работает), диоды UF5408, стабилитроны по 12 Вольт 1.5 Ватта ( если питать от БП компа то стабилитроны с резисторами по 10 Ком можно не паять), а так же конденсатор по питанию на 1000 мкФ 50 Вольт ( напряжение зависит от чего питаете, если от БП компа смело ставьте на 25 Вольт), по желанию индикация в виде светодиода, у меня зелёный. И да чуть не забыл, насчёт дросселя там нужно взять либо жёлтое кольцо (распылённое железо) из фильтра БП компа, либо феррит 2000 мГн и намотать около 40 Витков, проводом от 0.7 — 2мм.
Насчёт сборки устройства, всё достаточно просто делаем методом ЛУТ ( Лазерно- Утюжная Технология) плату, затем травим, сверлим, впаиваем детали, согласно схеме. Потом на радио рынке или со старого телевизора, вынимаем строчный трансформатор, оставляем только вторичную обмотку, что больше, а первичную мотаем сами многожильным проводом 10 витков с отводом от середины. Стоит отметить, что кол-вом витков в первичке и ёмкостью можно настроить преобразователь для оптимальной работы. Собственно схема устройства:

Как видно она довольна простая, но капризная в плане питания источник должен давать 12-30 Вольт (для данных транзисторов), и при этом иметь мощность от 50 Ватт, лучше 100 Ватт, какой нить старый трансформатор. Как плюсы схемы можно отметить слабый нагрев транзисторов, даже очень, в этом видео, которое я снял, что бы показать дугу. Я поставил в качестве радиатора, 2 алюминиевых профиля, и они были едва-едва нагретыми. Даже через 10 минут не нагревается, что довольно хорошо, не нужны громоздкие радиаторы, достаточна пластинки метала. Ниже видео, как работает:

Данная статья не подлежит комментированию, поскольку её автор ещё не является полноправным участником сообщества. Вы сможете связаться с автором только после того, как он получит приглашение от кого-либо из участников сообщества. До этого момента его username будет скрыт псевдонимом.

Это «Песочница» — раздел, в который попадают дебютные посты пользователей, желающих стать полноправными участниками сообщества.

Если у вас есть приглашение, отправьте его автору понравившейся публикации — тогда её смогут прочитать и обсудить все остальные пользователи Хабра.

Чтобы исключить предвзятость при оценке, все публикации анонимны, псевдонимы показываются случайным образом.

cxema.org - Высоковольтный генератор своими руками

Многие из нас хоть раз в жизни видели в интернете или в реальной жизни фотографии Высоковольтных генераторов, или сами их делали. Многие представленные в интернете схемы довольно мощные, их выходное напряжение составляет от 50 до 100 Киловольт. Мощность, как и напряжение тоже довольно высокая. Но их питание – главная проблема. Источник напряжения должен быть подобающей генератору мощности, должен уметь отдавать долговременно большой ток.

Есть 2 варианта питания ВВ генераторов:

  1. аккумулятор,
  2. сетевой источник питания.

Первый вариант позволяет запустить устройство далеко «от розетки». Однако, как раннее было замечено, устройство будет потреблять большую мощность и, следовательно, аккумулятор должен обеспечивать эту мощность (если вы хотите, чтобы генератор работал «на все 100»). Аккумуляторы такой мощности довольно большие и автономным устройство с таким аккумулятором не назовёшь. Если осуществлять питание от сетевого источника, то об автономности тоже говорить не придётся, так как генератор буквально «не оторвёшь от розетки».

Моё же устройство вполне автономно, так как потребляет от встроенного аккумулятора не так уж и много, однако вследствие низкого потребления мощность тоже не велика – около 10-15W. Но дугу с трансформатора получить можно, напряжение около 1 Киловольта. С умножителя напряжения по выше – 10-15 Кв.

Ближе к конструкции…

Так как этот генератор для серьёзных целей не планировал, я поместил все его «внутренности» в картонную коробку (как бы смешно это не звучало, но это так. Я прошу не судить строго мою конструкцию, так как высоковольтной технике я не специалист). У моего устройства присутствуют 2 Li-ion аккумулятора, ёмкостью 2200 мА/ч. Их зарядка осуществляется с помощью линейного стабилизатора на 8 вольт: L7808. Он также находится в корпусе. Также имеется два зарядных устройства: от сети (12 В, 1250 мА/ч) и от прикуривателя автомобиля.

Сама схема генерации высокого напряжения состоит из нескольких частей:

  1. фильтр входного напряжения,
  2. задающий генератор, построенный на мультивибраторе,
  3. силовые транзисторы,
  4. высоковольтный повышающий трансформатор (хочу отметить, что сердечник не должен иметь зазор, наличие зазора приводить к увеличению тока потребления и вследствие выход из строя силовых транзисторов).

Также к высоковольтному выходу можно подключить «симметричный» умножитель напряжения или… люминесцентную лампу, тогда ВВ генератор превращается в фонарь. Хотя на самом деле изначально это устройство планировалось сделать как фонарь. Схема преобразователя выполнена на макетной плате, при желании можете создать печатную плату. Максимальное потребление схемы – до 2-3 Ампера, это стоит учитывать при выборе выключателей. Стоимость устройства зависит от того, где вы брали компоненты. Я большую половину комплектации нашёл у себя в ящике или в коробке для хранения радиодеталей. Купить мне пришлось всего лишь линейный стабилизатор L7808, ИВЛМ1-1/7 (на самом деле сюда вставил ради интереса, а купил из любопытства J), также мне пришлось купить электронный трансформатор для галогенных ламп (из него я взял всего лишь трансформатор).  Провод для намотки вторичной (повышающей, высоковольтной) обмотки  взял из давно сгоревшего строчного трансформатора (ТВС110ПЦ), и Вам советую делать тоже самое. Так провод в строчных трансформаторах высоковольтный и с пробоем изоляции проблем быть не должно. С теорией вроде бы разобрались – теперь перейдём к практике…

Внешний вид…

Рис.1 – вид на управляющую панель:

  1. индикаторы работоспособности
  2. индикатор присутствия зарядного напряжения
  3. вход от 8 до 25 вольт (для зарядки)
  4. кнопка включения заряда аккумулятора (включать только при подключённом зарядном устройстве)
  5. переключатель аккумуляторов (верхнее положение – основной, нижнее - запасной)
  6. выключатель ВВ генератора
  7. высоковольтный выход

На лицевой панели присутствуют 3 индикатора работоспособности. Их здесь такое количество, потому что семисегментный индикатор является моим инициалом (на нём светиться первая буква моего имени: «А»J), светодиоды над выключателем и переключателем изначально планировались быть дополнительными индикаторами заряда батареи, но со схемой индикации возникла проблема, а отверстия в корпусе уже были сделаны. Пришлось поставить светодиоды, но уже в качестве просто индикаторов, дабы не портить внешний вид.

Рис.2 – вид на вольтметр и индикатор:

  1. вольтметр – показывает напряжение на аккумуляторе
  2. индикатор – ИВЛМ1-1/7
  3. предохранитель (от случайного включения)

Вакуумно-люминесцентный индикатор установил ради интереса, так как это мой первый индикатор такого типа.

Рис.3 – внутренний вид:

  1. корпус
  2. аккумуляторы (12,1-основной, 12,2-запасной)
  3. линейный стабилизатор 7808 (для зарядки аккумуляторов)
  4. плата преобразователя
  5. теплоотвод с полевым транзистором КП813А2

Тут, думаю нечего пояснять.

Рис.4 – зарядные устройства:

  1. от сети 220 в. (12 в., 1250 мА.)
  2. от прикуривателя автомобиля

 Рис.5 – нагрузки для АВВГ:

  1. 9W люминесцентная лампа
  2. «симметричный» умножитель напряжения 

Рис.6 – принципиальная схема:

USB1 – стандартный выход USB

BAT1, 2 – Li-ion 7,4 в. 2200 мА/ч (18650 Х 2)

R1, 2, 3, 4 – 820 Ом

R5 – 100 КОм

R6, 7 – 8,2 Ом

R8 – 150 Ом

R9, 12 – 510 Ом

R10, 11 – 1 КОм

L1 – сердечник от дросселя из энергосберегающей лампы, 10 витков по 1,5 мм.

C1 – 470 мкФ 16 в.

C2, 3 – 1000 мкФ 16 в.

C4, 5 – 47 нФ 250 в.

C6 – 3,2 нФ 1,25 Кв.

C7 – 300 пФ 1,6 Кв.

С8 – 470 пФ 3 Кв.

С9, 10 – 6,3 нФ

C11, 12, 13, 14 – 2200 пФ 5 Кв.

D1 – красный светодиод

D2 – АЛ307ЕМ

D3 – АЛС307ВМ

VD1, 2, 3, 4 – КЦ106Г

HL1 – ЗЛС338Б1

HL2 – NE2

HL3 – ИВЛМ1-1/7

HL4 – ЛДС 9W

IC1 – L7808

SB1 – кнопка 1А

SA1 – выключатель 3А (ON-OFF с неоновой лампой)

SA2 – переключатель 6А (ON-ON)

SA3 – выключатель 1А (ON-OFF)

PV1 –М2003-1

T1 – повышающий трансформатор:

ВВ обмотка: 372 витков ПЭВ-2 0.14мм. R=38.6ом

Первичная обмотка: 2 по 7 витков ПЭВ-… 1мм. R=0.4ом

VT1 – КТ819ВМ

VT2 – КП813А2

VT3, 4 – КТ817Б

Общее количество компонентов: 53.

Без чего МОЖЕТ работать эта схема, на самом деле много без чего: IC1, R1, 2, 3, 4, 5, 8, C1, 2, 3, 4, 5, 7, 8,

Пояснения к схеме:

Минус общий, идёт от входа USB до платы преобразователя.  Плюсы от аккумуляторов идут к переключателю, от него уже один вывод к выключателю (SA1), а от него к преобразователю. Также плюс идет к вольтметру (PV1), через резистор к катоду индикатора и к анодам светодиодов (для каждого светодиода отдельный резистор). Зарядка осуществляется после того как на вход USB подаётся напряжение от 8 до 25 вольт, а также после нажатия кнопки (SB1), светодиод (D1) загорается после того как подаётся напряжение для зарядки (контролировать процесс заряда можно с помощью вольтметра PV1).

Переключение между основным и запасным аккумуляторами осуществляется с помощью переключателя (SA1), дальше силовой плюс идёт к выключателю (SA2)  (через выключатель SA3) ВВ генератора, неоновая лампа (HL2) находится внутри выключателя. Дальше силовые выводы поступают на блок конденсаторов и задающий генератор, построенный на мультивибраторе(VT3, 4. C9, 10. R9, 10, 11, 12), транзисторы КТ817Б можно заменить на любые другие аналоги, от него импульсы поступают на базу и затвор транзисторов(VT1, VT2), транзисторыможно использовать менее или более мощные аналоги. Здесь использованы полевой и биполярный транзисторы, сделано это для того, чтобы снизить потребление. После трансформатора высокое напряжение поступает на группы анодов-сегментов вакуумно-люминесцентного индикатора, а после на ВВ выход.

Потребление (как фонарь): за 1 минуту схема разряжает аккумулятор на 0,04 В. (40 милливольт.). Если генератор будет работать 25 минут, следовательно, разрядится на 1 вольт (25*0,04).

Вот фотообзор:

Ну как в наше трудное время без видеоролика

Автор - Алексей Киселёв

Майер Р.В. Практическая электроника: от транзистора до ...

НАЗАД

1.7. ИСТОЧНИКИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1. Умножитель напряжения. А не хотелось бы Вам получить напряжение 1000 В? Один из способов состоит в использовании умножителя напряжения, который преобразует переменное напряжение 220 В постоянное напряжение 1 кВ и более. Принципиальная схема умножителя напряжения изображена на рис. 1.

Рис. 1. Умножитель напряжения.

Детали следует подбирать, исходя из того, что допустимое обратное напряжение диода не должно быть меньше удвоенной амплитуде напряжения от источника. Если ЛАТР выдает 250 В, амплитуда равна 1,4 x 250=350 В. Следовательно используемые диоды должны выдерживать обратное напряжение 700 В. Такое же напряжение должны выдерживать конденсаторы C2, C3, C4. Конденсатор C1 должен быть рассчитан на напряжение питания (амплитуда 350 В). Конденсатор C5 должен выдерживать 1500 В. Напряжение на выходе рассматриваемой схемы в 4 раза больше напряжения питания.

2. Высоковольтный преобразователь напряжения. А как получить напряжение в несколько киловольт от батарейки? - Разве это возможно? - скажет незадачливый читатель. - А как же закон сохранения энергии? С другой стороны, известен прибор -- электрошокер, который питается от батареек и создает достаточно длинную искру. Как он работает?

Представим себе генератор электрических колебаний к которому в качестве нагрузки подключен трансформатор, повышающий напряжение в 100 раз. Если амплитуда колебаний напряжения на первичной обмотке 10 В, то напряжение на вторичной обмотке имеет амплитуду 1000 В. Для того, что обмотки трансформатора не имели очень большое число витков, генератор должен вырабатывать высокочастотные колебания (допустим, 100 кГц). Такие устройства используются в генераторах строчной развертки и для питания электронно-лучевых трубок телевизоров, мониторов и т.д.

Принципиальная схема высоковольтного преобразователя напряжения представлена на рис. 2. В ней в качестве повышающего трансформатора используется трансформатор-строчник ТВС - 110ПЦ15 от телевизора. Генератор высокочастотных колебаний собран на транзисторе VT1. Две первичные обмотки трансформатора образуют цепь положительной обратной связи. Высокое напряжение снимается со вторичной обмотки трансформатора и подается на умножитель напряжения на диодах VD1 - VD4 и конденсаторах С3-С7, который повышает его в 4 раза.

Рис. 2. Преобразователь напряжения.

Вместо трансформатора-строчника можно использовать другой аналогичный ему трансформатор с двумя первичными обмотками и высоким коэффициентом трансформации. Если после включения генератора самовозбуждения не происходит, то следует иначе включить обмотки, обеспечив положительную обратную связь. В умножителе напряжения используются конденсаторы емкостью 1 - 33 нФ, рассчитанные на 1000 В и более. Их можно найти в блоке питания старого телевизора или монитора. При замыкании проводов с выхода умножителя проскакивает искра длиной 1-3 мм, что соответствует напряжению около 2 кВ. Внешний вид высоковольтного преобразователя представлен на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид преобразователя напряжения.


ВВЕРХЦепь преобразователя высокого напряжения

- ElectroSchematics.com

При питании от источника питания 30 В эта схема высоковольтного преобразователя может выдавать напряжение от 0 до 3 кВ (версия 1) или от 0 до 10 кВ (версия 2).
IC 4011 вентили N1… N3 подключены как нестабильный мультивибратор, который управляет Дарлингтоном T1 / T2 с прямоугольным импульсом 20 кГц.

Транзисторы не могут быть доведены до насыщения из-за небольшого тока, который проходит через них, что приводит к очень короткому периоду блокировки.При быстрой блокировке транзисторов в первичной обмотке Т1 трансформатора будет генерироваться импульс напряжением почти 300 В. Это напряжение умножается на количество витков вторичной обмотки.

В первой версии используется однофазное выпрямление. Второй использует каскадный выпрямитель от старого телевизора и выдает в 3 раза большее напряжение.

Схема высоковольтного преобразователя 3 кВ / 10 кВ

Варианты 1 и 2 преобразователя напряжения

IC2 LF355 регулирует выходное напряжение, сравнивая напряжение P1 с напряжением от общей точки делителя напряжения R6 / R8 или R7 / R8.Если выход превышает установленный уровень напряжения, IC2 снизит напряжение питания с выхода через T3.

Самой важной частью преобразователя высокого напряжения является трансформатор. Вы можете использовать различные сердечники E, E + I или ферриты диаметром 30 мм. Сердечник не должен иметь воздушного зазора, и значение Al в 2000 нГн довольно хорошее. Первичная обмотка состоит из 25 витков из эмалированной меди 0,7… 1 мм, а вторичная обмотка - из 500 витков жилы 0,2… 0,3 мм.Обе обмотки должны иметь очень хорошую изоляцию друг от друга.

Об этом высоковольтном преобразователе следует помнить:

  • Конденсатор С6 должен поддерживать напряжение не менее 3 кВ
  • R6 в версии 1 состоит из шести последовательно соединенных резисторов 10 МОм. R7 состоит из шести последовательно соединенных резисторов по 50 МОм. Это сделано для того, чтобы исключить скачки напряжения.

Каждая цепь потребляет в среднем 50 мА без нагрузки и 350 мА с нагрузкой 2… 3 Вт.Транзисторам Т2 и Т3 нужны хорошие радиаторы.

Перечень компонентов высоковольтного преобразователя
R1 = 4.7K
R2 = R5 = 1K
R3 = 330
R4 = 2.7K
R6 = 60M
R7 = 300M
P1 = 500K

C1 = 10n
C2 = C4 = C5 = 100n
C3 = 1000 мкФ
C6 = 10n / 3 кВ
C7…. C12 = от ТВ-модуля ТВК 32

D1 = стабилитрон 11V
D2 = D3 = BY127
D4…. D9 = от ТВ-модуля ТВК 32

T1 = 2N3055
T2 = BF259
T3 = BU208

Тр1 = читать статью

IC1 = 4011
IC2 = LF355

Высоковольтные повышающие и инвертирующие преобразователи для связи

Сфера электронных коммуникаций быстро расширяется во все аспекты повседневной жизни.Для обнаружения, передачи и приема данных требуется широкий спектр устройств, таких как оптические датчики, RF MEMS, PIN-диоды, APD, лазерные диоды и ЦАП высокого напряжения, и это лишь некоторые из них. Во многих случаях для работы этих устройств требуется несколько сотен вольт, поэтому необходимы преобразователи постоянного тока в постоянный, отвечающие строгим требованиям к эффективности, занимаемому пространству и стоимости.

LT8365 компании Analog Devices представляет собой универсальный монолитный повышающий преобразователь, который объединяет переключатель 150 В, 1,5 А, что делает его идеальным для высоковольтных приложений в области связи, включая портативные устройства.Выходы высокого напряжения легко получить из входов от 2,8 В до 60 В. Он имеет дополнительную частотную модуляцию с расширенным спектром, которая может помочь уменьшить EMI, и многие другие популярные функции, подробно описанные в технических характеристиках.

Преобразователи, показанные на рисунках 1 и 2, использовались для обеспечения шин положительного и отрицательного напряжения для высоковольтных ЦАП, MEMS, ВЧ-переключателей и операционных усилителей высокого напряжения от источника входного напряжения 12 В. Эти преобразователи работают в режиме прерывистой проводимости (DCM) и выдают до 10 мА с выходными напряжениями +250 В и –250 В с эффективностью преобразования около 80%.

Рис. 1. 2-ступенчатый повышающий преобразователь с входа 12 В на выход 250 В.

Рисунок 2. Вход 12 В на выход –250 В 2-ступенчатый инвертирующий преобразователь.

Передаточное число> 1:40

Одним из преимуществ работы DCM в повышающем преобразователе является возможность достижения высокого коэффициента повышения независимо от рабочего цикла. Кроме того, можно уменьшить значения и физические размеры катушки индуктивности и выходного конденсатора, что приведет к уменьшению общей занимаемой площади на печатной плате.Схема на Рисунке 3 легко помещается на площади менее 1 см 2 .

Бывают ситуации, когда доступен только очень низкий входной источник и требуется высокое выходное напряжение. Преобразователь, показанный на рисунке 3, можно использовать для управления различными лавинными фотодиодами, PIN-диодами и другими устройствами, требующими высоких напряжений смещения. Этот повышающий преобразователь вырабатывает 125 В от входного источника 3 В при токе нагрузки до 3 мА.

Рисунок 3. Повышающий преобразователь от входа 3 В до выхода 125 В.

Преобразователь, показанный на Рисунке 4, расширяет выход 125 В до 250 В от источника входного сигнала 3 В и поддерживает около 1,5 мА. В области связи существует множество устройств, требующих таких высоких напряжений смещения от источников с низким входным напряжением.

Рис. 4. 2-ступенчатый повышающий преобразователь с входа 3 В на выход 250 В.

Как высоко или низко вы можете подняться?

В ситуациях, когда необходимо очень высокое напряжение, положительное или отрицательное, повышающий преобразователь может использовать каскады умножения для увеличения выходного сигнала в 2, 3 или более раз.Преобразователи на рисунках 1 и 2 показывают, как удвоить напряжение переключения в обоих направлениях, положительном и отрицательном. Трехступенчатый повышающий преобразователь, показанный на Рисунке 5, выдает 375 В при 8 мА от входного источника 12 В.

Обратите внимание, что доступный выходной ток должен уменьшаться по мере увеличения выходного напряжения, поскольку коммутационная способность не изменяется. Например, одноступенчатый преобразователь, рассчитанный на передачу 20 мА, будет выдавать около 10 мА при добавлении второй ступени. По мере добавления дополнительных ступеней всегда проверяйте, чтобы пиковый ток переключения оставался в пределах гарантированного предела тока переключения.

Рисунок 5. Трехступенчатый повышающий преобразователь на входе 12 В на выход 375 В.

Упрощенное определение выходного напряжения

LT8365 имеет один вывод FBX для измерения выходного напряжения. Простой резистивный делитель, подключенный к выводу FBX, измеряет выходное напряжение независимо от выходной полярности, как показано на всех схемах, представленных в этой статье.

Заключение

LT8365 подходит для приложений, требующих компактного, эффективного, повышающего преобразования с высоким выходным напряжением из входных напряжений всего 2.8 В, что является обычным явлением в области связи. Его также можно использовать в качестве инвертирующего преобразователя и в популярных топологиях, таких как преобразователи CUK и SEPIC. LT8365 выпускается в небольшом 16-выводном корпусе MSOP с улучшенными тепловыми характеристиками.

Цепи преобразователя напряжения постоянного тока

| Журнал Nuts & Volts


ВВЕДЕНИЕ

Во многих современных электронных схемах с батарейным питанием требуется источник постоянного тока, который имеет либо большее значение напряжения, чем напряжение основной батареи, либо имеет обратную полярность; схема, которая питается от шестивольтовой батареи, может, например, включать в себя один каскад операционного усилителя, которому требуются линии питания +12 В и -6 В.В таких случаях требуемые напряжения могут генерироваться через одну или несколько специальных схем преобразователя постоянного напряжения.

Большинство электронных преобразователей напряжения постоянного тока работают в одном из четырех основных способов и используют генератор с питанием от постоянного тока для управления либо простой схемой «умножитель напряжения» на основе диода-конденсатора, либо сетью повышающего трансформатора и выпрямителя, либо «летающей». конденсаторный преобразователь напряжения или диодно-управляемый зарядный насос, который производит желаемое конечное выходное напряжение постоянного тока или напряжения.

В этой статье объясняются принципы работы и приводятся практические примеры каждого из этих четырех основных типов схем.

ЦЕПИ МНОЖИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
Обычные типы схем преобразователя напряжения постоянного тока с «умножителями напряжения» основаны на простой двухсекционной выпрямительной сети типа диод-конденсатор, которая была первоначально разработана еще в 1930-х годах для использования в дорогостоящих цепях переменного тока. -Приложения преобразования напряжения постоянного тока, которые до сих пор широко используются.

Чтобы понять основные операции и терминологию этой схемы (которая иногда может сбивать с толку), необходимо начать с рассмотрения простой схемы преобразования мощности переменного тока в постоянный, а именно:

Самая простая схема преобразования мощности переменного тока в постоянный - это основной тип однополупериодного выпрямления, показанный на рис. 1 , рис. 1 , который изображает схему, в которой используется трансформатор со значением вторичного напряжения 250 В (среднеквадратичное значение).

РИСУНОК 1. Основные детали простого блока питания постоянного тока с однополупериодным выпрямлением на 250 В.


Здесь напряжение переменного тока, приложенное к входу выпрямителя D1, попеременно колеблется выше и ниже значения 0 В, возрастая до положительного значения V пик (Vpk) + 353 В в положительном полупериоде и снижаясь до отрицательного значения V пиковое значение -353В в отрицательном полупериоде.

D1 смещен в прямом направлении в течение каждого положительного полупериода и, таким образом, заряжает конденсатор C1 до пикового значения (без учета прямого падения напряжения D1) + 353 В, но смещается в обратном направлении в течение каждого отрицательного полупериода, что, таким образом, не имеет практического эффекта. на цепи.

Эта схема вырабатывает положительное выходное напряжение, но ее можно заставить генерировать отрицательное выходное напряжение, просто поменяв полярность D1 и C1 на обратную.

На самом деле важно отметить в схеме полуволнового выпрямителя Рисунок 1 то, что D1 и C1 действуют вместе как детектор пикового напряжения, который заставляет схему выдавать выходной сигнал, равный положительному значению пика вторичного напряжения T1. .

То же самое основное действие происходит во всех обычных схемах двухполупериодного выпрямителя, которые также дают выходной сигнал, равный пиковому значению вторичного напряжения трансформатора.

В начале 1930-х инженеры нуждались в дешевом, надежном и безопасном способе генерации дорогостоящего маломощного постоянного напряжения из недорогих нелетальных трансформаторов, и для этого разработали простую двухсекционную схему «умножителя напряжения». работа. На рисунке 2 показана такая схема, возбуждаемая от вторичной обмотки трансформатора на 250 В.

РИСУНОК 2. Основные детали схемы умножителя напряжения с «удвоением напряжения» с приводом от трансформатора.


Здесь секция C1-D1 действует как диодный фиксатор, который при питании от нормального входа переменного тока, который колеблется симметрично относительно значения 0 В, создает выходной сигнал идентичной формы, но его пиковая отрицательная точка привязана к «Опорное» значение 0 В, как показано на диаграмме.

Пиковое выходное значение этой формы волны равно размаху (V pp ) входного напряжения переменного тока и подается непосредственно на вход простой секции детектора пикового напряжения D2-C2, которая, таким образом, производит Выходное напряжение постоянного тока равно значению V pp (а не пиковому значению) входного переменного напряжения.

Таким образом, эта схема дает вдвое большее выходное напряжение, чем обычная полуволновая или двухполупериодная схема выпрямителя, и поэтому известна как умножитель напряжения с «удвоением напряжения».

Схема может быть создана для генерирования отрицательного (а не положительного) выходного напряжения путем простого изменения полярности C1-D1 и D2-C2.

Один очень важный момент, который следует отметить в отношении базовой схемы , рис. 2 , заключается в том, что ее выходное напряжение фактически равно V pp плюс общее `` опорное '' напряжение (V ref ) D1-C2, которое в этом конкретном примере равно 0V. Таким образом, если эта схема модифицируется так, что V ref каким-то образом повышается до (скажем) + 1000 В, выход 706 В C2 будет добавлен к выходу V ref , чтобы получить окончательное выходное напряжение 1706 В, и поэтому на.

Сердцем схемы , рис. 2, является фактическая сеть удвоителя напряжения C1-D1-D2-C2. Рисунок 3 (a) показывает обычную схему этой сети, а Рисунок 3 (b) показывает ее перерисовку как «стандартную» секцию умножителя напряжения с удвоением напряжения.

РИСУНОК 3. (a) Схема обычного удвоителя напряжения и (b) схема, перерисованная в «стандартной» форме.


Основной особенностью удвоителя напряжения является то, что несколько «удвоителей» можно легко соединить между собой для получения различных значений умножения напряжения, и такие схемы лучше всего рисовать с использованием стандартного представления , рис. 3 (b), .

На рис. 4 , например, показаны три из этих ступеней «удвоителя», соединенных между собой, чтобы обеспечить секступлер напряжения, при котором конечное выходное напряжение в шесть раз больше пикового значения исходного входного напряжения 250 В (действующее значение).

РИСУНОК 4. Три «удвоителя» соединены между собой для увеличения напряжения в 6 раз.


Здесь каждая секция удвоителя генерирует отдельный выход (через свой конденсатор C2, C4 или C6) 706 В, но выход первого удвоителя действует как точка V ref второго удвоителя, а выход второго удвоителя действует как точка V ref третьего удвоителя, в результате чего три отдельных выходных напряжения складываются вместе, давая окончательный выход постоянного тока + 2118 В от входа 250 В переменного тока.

Обратите внимание на схему , рис. 4, , что входной конденсатор каждой секции питается непосредственно от входного переменного напряжения и требует абсолютного минимального номинального напряжения, равного выходному напряжению этой секции относительно земли, например, для C5 требуется минимальный номинал. 2118В.

В середине 1930-х годов была разработана модифицированная версия умножителя напряжения для преодоления этого препятствия. Известный как умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона, он использует стандартные каскады удвоения напряжения, соединенные между собой так, как показано на , рис. 5, .

РИСУНОК 5. Эта трехступенчатая схема Кокрофта-Уолтона дает умножение напряжения в 6 раз.


Эта схема аналогична схеме , рис. 4 , за исключением того, что на вход каждого удвоителя (кроме первого) подается напряжение от «фиксированной» точки переменного напряжения предыдущего удвоителя.

Следовательно, требование «минимального номинального напряжения» каждого компонента, используемого в каждой ступени удвоения, равно размаху исходного входного напряжения переменного тока.

Недостатком умножителя напряжения Кокрофта-Уолтона является то, что его выходной импеданс довольно высок (он пропорционален сумме импедансов различных входных конденсаторов), и поэтому он может обеспечивать только небольшие выходные токи.

На практике этот тип умножителя напряжения был первоначально разработан просто для генерации очень высокого (примерно до 30 кВ) напряжения ускорителя на конечном аноде электронно-лучевых трубок, что требует очень небольшого тока возбуждения.

Обратите внимание, что 10-ступенчатая схема этого типа - когда она приводится в действие входом 500 В переменного тока - генерирует выход постоянного тока более 14 кВ, но компоненты, используемые на каждой ступени, имеют минимальные требования к номинальному напряжению менее 1,5 кВ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
Напряжение постоянного тока можно легко преобразовать в одно из более высоких значений или обратной полярности, используя источник постоянного тока для питания автономного генератора прямоугольных импульсов от 1 кГц до 30 кГц, выход которого подается на умножитель напряжения одного из уже описаны основные типы, которые, таким образом, обеспечивают желаемое «преобразованное» выходное напряжение постоянного тока. На рисунке 6 показана практическая демонстрационная схема этого типа.

РИСУНОК 6. Базовая демонстрационная схема «удвоителя напряжения».


В схеме , рис. 6, используется микросхема «таймера» типа 555 (которая может обеспечивать довольно высокие выходные токи) в качестве автономного генератора прямоугольных импульсов, который работает на частоте около 3 кГц (определяется значениями R1-R2-C2), и напрямую управляет каскадом «удвоителя» C3-D1-D2-C4, который (в идеале) производит выход постоянного тока, равный размаху выходного сигнала прямоугольной формы, который (в идеале) равен значению Vcc.

На практике величина размаха прямоугольной волны немного меньше Vcc, и «удвоитель» теряет еще 1,2 В при падении напряжения в D1 и D2, в результате чего фактический выход (при очень небольшой нагрузке) примерно на 1,6 В меньше, чем Vcc, например, 8,4 В при питании 10 В. Схема может использовать любой источник питания в диапазоне от 5 до 15 В.

Рисунок 7 показывает гораздо более полезную версию базовой схемы Рисунок 6 «удвоитель напряжения».

РИСУНОК 7. Схема удвоения постоянного напряжения.


В этой версии удвоитель C3-D1-D2-C4 подключен к положительной (а не 0 В) линии питания, и его выходное напряжение, таким образом, добавляется к выходному напряжению линии питания, что дает выходное напряжение постоянного тока. (при небольшой нагрузке) почти в два раза больше Vcc.

На практике схема прототипа дает выходной сигнал почти 19 В при использовании источника питания 10 В.

Рисунок 8 показывает схему Рисунок 7 , модифицированную для использования с каскадной парой каскадов «удвоителя», в конфигурации, которая известна (поскольку она генерирует выход постоянного тока, в четыре раза превышающий базовое пиковое входное напряжение переменного тока) как учетверитель напряжения.’

РИСУНОК 8. Каскадная схема «удвоителя напряжения».


Здесь выход нового каскада «удвоителя» C5-D3-D4-C6 (который на пару вольт меньше Vcc) добавляется к выходному сигналу базовой схемы , рис. 7, , что дает выходное напряжение постоянного тока. (при небольшой нагрузке) почти в три раза больше Vcc.

На практике схема прототипа дает выходной сигнал 27 В при использовании источника питания 10 В.

На рисунке 9 показан особенно полезный тип схемы умножителя напряжения, которая генерирует отрицательное выходное напряжение, которое (в идеале) почти равно по амплитуде, но противоположно полярности линии питания ИС, таким образом обеспечивая выход с раздельным питанием от несимметричный вход.

РИСУНОК 9. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока.


Схема аналогична схеме на Рис. 6 , но имеет обратную полярность «удвоителя» D1-D2-C4, так что его выходное напряжение является отрицательным по отношению к линии 0 В.

На практике схема прототипа дает выходной сигнал -8,4 В при использовании источника питания 10 В. (Примечание: два из этих «удвоителей» каскадных соединений дают выходное напряжение -17,5 В при использовании источника питания 10 В.)

ЦЕПЬ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ГЕНЕРАТОРА

Метод «умножителя напряжения» для получения увеличенных значений выходного напряжения постоянного тока обычно рентабелен только тогда, когда требуются коэффициенты умножения менее шести.

В случаях, когда требуются очень большие коэффициенты повышения (например, когда сотни вольт должны генерироваться через источник питания от 6 до 12 В), часто лучше использовать выход низковольтного генератора или генератора прямоугольных импульсов. для управления повышающим трансформатором напряжения, который затем обеспечивает необходимое высокое напряжение (в форме переменного тока) на его вторичной (выходной) обмотке; это переменное напряжение может быть легко преобразовано обратно в постоянное с помощью простой сети выпрямитель-фильтр. На рисунке 10 показана практическая схема маломощного генератора высокого напряжения этого типа.

РИСУНОК 10. Преобразователь постоянного тока с 9 В на 300 В.


Схема Рис. 10 действует как преобразователь постоянного тока в постоянный, который генерирует выходное напряжение 300 В постоянного тока от источника питания 9 В постоянного тока.

Здесь Q1 и связанная с ним схема действуют как LC-генератор Хартли, с низковольтной первичной обмоткой сетевого трансформатора T1 от 9В-0-9В до 250В (или трансформатора с аналогичным соотношением витков), образующей L-часть. генератора, который настраивается через C2.

Напряжение питания повышается примерно до 350 В пикового значения на вторичной обмотке T1, выпрямляется полуволной и сглаживается через D1-C3. Без постоянной нагрузки на C3 конденсатор может служить мощным, но не смертельным «поясом».

При постоянной нагрузке на выходе выход падает примерно до 300 В при токе нагрузки в несколько миллиампер.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА «ЛЕТУЩИЙ КОНДЕНСАТОР»

Одним из очень эффективных способов получения хорошего преобразования низкого напряжения в отрицательное является использование так называемого метода «летающего конденсатора», который используется в популярной специальной микросхеме преобразователя напряжения ICL7660 (и ее SI7660, LMC7660 и т. Д.)., эквиваленты) и несколькими аналогичными устройствами.

ICL7660 размещен в восьмиконтактном корпусе DIL, как показано на рис. 11 (а) , и предназначен для питания от несимметричного источника постоянного тока, который подключается между контактами 8 (V +) и 3 (GND или 0 В), и для генерации отрицательного выходного сигнала с равным значением на выводе 5 (-Vout), т. Е. При питании от источника питания + 5 В он генерирует выходной сигнал -5 В на выводе 5, таким образом удваивая напряжение питания (т. Е. 10 В ) доступен между контактами 8 и 5.

РИСУНОК 11. (a) Схема и обозначения контактов и (b) упрощенная базовая схема использования ИС преобразователя напряжения ICL7660.


Таким образом, ИС может использоваться как генератор отрицательного напряжения или как удвоитель напряжения.

ICL7660 может использоваться с любым источником питания от + 1,5 В до 10 В постоянного тока, потребляет типичный ток покоя 170 мкА при 10 В и имеет типичную эффективность преобразования напряжения + ve в отрицательное значение 99,9%, когда его вывод 5 не нагружен.

Когда выход ИС загружен, он действует (при 10 В) как источник напряжения с выходным сопротивлением около 70R и может обеспечивать максимальные выходные токи около 40 мА; выходной импеданс обратно пропорционален напряжению питания и обычно составляет около 330R при 2.5В.

ICL7660 использует метод преобразования напряжения «летающего конденсатора», который проиллюстрирован на рис. 11 (b) . В ИС находится КМОП-генератор прямоугольных сигналов, который работает на базовой частоте около 10 кГц и имеет симметричный выход половинной частоты (доступный на выводе 2), который многократно переключает встроенный двухполюсный переключатель КМОП S1, который подключен к «летающий» внешний конденсатор С1.

Действие схемы таково, что при переключении S1 на высокий уровень C1 подключается непосредственно между землей и линиями V + (как показано на схеме) и, таким образом, заряжается до полного положительного значения напряжения питания.

Однако в следующем тактовом цикле S1 переключается на низкий уровень, и при этом условии C1 подключен - с обратной полярностью - непосредственно через внешний выходной конденсатор C2, таким образом генерируя выходное напряжение V- на C2. Эта последовательность переключения повторяется непрерывно на половине частоты тактового генератора.

Обратите внимание, что, поскольку ICL7660 использует CMOS, а не биполярные полупроводниковые переключатели в своей схеме «преобразования», IC работает с очень высокой эффективностью преобразования.

ICL7660 - простое в использовании устройство, но ни одна из его клемм никогда не должна быть подключена к напряжению выше V + или ниже GND (0 В).

Если ИС должна использоваться с источниками питания в диапазоне от 1,5 В до 3,5 В, вывод 6 «LV» (который управляет внутренним регулятором напряжения) должен быть заземлен; при значениях напряжения питания более 3,5 В контакт 6 должен оставаться разомкнутым. При значениях напряжения питания более 6,5 В защитный диод должен быть подключен последовательно с выходным контактом 5.

Схемы Рисунки 12 с по 20 показывают выбор практических конструкций, в которых применяются эти правила.

ICL7660 ЦЕПИ

Основное применение ICL7660 - это простой генератор отрицательного напряжения или удвоитель напряжения. На рисунках 12 14 показаны три простые схемы этого типа; в каждом случае C1 - «летающий» конденсатор, а C2 - сглаживающий / накопительный конденсатор, и каждый имеет значение 10 мкФ.

Преобразователь напряжения Figure 12 предназначен для использования с источниками питания от 1,5 В до 3,5 В и требует использования только двух внешних компонентов.

РИСУНОК 12. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 1,5 до 3,5 В.


Схема Рис. 13 Схема аналогична, но предназначена для использования с источниками питания в диапазоне от 3,5 В до 6,5 В и поэтому имеет заземленный контакт 6.

РИСУНОК 13. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 3,5 до 6,5 В.


Наконец, схема Рис. 14 предназначена для использования с источниками питания в диапазоне 6.5–10 В, и, следовательно, диод D1 подключен последовательно с выходным контактом 5, чтобы защитить его от чрезмерного обратного смещения от C2 при отключении источников питания.

РИСУНОК 14. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 6,5 до 10 В.


Наличие этого диода снижает доступное выходное напряжение на Vdf, прямое падение напряжения на диоде; чтобы это падение напряжения не превышало минимальных значений, D1 должен быть германиевым или шоттки.

Полезной особенностью ICL7660 является то, что количество этих микросхем (до 10) можно каскадировать, чтобы получить коэффициенты преобразования напряжения больше единицы. Таким образом, если три каскада соединены каскадом, они дают конечное отрицательное выходное напряжение -3 В постоянного тока и т. Д. На рисунке 15 показаны соединения для каскадного включения двух из этих каскадов; любые дополнительные каскады должны быть подключены так же, как правая ИС на этой схеме.

РИСУНОК 15. Каскадные ИС для повышенного отрицательного выходного напряжения.


Уже отмечалось, что одиночная микросхема ICL7660 может использоваться как высокоэффективный удвоитель напряжения, который может, например, генерировать выход 10 В с центральным отводом при питании от несимметричного входа 5 В.

На рисунке 16 показано, как две из этих микросхем могут быть подключены каскадом для генерации выходного сигнала 12 В с центральным отводом, когда схема питается от несимметричного источника 3 В (например, от двух последовательно соединенных ячеек 1,5 В).

РИСУНОК 16. Каскадные ИС, обеспечивающие выходное напряжение 12 В с центральным отводом от источника питания 3 В.


Здесь IC1 используется как основной удвоитель напряжения, питаемый от источника 3 В, подключенного между контактами 3 и 8, а его выход 6 В (между контактами 5 и 8) используется для питания IC2 через контакты 3 и 8, а также IC2. таким образом генерирует выход (между контактами 5 и 8) 12 В при очень небольшой нагрузке. Этот выход 12 В имеет импеданс источника около 500R и падает примерно на 0,5 В при увеличении тока нагрузки на мА (большая часть этого падения напряжения отражается от выхода -ve IC1, который работает при уровне тока, в два раза превышающем Выход IC2, как описано ниже).

Важно отметить, что ток источника питания (батареи), потребляемый любой схемой умножителя напряжения, неизбежно по крайней мере в n раз больше, чем выходной ток под нагрузкой схемы, где n - значение "умножителя" схемы. Таким образом, если удвоитель напряжения питается от источника питания 5 В и генерирует выходной сигнал 10 В x 10 мА (= 100 мВт), из этого следует, что ток питания должен быть не менее 20 мА (= 100 мВт / 5 В).

Выходное сопротивление схемы также пропорционально значению n .

В некоторых приложениях пользователь может захотеть уменьшить частоту генератора ICL7660 IC; один из способов сделать это - подключить конденсатор Cx между контактами 7 и 8, как на , рис. 17, ; На фиг.18 показана взаимосвязь между значениями Cx и частоты; таким образом, значение Cx, равное 100 пФ, снижает частоту в 10 раз, с 10 кГц до 1 кГц; Чтобы компенсировать это снижение частоты 10: 1 и сохранить эффективность схемы, значения C1 и C2 должны быть увеличены в аналогичном коэффициенте (примерно до 100 мкФ каждое).

РИСУНОК 17. Способ понижения частоты генератора.


РИСУНОК 18. График зависимости Cx от частоты генератора.


Другой способ уменьшить частоту генератора - использовать вывод 7 для перегрузки генератора через внешние часы, как показано на Рис. 19 .

РИСУНОК 19. Внешняя синхронизация ICL7660.


Тактовый сигнал должен подаваться на контакт 7 через резистор 1K0 (R1) и должен полностью переключаться между двумя значениями шины питания; На схеме КМОП-затвор подключен как инвертирующий буферный каскад, чтобы обеспечить такое переключение.

ЦЕПИ ДИОДНОГО НАСОСА

До сих пор в этой статье были описаны три из четырех наиболее широко используемых типов схем преобразования постоянного напряжения.

Четвертый тип преобразователя иногда называют схемой «диодно-управляемой накачки заряда», а Рисунок 20 показывает пример одного из этих «насосов», используемых вместе с ICL7660 IC для создания преобразователя, дающего положительный ток. выходное напряжение почти вдвое превышает исходное значение напряжения питания.

РИСУНОК 20. Удвоитель напряжения типа диодной накачки.


Насос состоит из D1-C1-D2-C2 и приводится в действие прямоугольным выходом с низким импедансом на выводе 2 ИС. Действие схемы очень простое, а именно:

Когда вывод 2 на выходе ICL7660 переключается на низкий уровень, он подключает нижний конец C1 к линии 0 В, поэтому C1 заряжается почти до полного значения Vcc через диод D1 с прямым смещением. Когда вывод 2 снова переключается на высокий уровень, он подтягивает нижний конец C1 до Vcc, таким образом увеличивая верхний конец C1 до почти удвоенного значения Vcc, таким образом, смещая D1 в обратном направлении и D2 в прямом направлении, и заставляя C1 перейти в сбросить свой избыточный заряд в C2, который, таким образом, заряжается почти вдвое по сравнению с величиной Vcc.

Этот процесс повторяется непрерывно, при этом C1 автоматически заменяет любые токи заряда, которые отводятся от C2 внешней схемой нагрузки. На практике диоды D1 и D2 уменьшают доступное выходное напряжение на величину, равную их совокупному прямому падению напряжения, поэтому в идеале они должны быть германиевыми с низкими потерями или диодами Шоттки.

Этот тип схемы «подкачки заряда» намного более мощный, чем обычная схема конденсаторно-диодного удвоителя напряжения, и может легко обеспечивать выходной ток в 10 миллиампер.

Наконец, чтобы завершить этот взгляд на схемы преобразователя постоянного напряжения, на рисунках 21, с по 23, показаны три полезных варианта базовой схемы «накачки заряда».

Рисунок 21 показывает, как схема накачки заряда Рисунок 20 может быть объединена со стандартной схемой генератора отрицательного напряжения ICL7660 из Рисунок 13 или 14 для создания комбинированного умножителя положительного напряжения и преобразователя отрицательного напряжения, который обеспечивает двойные шины выходного напряжения от несимметричного входного источника.

РИСУНОК 21. Комбинированный удвоитель напряжения + ve и преобразователь напряжения + ve.


На рисунке 22 показано, как два из двух диодно-управляемых насосов заряда типа Рисунок 20 могут быть включены в каскад для повышения напряжения, что дает положительное выходное напряжение, значение без нагрузки которого равно трехкратному напряжению Vcc за вычетом величина последовательно включенного диода падает. Обычно схема дает на выходе около 27 В при питании от источника 10 В.

РИСУНОК 22. Зарядный насос типа повышающего напряжения.


Дополнительные каскады D3-C3-D4-C4 можно каскадировать, подключив нижний конец каждого конденсатора с нечетным номером к контакту 2 ИС, а нижний конец каждого конденсатора с четным номером - к линии 0 В; каждая новая ступень увеличивает доступное выходное напряжение на Vcc минус два падения напряжения на диоде.

Наконец, На рис. 23 показана схема генератора отрицательного напряжения с диодной накачкой заряда, в которой полярности диодов и конденсаторов просто меняются местами и привязаны к линии 0 В.

РИСУНОК 23. Генератор отрицательного напряжения с диодной накачкой заряда.


Эта схема (при использовании обычных кремниевых диодов) дает типичное выходное напряжение без нагрузки всего -8,8 В при питании от источника 10 В, но дает гораздо лучшее регулирование напряжения, чем обычная схема генератора отрицательного напряжения ICL7660. NV

Малые высоковольтные повышающие преобразователи | Maxim Integrated

Для смещения лавинных фотодиодов (APD), пьезоэлектрических преобразователей (PZT), вакуумных флуоресцентных дисплеев (VFD) и микроэлектромеханических систем (MEMS) требуются источники питания высокого напряжения.В этом примечании к приложению представлены три топологии (, рисунки 1a, , , 1b, и , 1c, ) для генерации высокого выходного напряжения из низкого входного напряжения. Обсуждаются преимущества и недостатки каждого из них, уделяя особое внимание плотности мощности и размеру схемы. В конце примечания к приложению представлены экспериментальные данные для сравнения решений на основе трансформаторов и индукторов.


Рис. 1a-1c. Эти высоковольтные преобразователи постоянного тока в постоянный ток в трех топологиях используются для создания высокого выходного напряжения из низкого входного напряжения.

Высоковольтное смещение, необходимое во многих приложениях APD (75 В), происходит от источника питания 3 В. Это требование создает следующие проблемы:

  • Высоковольтные полевые МОП-транзисторы обычно не работают с напряжением затвора с низким напряжением 3 В.
  • Большая емкость сток-исток высоковольтных полевых МОП-транзисторов требует энергии в катушке индуктивности для поворота стока до выходного напряжения. В результате потери равны 1/2 f switch × C DS V OUT ².
  • Высоковольтные полевые МОП-транзисторы больше и дороже, чем их аналоги с более низким напряжением. Высоковольтные силовые полевые МОП-транзисторы редко встречаются в ИС контроллеров переключения.
  • Экстремальные рабочие циклы приводят к неэффективно малым временам отключения или низким частотам переключения. Более низкая частота переключения вызывает более высокую пульсацию и требует большего магнитного поля.
Схема на рис. 1c решает эти проблемы с помощью автотрансформатора. Пиковое напряжение на полевом МОП-транзисторе снижено, что позволяет использовать MAX1605, который имеет внутренний полевой МОП-транзистор на 28 В.Полная компоновка (меньше 8-контактного DIP) умещается на двухсторонней плате размером 6 мм x 8,5 мм (, рис. 2, ).


Рис. 2. Этот DC-DC преобразователь 6 мм x 8,5 мм преобразует 2,5 В в 75 В с помощью MAX1605. Показана передняя и задняя компоновка схемы.

Теория работы

Стандартные повышающие и обратные преобразователи постоянного тока в постоянный можно объединить, чтобы сформировать гибридную топологию, показанную на Рисунке 1c. В результате объединенная топология складывает напряжение обратного хода вторичной обмотки поверх входного напряжения и напряжение обратного хода первичной обмотки (стандартный обратный преобразователь использует только обратное напряжение, создаваемое на вторичной стороне).По сравнению со стандартным повышающим преобразователем эта топология обеспечивает более высокое выходное напряжение от полевого МОП-транзистора с более низким напряжением за счет ограничения напряжения, наблюдаемого на LX. Трансформатор

A имеет следующие преимущества:

  • Более высокое выходное напряжение
  • Нижний рабочий цикл
  • Пониженное напряжение на MOSFET
Следующие преимущества также появляются при работе трансформатора в прерывистом режиме с постоянным пиковым током в MOSFET:
  • Более высокая частота коммутации снижает пульсации на выходе
  • Более высокая частота пульсации
  • Меньшие магниты
В этой топологии можно использовать MAX1605 и многие другие повышающие преобразователи.Максимальное выходное напряжение ограничено соотношением витков трансформатора, номинальными напряжениями трансформатора и диода, номинальным напряжением MOSFET и емкостью стока, а также временем обратного восстановления диода.

Стандартное усиление

Стандартный повышающий преобразователь показан на рисунке 1а. Когда MOSFET включается, ток в катушке индуктивности нарастает. Когда полевой МОП-транзистор выключается, LX поднимается до V OUT + V D , и ток катушки индуктивности падает. Интуитивно, если катушка индуктивности тратит 1 / n-ю своего времени на передачу энергии на выход, выходное напряжение (V OUT ) в n раз больше входного напряжения (V IN ), таким образом может быть сгенерировано следующее уравнение:

где D - рабочий цикл.Более аналитическое доказательство можно найти, используя Рисунок 3 . Ключ к этому доказательству лежит в установившемся режиме работы, для которого ток должен снижаться на ту же величину, что и нарастающий:


Рисунок 3. Этот анализ тока катушки индуктивности для схемы на Рисунке 1а может быть используется для определения его рабочего цикла.

Таким образом, конечный ток катушки индуктивности равен начальному току катушки индуктивности:

Поскольку они равны,

Схема на рисунке 1b может быть сделана эквивалентной схеме на рисунке 1a, подключив левую часть вторичная обмотка трансформатора на V IN и установка передаточного числа на 1.Диод вторичной стороны может отражаться на первичную сторону, что упрощает восприятие взаимосвязи между обратным преобразователем и повышающим преобразователем.

Передаточное число витков больше 1: 1 обеспечивает преимущество, позволяя более высокое выходное напряжение с меньшими экстремальными рабочими циклами. В качестве альтернативы узел 1 трансформатора может быть подключен к любому источнику питания, что дает возможность рычага по отношению к этому источнику питания. Поскольку LX взлетает во время простоя, дополнительный скачок напряжения может быть получен путем подключения узла 1 к LX, как показано на рисунке 1c.Это соединение также помогает улавливать часть энергии утечки, которая в противном случае сбрасывалась бы с первичной обмотки трансформатора на полевой МОП-транзистор, создавая короткие выбросы высокого напряжения на стоке полевого МОП-транзистора. Если скачки напряжения превышают допуск по напряжению полевого МОП-транзистора, потребуется демпфирующая цепь для рассеивания энергии утечки.

LX замкнут на землю на рис. 1b, что позволяет току первичной стороны нарастать, как в катушке индуктивности. Ток через вторичную обмотку трансформатора не протекает, и диод имеет обратное смещение, потому что

Первичный ток должен исчезнуть при выключении переключателя на LX, но произведение N × I должно оставаться постоянным:

где нижний индекс «P» указывает на первичную сторону, нижний индекс «S» указывает на вторичную сторону, «начальный» указывает ток в момент перед выключением полевого МОП-транзистора, а «окончательный» указывает ток в момент после выключения полевого МОП-транзистора.

Поскольку I S_initial = I P_final = 0,

Схема на Рисунке 1c аналогична, за исключением того, что I P_final = I S_final , поэтому

«N» выражается как:

, потому что вторичная сторона рисунка 1c никогда не действует независимо. Хотя это нетрадиционное определение для N, оно больше подходит для рисунка 1c.

На рис. 4 показана осциллограмма тока первичной стороны для рис. 1с.Для повышающих преобразователей, выходное напряжение которых более чем в два раза превышает входное напряжение, время отключения оказывает большее влияние на эффективность, чем время включения. Предположим (для сопоставимого повышающего преобразователя), что время простоя было минимизировано за счет минимизации индуктивности (L BST ), что также минимизирует размер компонентов до такой степени, что дальнейшее уменьшение приведет к нежелательной потере эффективности. Затем выберите общую индуктивность трансформатора, показанную на Рисунке 4, в N раз больше. Поскольку ток первичной стороны снижается с I PK / N вместо I PK , индуктивность первичной стороны должна быть в N раз больше, чтобы поддерживать такое же время отключения.


Рис. 4. Этот анализ тока трансформатора первичной стороны для схемы на рис. 1c можно использовать для определения ее рабочего цикла.

Индуктивность первичной стороны:

, где L TOT - полная индуктивность автотрансформатора. поскольку L BST на N² меньше, чем L TOT , а L TOT в N раз больше, чем L BST , L P - это L BST / N. В результате первичная сторона нарастает быстрее, чем простой повышающий преобразователь.

Для установившегося режима из рисунка 4 ясно, что:

, где ΔI UP - это возрастающий шаг тока первичной стороны, а ∆I DOWN - шаг вниз. ΔI UP и ΔI DOWN можно рассчитать следующим образом:

и

, так что

Решение для V OUT / V IN дает:

Цифры 3 и 4 нарисованы в масштабе и имеют одинаковое время простоя (настроено до некоторого оптимального значения). минимум).Заштрихованные области на рисунках 3 и 4 представляют энергию, передаваемую нагрузке, а энергия за импульс пропорциональна площади этих областей. Эту энергию также можно вычислить из выражения 1/2 L × I² (обратите внимание, что L на рисунке 4 больше в N раз, а I в N раз меньше). Поскольку схема на рис. 1с дает меньше энергии на импульс, пульсации в N раз меньше. Таким образом, трансформатор не только увеличивает выходное напряжение; он также снижает пульсацию на выходе.

Топология на рисунке 1c обеспечивает меньшую энергию на импульс, но компенсирует это за счет доставки большего количества импульсов, как ясно показано на рисунке 4.Рисунок 1c требует, чтобы индуктивность увеличилась в N раз, но ток насыщения может быть в N раз меньше, потому что на первичной и вторичной сторонах одновременно присутствует только I PK / N. Если I SAT меньше в N раз, а индуктивность в N раз больше, то способность аккумулирования энергии трансформатора также может быть в N раз меньше. Размер трансформатора зависит от его способности аккумулировать энергию, поэтому теоретически вы можете использовать трансформатор, который физически меньше в N раз.На практике достижимый размер определяется рыночными ограничениями.

Пульсация на выходе

Для прерывистой проводимости пульсация на выходе преобразователя может быть рассчитана путем приравнивания изменения энергии в катушке индуктивности или трансформатора к изменению энергии в выходном конденсаторе во время простоя. Поскольку индуктор / трансформатор имеет нулевую энергию в конце цикла, пульсации холостого хода можно рассчитать как:

Для повышающего преобразователя L = L BST и I = I PK .Для схемы на Рисунке 1c L = L BST × N и I = I PK / N, поэтому:

, где ΔV OUTA - пульсация на выходе конфигурации повышения, а ΔV OUTC - пульсация на выходе для схемы на Рисунке 1c. Пульсации на рис. 1c составляют 1 / N-ю больше для конфигурации повышения, а частота переключения в N раз выше.

Рисунок 5 предлагает сравнение пульсаций для схем на рисунках 1a и 1c, когда обе цепи рассчитаны на одно и то же время отключения.Поскольку рабочий цикл нормализован в цепи трансформатора (приближается к 50 "), контроллер может работать с частотой в N раз выше в течение того же времени выключения.


Рис. Схема на Рисунке 1a по сравнению со схемой на Рисунке 1c, предполагая, что обе оптимизированы для минимально допустимого времени простоя.

Соображения эффективности

При топологии трансформатора необходимо учитывать три основных потери эффективности.Сопротивление трансформатора / индуктора постоянному току в сочетании с сопротивлением переключателя приводит к потерям, пропорциональным квадрату пикового тока. Индуктивность рассеяния трансформатора приводит к потерям, поскольку энергия трансформатора не полностью передается на выход. Когда диод быстро и сильно смещен в обратном направлении (когда MOSFET включается), любая задержка в диоде (время обратного восстановления, t RR ) также может вызвать значительные потери.

Процент потери эффективности из-за сопротивления постоянному току в переключателе и в первичной обмотке трансформатора не зависит от нагрузки и может быть приблизительно равен:

, где E R_LOSS - потери энергии из-за сопротивления на импульс, и E доставляется - энергия, доставляемая за импульс.Если взять интеграл от рассеиваемой резистивной мощности на первичной стороне, то потеря резистивной эффективности для больших рабочих циклов может быть аппроксимирована следующим образом:

, где D - рабочий цикл, выраженный в процентах, а R - сумма сопротивления переключателя. и сопротивление первичной стороны. Для работы в прерывистом режиме то же уравнение применимо к схеме на рис. 1a или 1c. Потеря эффективности из-за индуктивности рассеяния может быть приблизительно равна:

, где L утечка - полная индуктивность рассеяния, наблюдаемая на первичной стороне.Трансформаторы с более высоким соотношением витков обеспечивают большую индуктивность рассеяния, более высокую частоту и выдают меньшую энергию на импульс, поэтому источник неэффективности становится более значительным.

Выбор трансформатора

Поскольку выбор стандартных трансформаторов намного уже, чем у эквивалентных катушек индуктивности, трансформаторы обычно стоят больше, чем индукторы с эквивалентной энергией и плотностью энергии. Потребительская база трансформаторов меньше, но набор возможных конфигураций трансформаторов намного больше, чем у соответствующих конфигураций катушек индуктивности.В результате часто необходимы магнитные конструкции на основе нестандартных трансформаторов.

При выборе автотрансформатора учитывайте эквивалентную катушку индуктивности. Например, компания Toko предлагает следующий индуктор:

D32FU 680 мкГн, 74 мА, 20 Ом, 3,5 мм × 3,5 мм × 2,2 мм.

Разумно запросить автотрансформатор с аналогичными сквозными характеристиками. Для такого трансформатора с соотношением витков 1: 9 номинальные значения на первичной стороне будут 6,8 мкГн, 740 мА и 2 Ом. Этот номинал индуктивности основан на значении N² (где N - общее количество витков, разделенное на количество витков первичной стороны).Для соотношения витков 1: 9 общее количество витков должно быть кратным 10. Для предыдущего расчета необходимо использовать N = 10. Ток насыщения обратно пропорционален N, а сопротивление пропорционально N.

Иногда тепловые ограничения не позволяют масштабировать максимальный номинальный ток на N. Кроме того, ограниченный выбор продуктов может помешать вам выбрать эту идеальную отправную точку. Этот анализ обеспечивает отправную точку и достойное преимущество при обсуждении возможностей с поставщиком нестандартного трансформатора.При намотке в качестве автотрансформатора эквивалентный магнитный компонент должен занимать меньше места (меньшая полость для проводки), потому что более низкие токи позволяют использовать более тонкий провод на вторичной стороне. Однако дополнительные производственные затраты обычно не позволяют использовать этот подход.

Приложение

Схема Рис. 6 создает смещение APD 75 В. Поскольку трансформатор снижает напряжение на коммутаторе, вы можете использовать небольшое 6-контактное устройство SOT23, такое как MAX1605. MOSFET 28 В, 500 мА в этой ИС более чем достаточен, поскольку он видит только пиковое напряжение V IN + (V OUT - V IN ) / N = 17 В.При более высоком соотношении витков схема может выдерживать более высокие напряжения.


Рисунок 6. Эта схема, схема которой показана на рисунке 2, используется для получения 75 В от 2,5 В.

Рисунок 7 показывает максимальный выходной ток MAX1605 (измеренный типичный, для которого контроллер выходит из регулирования на 5 дюймов) как функцию выходного напряжения и входного напряжения.


Рисунок 7. Эта максимальная нагрузка График зависимости от выходного напряжения показывает максимальную нагрузку, которую может обеспечить схема на Рисунке 6.

Выходная пульсация для схемы на Рисунке 1c может быть рассчитана как:

, где L P - индуктивность первичной стороны, I PK - пиковый ток первичной стороны (500 мА), C OUT - выходная емкость (0,47 мкФ), а V OUT - выходное напряжение. Для выхода 75 В пульсация составляет 16 мВ P-P . Низкая индуктивность, которая создает такие низкие пульсации, обычно неэффективна в конфигурации с прямым повышением, такой как рисунок 1a.

Даже пульсация 16 мВ P-P недостаточно мала для многих приложений. Для смещения APD высокая пульсация недопустима, потому что она напрямую связана с сигналом. В таких приложениях может использоваться RC- или LC-фильтр после источника питания, но резистор в RC-фильтре вызывает ошибку регулирования нагрузки. Типичные токи нагрузки малы, но для фильтра пульсаций могут потребоваться резисторы большого размера.

При 100 В для высоких значений емкости требуется место на плате, поэтому фильтр состоит в основном из сопротивления.Для той же частоты среза (с использованием того же резистора и конденсатора) вы можете уменьшить ошибку регулирования нагрузки в β раз, используя схему , рис. 8, . Хотя вместо этого вводится фиксированное падение V BE , этот подход резко снижает зависимость V OUT от нагрузки. Чтобы добиться большего снижения пульсаций при том же уровне регулирования нагрузки, можно использовать резистор фильтра в β раз большего размера.


Рис. 8. Фильтр дополнительно снижает пульсации.

Экспериментальное сравнение, подходы к индуктору и трансформатору

Для честного сравнения катушек индуктивности и трансформаторов в высоковольтном преобразователе был выбран импульсный преобразователь со следующими характеристиками:
  • Внешние полевые МОП-транзисторы
  • Регулируемая частота коммутации
  • Регулируемый предел тока
  • Доступен оценочный комплект
Контроллер режима тока MAX668 удовлетворяет этим критериям, устраняя при этом необходимость в конденсаторе прямой связи.Схема Рис. 9 позволяет сравнивать характеристики, заменив трансформатор на катушку индуктивности и поменяв местами полевые МОП-транзисторы.


Рис. 9. Эта схема может использоваться для обеспечения более высокой мощности и более высокого выходного напряжения.

MAX668 включает драйвер полевого МОП-транзистора, который может эффективно управлять зарядом затвора 48 нКл полевого МОП-транзистора IRF7401. Со следующими компонентами он образует повышающий преобразователь на основе индуктора 150 В. Следующие компоненты использовались вместе с оценочным комплектом MAX668:

  • Индуктор: Coilcraft DO1813P-472HC 4.7 мкГн, 2,6 А 0,054 Ом индуктор
  • Сверхбыстрый диод: ES1D 200 В, 15 нс, время обратного восстановления
  • МОП-транзистор: IRF640NS 200 В 0,15 Ом Q G = 67 нКл, C OSS = 185 пФ и обеспечивает более 2 А с приводом затвора 5,5 В
  • Измерительный резистор: считывающий резистор 50 мОм
Другой резистор, подключенный между выводом FB и источником напряжения, позволяет этому источнику регулировать выходное напряжение, подавая или подавая ток на вывод FB. Затем вы можете настроить выходное напряжение до 150 В и входное напряжение до 6 В.

Для решения на основе индуктора максимальный ток нагрузки составляет 18 мА при 150 В (2,7 Вт). Пиковая эффективность (65 дюймов) достигается при максимальной нагрузке, а ток покоя (без нагрузки) составляет 91 мА при питании 6 В. Потери тока покоя в цепи индуктивности связаны с временем обратного восстановления диода и емкостью стока полевого МОП-транзистора. Эффекты проиллюстрированы на Рисунок 10 .


Рисунок 10. Эта фотография осциллографа (слева) демонстрирует влияние времени обратного восстановления 15 нс диода ES1D.Увеличение формы волны (справа) показывает, что ток катушки индуктивности на самом деле становится отрицательным, поскольку диод не выключается вовремя.

Подход на основе трансформатора (, рис. 11, ) был реализован путем замены катушки индуктивности на следующий трансформатор с использованием топологии на рис. 1c:

Sumida CMD-8LN 6313-T036,
L P = 5,6 мкГн , I P = 2,3 A, N P : NS = 1: 9,
R P = 0,5 Ом


Рисунок 11.Форма волны переключения показывает подход на основе трансформатора для схемы MAX668, повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный ток 150 В, показанный на рисунке 9.

Для использования трансформатора с соотношением витков 1: 9 требуется только полевой МОП-транзистор 22 В, но реальный приложение будет использовать полевой МОП-транзистор на 30 В (вместо полевого МОП-транзистора на 200 В) для схемы трансформатора. Тем не менее, КПД составляет 77 дюймов при выдаче 25,5 мА при 150 В (3,8 Вт). Пиковая эффективность составляет 88 дюймов при 15 мА, а общий ток холостого хода составляет всего 1,8 мА.

Использование полевого МОП-транзистора на 200 В с трансформатором позволяет получить гораздо более высокое напряжение.Полевой МОП-транзистор на 200 В и трансформатор 1: 9 теоретически могут достигать выходного напряжения до 2 кВ, но на практике обмотки трансформатора не могут выдерживать такое высокое напряжение. Однако более серьезной проблемой является получение диодов> 1 кВ с малым временем обратного восстановления. Для медленного обратного восстановления скорость переключения должна быть уменьшена.

Замена диода ES1D на 400 В CMR1U-04 от Central Semiconductor (50 нс t RR ) и замена выходных конденсаторов позволяет схеме выдавать выходные сигналы до 400 В.Диод ES1D не может надежно обеспечивать выходное напряжение более 346 В, потому что его анод имеет значение -9 × V IN , когда MOSFET включается. Сконфигурированный для V OUT = 330 В, схема была способна производить 9,6 мА (3,1 Вт) при эффективности 60 дюймов, а пиковая эффективность составляла 66 дюймов при 4 мА.

Как упоминалось ранее, полевой МОП-транзистор 30 В более логичен для выхода 150 В. IRF640NS был заменен на IRF7811W с логическим уровнем (30 В, 0,012 Ом, Q G = 18 нКл, C DSS = 500 пФ). Резко падает сопротивление (с 0.От 15 Ом до 0,012 Ом), но повышение эффективности незначительно. При максимальной нагрузке 25,7 мА при 150 В КПД составляет 82,3 дюйма (против 77 дюймов). Пиковый КПД при 15,5 мА составляет 88 дюймов. Результаты КПД суммированы в Рисунок 12 .


Рисунок 12. Этот график зависимости КПД от нагрузки сравнивает и сравнивает трансформаторные повышающие преобразователи постоянного тока с индуктивностью: повышающие преобразователи постоянного тока в постоянный ток. Максимальная нагрузка, ток покоя и КПД значительно улучшаются с помощью трансформатора.

Незначительное повышение эффективности подразумевает две вещи. Первичные потери находятся в трансформаторе (резистивные потери и энергия утечки), а емкостные потери - в полевом МОП-транзисторе. Преобладающие потери связаны с сопротивлением первичной обмотки трансформатора, которое составляет около 0,5 Ом. Вы можете масштабировать эту систему, чтобы обеспечить более высокую мощность. Например, другой заказной трансформатор, указанный для I PSAT = 5A и L P = 1,7 мкГн, должен обеспечивать более чем в два раза большую мощность.

Таким образом, помимо использования более компактного, более дешевого и более эффективного МОП-транзистора IRF7811W, повышающий преобразователь трансформатора может работать с более низкими входными напряжениями. Использование трансформатора может улучшить удельную мощность и эффективность, уменьшить пульсации и позволить использовать меньшие, более дешевые, а иногда и внутренние МОП-транзисторы. Стоимость применения трансформаторного рычага в основном связана с рыночными ограничениями. Если размер и удельная мощность имеют высокий приоритет, рассмотрите возможность использования трансформаторов.

Топология повышающих преобразователей постоянного тока сверхвысокого напряжения с простой стратегией управления

В этом документе представлена ​​топология работы понижающего преобразователя постоянного тока в постоянном токе в повышающем режиме для приложений сверхвысокого напряжения.Традиционные повышающие преобразователи DC-DC используются в высоковольтных приложениях, но они не экономичны из-за ограниченного выходного напряжения, эффективности и требуют двух датчиков со сложным алгоритмом управления. Кроме того, из-за влияния паразитных элементов выходное напряжение и эффективность передачи мощности DC-DC преобразователей ограничены. Эти ограничения преодолеваются с помощью метода подъема напряжения, который открывает хороший способ улучшить рабочие характеристики преобразователя постоянного тока в постоянный. В данной статье этот метод применяется к преобразователю постоянного тока в постоянный и упрощенному алгоритму управления.Производительность контроллера исследуется как для линейных, так и для нагрузочных помех. Эти преобразователи выполняют преобразование с увеличением положительного напряжения постоянного тока в постоянное с высокой плотностью мощности, высоким КПД, низкой стоимостью, простой структурой, небольшими колебаниями и широким диапазоном регулирования. Результаты моделирования наряду с теоретическим анализом представлены для проверки его производительности.

1. Introducton

Продолжение к бумажной работе [1], две другие топологии разработаны для сверхвысокого напряжения. Приложения.Традиционные повышающие преобразователи используются в сверхвысоких напряжениях. Приложения. Но они не экономичны из-за ограниченного выходного напряжения, эффективность, и для них требуется два датчика со сложным алгоритмом управления. Из-за влияние паразитных элементов, выходного напряжения и Передаточная эффективность преобразователей ограничена. Техника подъема напряжения популярный метод, широко применяемый в проектировании электронных схем. Это успешно применяется в преобразователях [1–5] в последние годы, и открыли путь к разработке преобразователей усиления высокого напряжения.Выходное напряжение постепенно увеличивается в геометрической прогрессии. Чтобы преодолеть эти ограничения и чтобы сделать преобразователь с простым контуром управления, новый метод, названный используется метод подъема напряжения [6–11].

В этой статье анализируется новая серия топологий преобразователей, отличная от классической. повышающий преобразователь. Эта бумага представляет повышающие преобразователи с положительным выходом, используемые с подъемом напряжения метод, реализующий увеличение выходного напряжения в простой геометрической форме. прогрессия.Они также эффективно увеличивают коэффициент передачи напряжения в соответствии с степенные термины. По своим характеристикам этот преобразователь превосходит классический. с сокращенной схемой управления. Производительность этого Преобразователь превосходит классический со следующими преимуществами. (i) Он выполняет аналогичные к классическому повышающему преобразователю со сравнительно высоковольтной передачей соотношение. (ii) Широкий диапазон регулирования с плавной пульсацией выходного напряжения является дополнительным преимуществом предлагаемого преобразователя.(iii) Высокая удельная мощность с более высоким КПД, чем у классического повышающего преобразователя. (iv) Замкнутый контур контроллеру требуется только один датчик. В этой статье операционная и математическая представлен анализ предлагаемых преобразователей I и II. Алгоритм разработан для генерации импульсов ШИМ для -канальных полевых МОП-транзисторов. Имитационная модель преобразователя: разработан в MATLAB7 с использованием инструментария simulink. Моделирование проводится для изучения производительности преобразователя при линейные и нагрузочные нарушения.В представлены результаты моделирования, которые полностью соответствуют теоретическим Результаты. Эффективность преобразователя показана путем сравнения производительность с классическим повышающим преобразователем.

2. Цепи повышающего преобразователя
2.1. Топология-I

Предлагаемая топология новой серии повышающих преобразователей основана на увеличение схема преобразователя. Топология-I представляет собой схему повышающего преобразователя с компонентами подъема напряжения, то есть с тремя дополнительными ступенями индуктивности и конденсатора наряду с основной схемой. показаны на рисунке 1.В этой топологии коммутатор - канал питания Устройство MOSFET (NMOS), которое управляется сигналом переключения с широтно-импульсной модуляцией (PWM) с переменной частотой и коэффициентом проводимости. За это цепь, нагрузка обычно резистивная,


Основной принцип этой схемы в повышение выходного напряжения - это зарядка и разрядка реактивных элементов в нагрузку, контроль уровней заряда и, следовательно, выходного напряжения с помощью включение и выключение питания цепи на очень высоком уровне частоты.Они включают диод свободного хода для защиты переключателя от индукторы имеют высокие обратные токи, и это также гарантирует, что генерируемые к нагрузке прикладывается энергия индуктора. Конденсаторы подключаются параллельно с нагрузкой для фильтрации пульсаций на выходе и поддержания постоянного выходного напряжения.

Состоит из пассивных компонентов: один статический переключатель, диоды, четыре катушки индуктивности и конденсаторы. Конденсаторы выполняют функции для повышения напряжения конденсатора. Направления всех напряжений и токов определены и показаны на рисунке 1.Предположим, что все компоненты идеальны, а конденсаторы достаточно большие. Мы также предполагаем, что схемы работают в режиме непрерывной проводимости. Выходное напряжение и ток есть, а входное напряжение и ток равны и.

2.2. Анализ топологии-I

Когда переключатель включен, его эквивалент Схема показана на рисунке 2. Мгновенный ток источника равен Ток нагрузки возникает в результате сложения двух напряжений. Это напряжение источника и напряжение на конденсаторе в период ВКЛЮЧЕНИЯ.Также конденсаторы и заряжается до входного напряжения при включении. Все индукторы ток возрастает во время включения. Когда переключатель выключен, источник ток равен нулю. Накопленная энергия в катушках индуктивности и конденсаторах разряжает и заряжает конденсатор. с направлением, показанным на рисунке 3. Одновременно через нагрузку протекает ток, который поддерживается индуктором. Токи уменьшаются во время период выключения.



В установившемся режиме среднее напряжение индуктора за период равны нулю. Таким образом

Ток индуктора увеличивается в период включения и уменьшается в период отключения. Соответствующие напряжения по горизонтали и -.

Следовательно,

Аналогично,

Во время включения напряжение на конденсаторе равно напряжению источника плюс напряжение на конденсаторе. Поскольку мы предполагаем, что и достаточно большой, во время включения, Следовательно, из эквивалентная схема периода отключения,

Коэффициент передачи напряжения режим непрерывной проводимости (CCM)

Выходное напряжение, ток и Коэффициент передачи напряжения суммируется следующим образом:

Среднее напряжение

Средние токи

2.3. Топология-II

Топология-II повышающего преобразователя полученный из топологии-I. Топология-II такая же, как топология-I. цепь с дополнительными компонентами подъема напряжения, то есть конденсатором и индуктивности в дополнение к цепи топологии I. Выходное напряжение и ток этого преобразователь плавный. Выходное напряжение этого преобразователя в четыре раза больше входного напряжения источника. Это состоит статического выключателя, диоды индуктивности конденсаторы и выходной конденсатор.Видно, что есть один добавлен конденсатор, одна катушка индуктивности и два диода в цепь. Конденсаторы выполняют характеристики для повышения напряжения конденсатора в четыре раза по сравнению с источником Напряжение . Направления всех напряжений и токов являются определены и показаны на рисунке 4.


Предполагается, что все компоненты идеальны и конденсаторы достаточно большие. Также предполагается, что схемы работают в режиме непрерывной проводимости.Выходное напряжение и ток и, в то время как входное напряжение и ток равны и. Topology-II выполняет переход от положительного к положительному преобразование напряжения с высокой эффективностью, высокой плотностью мощности и дешевой топологией в простой конструкции.

2.4. Анализ топологии-II

Когда переключатель включен, эквивалент Схема показана на рисунке 5. Мгновенный ток источника равен Ток нагрузки протекает от сложения двух напряжений, то есть источника напряжение и напряжение на конденсаторе во время включения.Также конденсаторы заряжены до входное напряжение при включенном состоянии. Все ток катушки индуктивности повышается во время включения. Когда переключатель S выключен, ток источника равен нулю и эквивалентная схема показано на рисунке 6. Накопленная энергия в катушках индуктивности и конденсаторах разряжается и заряжает конденсатор в направлении, как показано на рисунке 6. Одновременно через нагрузка, которую выдерживает индуктор Все токи катушек индуктивности уменьшаются во время периода выключения.



В установившемся режиме среднее напряжение индуктора за период равны нулю. Таким образом,

Во время включения,

Также

Ток индуктора увеличивается при включении период и уменьшается в период отключения. Соответствующие напряжения поперек и -.

Следовательно,

Аналогично для

С периода отключения эквивалентная схема,

Выходное напряжение, ток и передача напряжения приведены ниже.

Среднее напряжение

Средние токи

Таблица 1 иллюстрирует сравнение анализируемых преобразователей с классическими. повышающий преобразователь.Из таблицы это Понятно, что предложенная топология преобразователя дает более высокое выходное напряжение.


преобразователи Выходное напряжение () (вольт) Выходной ток () (амперы)

Классический буст конвертер
Топология повышающего преобразователя-I
Топология повышающего преобразователя-II

3.Контроллер с обратной связью для предлагаемого повышающего преобразователя

Схема управления с обратной связью для предлагаемого Топология повышающего преобразователя показана на рисунках 7 и 8. Схема управления по существу состоит только из одного датчика напряжения с простой структурой управления по сравнению с классическим повышающим преобразователем. для чего требуются датчики как напряжения, так и тока. подается напряжение на нагрузку обратно и сравнивается с опорным напряжением, и ошибка дается к контроллеру для стабилизации ошибки и сигнала, полученного от Контроллер - это модулирующий сигнал для схемы ШИМ.Сигнал от контроллер сравнивается с высокочастотным линейным сигналом для получения необходимого импульс для переключателя -канального MOSFET для получения опорного напряжения на нагрузка. В этой статье для приведенная выше модель преобразователя [12, 13] с использованием метода Циглера-Николса 1 is (метод -образной кривой), применяемый при разработке контроллера.



Пошаговый ввод применяется к модели предприятия и ответ представляет собой кривую в форме. Проведя касательную к -образной кривая в точке перегиба относительно оси, времени задержки и постоянная времени рассчитано.Используя [12] диаграмму Циглера-Николса, значение и рассчитывается. Контроллер, разработанный описанным выше способом, испытывается при различных условия и результаты возмущений приведены для обоснования. Закрыто схемы управления для обоих топологии одинаковые и параметры настройки и разные.

4. Результаты моделирования

Результаты моделирования предлагаемых топологий повышающих преобразователей с упрощенным контроллером схемы представлены и обсуждаются далее.Расчет индуктивности и емкости основан на 5% пульсации на выходе [14], и значения одинаковы для обеих нагрузок и поднимите часть цепи.

Моделирование параметры, взятые для анализа:

Входное напряжение = 10 В,

Индуктивность = 100? µ H,

Емкость = 5? µ F,

Сопротивление нагрузки = 44 Ом,

Коэффициент заполнения = 0,6666,

Частота переключения = 50 кГц.

контроллер передаточная функция:

На рисунке 9 показано выходное напряжение преобразователь в номинальном состоянии, поддерживающий 90 В при сопротивлении нагрузки 44 Ом, и соответствующий выходной ток 2.045 ампер показано на рисунке 10. Рисунок 11 показано изменение линейного напряжения, приложенное к топологии-I, первоначально 10 вольт поддержал и ввел изменение на 9 вольт через 0,03 секунды для анализа производительность помех в линии. На рисунке 12 показано изменение сопротивления нагрузки. применительно к топологии-I, изначально поддерживается 48 Ом, и внесены изменения до 44 Ом за 0,05 секунды для анализа характеристик возмущения нагрузки. Фигура 13 показано выходное напряжение для топологии-I как под линией, так и под нагрузкой. возмущений, выходное напряжение стабилизировалось в 0.005 секунд для обоих искажений условия контроллером с обратной связью. На рисунке 14 показан результат. ток для топологии-I при линейных возмущениях и нагрузках, как сопротивление нагрузки уменьшается с 48 Ом до 44 Ом за 0,05 секунды ток нагрузки увеличивается от 1,875 ампер до 2,045 ампер.







На рисунке 15 показано выходное напряжение преобразователь в номинальном состоянии, поддерживая 120 В при сопротивлении нагрузки 44 Ом и соответствующий выходной ток 2.7272 ампер показано на рисунке 16. Рисунок 17 показано изменение линейного напряжения, приложенное к топологии-I, первоначально поддерживается 10 вольт и ввел изменение на 9 вольт через 0,02 секунды для анализа линии нарушение производительности. На рисунке 18 показано изменение сопротивления нагрузки. для топологии-I, изначально поддерживается 48 Ом, и введено изменение до 44 Ом на 0,04 секунды для анализа характеристик возмущения нагрузки. Рисунок 19 иллюстрирует выходное напряжение для топологии-I при возмущениях линии и нагрузки, выходное напряжение стабилизировано в 0.005 секунд для обоих условий искажения Контроллер с обратной связью. На рисунке 20 показан выходной ток для топологии-I. при линейных и нагрузочных помехах, поскольку сопротивление нагрузки уменьшается с 48 Ом до 44 Ом за 0,05 секунды ток нагрузки увеличивается с 2,5 ампера до 2,7272 ампера.







5. Эффективность предлагаемого преобразователя

Эффективность предлагаемого преобразователя топологии показаны в таблице 2 путем сравнения результатов моделирования с классическими повышающий преобразователь.Из таблицы 2 видно, что выходное напряжение изменяется от От 33,33 до 300 вольт для топологии-I и от 44,44 до 400 вольт для топология-II соответственно для скважности от 0,1 до 0,9. Тем не менее классический преобразователь выдает максимум 90 вольт. Это показывает, что предлагаемые преобразователь обеспечивает более высокое выходное напряжение.


9109
9101 9101 9107

Новая серия наддува Предложены топологии преобразователей. В топологиях используется метод подъема напряжения для получения более высокого выходного напряжения, чем у классического повышающего преобразователя для тех же самых коэффициент пошлины.Техника также преодолевает влияние паразитных элементов и сводит к минимуму пульсации выходного напряжения. Упрощенный контроллер с один датчик предназначен для поддержания выходного напряжения на необходимом уровне для нагрузка и линейные помехи. Результаты моделирования подтверждают теоретический анализ. Предлагаемые топологии преобразователя находят применение в компьютерных периферийных схемах, медицинском оборудовании и промышленном приложения, требующие более высоких напряжений.

Высоковольтный повышающий преобразователь 20 Вт - Лаборатория Кевина Агаея

Стабилизаторы напряжения

DC-DC необходимы почти для всех современных электронных товаров.

Большая часть электроники имеет одно фиксированное входное напряжение и множество отдельных регуляторов напряжения для локальных компонентов цепи питания. Полупроводниковые устройства, такие как общие интегральные схемы, процессоры, память, могут потребовать разных рабочих напряжений. Подавать эти разные напряжения от нескольких источников питания просто непрактично.Вместо этого одно, может быть, два общих напряжения распределяются по шинам или плоскостям печатной платы, и если в одной секции требуется другое напряжение, используется регулятор DC-DC для достижения окончательного требуемого напряжения для этого компонента.

Регуляторы

DC-DC существуют во многих размерах и топологиях. Двумя основными типами являются регуляторы Linear и Switching .

Линейные регуляторы могут быть очень простыми, состоящими только из резистора и стабилитрона.

Изображение предоставлено пользователем Википедии BatManFascination

В этой схеме на диод подается более высокое напряжение (Vin).Как только достигается «напряжение стабилитрона» (которое намного ниже, чем у обычного диода), стабилитрон проводит на землю. Добавлен последовательный резистор, чтобы стабилитрон не пропустил большой ток и не взорвался.

Существуют более сложные устройства линейного регулятора. Например, МОП-транзистор может использоваться вместо стабилитрона в качестве полупроводникового элемента. Контур отрицательной обратной связи с усилителем ошибки может быть добавлен для управления затвором транзистора для точного и быстрого регулирования выходного напряжения.Линейные регуляторы с более высокими характеристиками могут также иметь низкое падение напряжения (LDO), что означает, что для данного выходного напряжения входное напряжение может быть более низким (обычно на несколько сотен милливольт выше входного), чем для линейного регулятора без LDO ( обычно 1,5 - 2,5 В на входе).

Изображение предоставлено примечанием к приложению 140 Linear Technologies - октябрь 2013 г.

Тем не менее, основной принцип работы любого линейного регулятора один и тот же: входное напряжение выше, чем выходное, а разница просто превращается в тепло.Линейные регуляторы предлагают низкий выходной шум, отсутствие электромагнитных помех для окружающих устройств и, как правило, дешевы, но электрически неэффективны в дополнение к невозможности повысить выходное напряжение по сравнению с входным. Возможно, вы уже думаете, что такое расположение не подходит для приложений высокого напряжения / большой мощности. Вы были бы правы.

Введите импульсный регулятор. Используя магию магнитов, импульсные регуляторы могут понижать выходное напряжение на (понижающее) или повышающееся на (повышающее) при высоких уровнях мощности и с КПД до 90%.Как это возможно?

Импульсный стабилизатор, как следует из названия, переключает входной постоянный ток на частотах, обычно между десятками и сотнями кГц, чтобы использовать эффекты магнетизма. Когда основной переключающий транзистор включен (обычно полевой МОП-транзистор), мощность перетекает от входа в катушку индуктивности. Затем сердечник индуктора намагничивается, что означает наличие магнитного потока и теперь индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля. Количество сохраненной энергии описывается следующим образом:

Где «E» - энергия в джоулях, «L» - индуктивность, а «I» - пиковый ток через катушку индуктивности в амперах.(Это, вероятно, получено из уравнений Максвелла и доказывает, что это выходит далеко за рамки моих математических способностей. Не стесняйтесь комментировать, если у вас есть доказательство).

Затем, до достижения магнитного насыщения (точка, в которой сердечник индуктора достигает своей максимальной магнитной емкости), полевой МОП-транзистор выключается. Магнитное поле в катушке индуктивности коллапсирует, производя энергию через ту же катушку, которая изначально намагничивала его.

Теперь энергия, выделяемая из катушки индуктивности, должна быть направлена ​​на выходной «сглаживающий» конденсатор (ы).Обычно это делается одним из двух способов; с диодом, либо со вторым транзистором. Этот тип топологии переключающего преобразователя с диодом известен как «несинхронный» преобразователь . Когда вместо него используется транзистор, он называется «синхронным» преобразователем , , .

Изображение любезно предоставлено Брайаном Кингом - Texas Instruments

Несинхронные понижающие / повышающие стабилизаторы меньше, дешевле и менее сложны, чем синхронные конструкции, но также работают с более низким КПД, в основном из-за падения напряжения на «улавливающем» диоде.

Синхронные стабилизаторы

более эффективны благодаря более низкому падению напряжения на дополнительном MOSFET, но более сложны в конструкции и в целом более дороги.

Поздравляю. Теперь вы знаете основные принципы работы импульсных регуляторов постоянного тока. На практике, однако, существует множество уловок, которые опытный инженер силовой электроники использует для оптимизации конструкции для конкретного приложения; будь то высокая эффективность, малая занимаемая площадь, высокая мощность… что угодно.Настоящее мастерство заключается в выборе компонентов и физической компоновке всей схемы.

Сведение к минимуму ESR ваших выходных конденсаторов для снижения выходных пульсаций, материалов сердечника индуктора и потерь в сердечнике, хорошая компоновка печатной платы для минимизации шума от элементов переключения питания в сигнальные цепи для ИС контроллера, управление температурой… список можно продолжить. Это слишком широкая тема, чтобы охватить ее в одном сообщении в блоге, и я ни в коем случае не ветеран силовой электроники. Существует множество литературы для углубленного анализа каждого аспекта конструкции импульсного преобразователя, потому что это действительно тема, которая распространяется на все аспекты современной электроники.

Теперь, когда вы все разобрались в этой теме, позвольте мне представить один из моих проектов: повышающий преобразователь мощностью 20 Вт, 12 вольт в 180 вольт.

Для этого слайд-шоу требуется JavaScript.

Это высоковольтный источник питания, который я хотел собрать для проектов, связанных с nixie. Он основан на буст-контроллере Texas Instruments TPS40211. Рассматриваемая схема спроектирована так, чтобы выдавать твердые 100 мА при 180 В постоянного тока от входа 12 В; много, учитывая, что большинство индивидуальных nixies обычно используют от 2 до 5 миллиампер на трубку.Размеры платы составляют 3,32 дюйма x 2,19 дюйма (84,45 мм x 2,19 мм). Контроллер переключения TI имеет управление включением / отключением, которое может быть поднято до высокого логического уровня (1,2 ~ 10 В), чтобы отключить схему переключения, например, с помощью внешнего микроконтроллера.

Моя первая ревизия, до того как я прочитал какую-либо схему коммутации преобразователя, была полной и полной неудачей. Я не стал заполнять доски с таким дизайном.

Как НЕ разрабатывать импульсный регулятор. Посмотрите на эти тонкие следы, идущие к катушке индуктивности и полевому МОП-транзистору (T1… да, «T»)… о чем я думал ?!

После того, как я понял, что мой первый макет был полной мерзостью (включая условное обозначение транзистора), я перешел к Ревизии 2.

ПУТЬ лучше. Обратите внимание на большие медные плоскости питания на входе и выходе, короткую дорожку возбуждения затвора от U1 до Q1, а также отделение силовой электроники от контроллера и сигнального квадранта. Я также исправил несколько ошибок (если вы их заметили).

После того, как мои платы Revision 2 были заказаны в JLCPCB в среду, они сразу же прибыли из Китая в следующий понедельник. Пора их заселить!

Платы прибыли менее чем за неделю!

Все компоненты выложены, свежие с DigiKey.

Паяем контроллер в первую очередь.

Использование горячего воздуха и микроскопа.

Готовая доска!

Крупный план.

К моему удивлению схема заработала! Когда я впервые включил его, ничего не произошло (как я и ожидал). Оказывается, приводной штифт затвора MOSFET не был подключен к контактной площадке на плате. Как только я исправил эту маленькую ошибку, схема ожила! Теперь на выходе было стабильное 180 В постоянного тока.Пора наклеить резисторы на эту малышку и испытать мое творение!

Результатов:

КПД 75-80% от низкой до высокой нагрузки соответственно. Сейчас совсем плохо, учитывая, с чего я начал, и тот факт, что все это обучение и проектирование было сделано примерно за неделю.

Посмотрите на тепловые характеристики:

Резистор обратной связи горячий.

Первая проблема, которую я заметил, заключается в том, что резистор обратной связи по выходному напряжению (R5 - 51K) нагревается. Имеет смысл… 51 кОм на 180 В рассеивает почти 2/3 ватта.Компонент, который я использовал, рассчитан на 1 ватт… но это все еще не нормально. В примечаниях к применению для TPS 40211 предлагается использовать резистор обратной связи между 10–100 кОм в неделю. Я начал с середины, но, похоже, нам нужно перейти к более высокому уровню этой шкалы. Превышение 100 кОм может снизить чувствительность к шуму до нежелательной степени, поэтому я сделаю этот резистор 90 кОм. Кроме того, добавление «радиатора» путем сшивания одной стороны резистора с медной заливкой на другой стороне платы должно лучше рассеивать уменьшенное вдвое тепло.

Теперь для контроля тепла от силовой электроники под нагрузкой:

60 мА нагрузка. Становится тепло.

Нагрузка 90 мА. Конечная температура была почти 200 ° F

Это тоже неудивительно. Учитывая, что я не реализовал управление температурой для транзистора, он действительно выделял и сохранял значительное количество тепла. Максимальная номинальная рабочая температура составляет 150 ° C (~ 302 ° F), но я все же хочу как можно лучше управлять нагревом за счет хорошей конструкции платы. В дополнение к замене резистора обратной связи, еще одна важная добавленная функция будет связана с сшиванием радиатора полевого МОП-транзистора с основным заливом в нижней части платы.Чтобы освободить место для этого, я также перейду от индуктора для поверхностного монтажа к вертикально стоящей версии со сквозным отверстием.

Полученная недвижимость на плате также позволила мне добавить предохранитель для защиты входа в дополнение к фильтру электромагнитных помех на стороне низкого напряжения. Это фильтр с параллельным затуханием, который я разработал с помощью онлайн-утилиты TI Webench. Этот фильтр должен ослаблять высокочастотный шум, чтобы он не попадал в источник питания и не выходил из него.

Схема Rev 3 выглядит следующим образом:

Другие дополнительные детали включают клеммные колодки «провод-плата» для высоковольтного выхода и неоновую лампочку, указывающую, присутствует ли высокое напряжение на выходе.

На момент написания этой статьи платы версии 3 заказываются и производятся с толщиной меди 2 унции вместо 1 унции, как на плате версии 2. Моя цель - не построить самый дешевый повышающий преобразователь, а такой, который использует высококачественные компоненты, имеет больше шума, чем мне когда-либо понадобится, и спроектирован с учетом моих возможностей. Скоро последуют обновления!

ОБНОВЛЕНИЕ: 29.08.2019

Ревизия 3 собрана и протестирована успешно!

Ревизия 3 подвергается некоторым пыткам

Я сделал несколько ошибок, прежде чем заставить ее работать.Во-первых, меняя резистор обратной связи на 91К, я забыл поменять другой резистор в делителе!

Это все равно было 73,2 Ом!

Сразу при включении напряжение подскочило от 180 до примерно 320 вольт!

Поразмыслив, в чем была моя ошибка, я понял, что напряжение обратной связи было почти вдвое меньше, чем должно быть для TPS40211. Напряжение 180 В на делителе 91 кОм и (ошибочное) 73,2 Ом составляет около 145 мВ, тогда как эталонное значение для TPS40211 должно быть 260 мВ.Транзистор выпустил волшебный дым прежде, чем я смог отключить входное питание. Ой!

Обратите внимание на маленькое отверстие для штифта прямо под «AN» в «HAN912»

. После замены транзистора и R4 на соответствующий резистор 130 Ом мой источник питания ожил. Я также изменил конденсатор плавного пуска C4 с 4,7 мкФ на 10 мкФ. Я заметил, что источник питания переходит в режим «икоты» при перегрузке по току при запуске с более высокой (> 50 мА) нагрузкой.

Еще одно изменение, которое необходимо внести, касается шунтирующего резистора R7.Поскольку TPS40211 является контроллером режима тока, он определяет ток через смещение в этом компоненте. Я снова заметил, что выше 90 мА контроллер перейдет в режим защиты от перегрузки по току. Поскольку у меня не было набора резисторов 1206 в диапазоне 20-25 мОм, я провел испытания на выносливость при 85 мА.

При нагрузке 85 мА пульсации на выходе составляли около 4 вольт от пика до пика. Я могу жить с пульсацией на выходе 2,2%. Никто не питает напрямую логику на 180 вольт.

Эффективность и тепловые характеристики также были улучшены по сравнению с версией 2, в основном из-за уменьшенного вдвое теплоотвода через резистор обратной связи и за счет сшивания вокруг MOSFET радиатора Q1 с обеих сторон платы.

В среднем увеличение КПД на 2 ~ 3%, снижение рабочей температуры полевого транзистора на ~ 15 ° C 1 час работы при 85 мА Остыть, чтобы увидеть пути рассеяния Дно доски во время охлаждения

Это был чрезвычайно познавательный опыт. Импульсные источники питания создают ряд проблем при разработке. Эффективность, компоновка, рассеивание тепла, шум, стабильность… Необходимо тщательно продумать каждый аспект конструкции, чтобы добиться оптимального баланса между критическими рабочими параметрами.

Продвигаясь вперед с новыми знаниями, я планирую 10-ваттную версию для использования в знаменитых часах MOD-SIX nixie! Оставайтесь в курсе.

Краткий обзор новой конструкции мощностью 10 Вт!

Нравится:

Нравится Загрузка ...

Связанные

Цепи высокого напряжения

Цепи высокого напряжения

+

См. Также:

Ион Подача смещения камеры

Схемы счетчика Гейгера

Множители напряжения Кокрофта-Уолтона

Эти цепи генерируют высокое напряжение и может вызвать опасные удары! Не создавайте эти устройства, если у вас нет опыта и квалифицированы для работы на высоковольтных устройствах.

Тестер пробоя высокого напряжения

(Не для новичков!)

Следующая схема используется для определения напряжения пробоя электронные компоненты, не вызывая необратимых повреждений. Схема быстро набирает обороты. напряжение повышается с нуля и останавливается, когда ток утечки достигает заданного значения до 100 uA. При подаче питания схема двухтранзисторного мигающего сигнала приводит в действие выходной каскад комплементарной симметрии с прямоугольным импульсом около 3 или 4 кГц (устанавливается 0.02 мкФ конденсатор). Выходной каскад подключен к обмотке динамика аудиосистемы. трансформатор от старого лампового радиоприемника, и трансформатор повышает напряжение примерно до 250 VRMS. Здесь будут работать многие аудио или силовые трансформаторы, но более низкая частота может быть лучше. при использовании силового трансформатора. Этот высоковольтный переменный ток дополнительно повышается с помощью диода. умножитель напряжения, состоящий из высоковольтных выпрямителей и конденсаторов на 1000 вольт. В Высокое напряжение фильтруется, а ток ограничивается двумя резисторами и 0.Конденсатор 1 мкФ. Это отфильтрованное напряжение подключается к положительному испытательному выводу. Отрицательный тест терминал принимает ток, протекающий через тестируемое устройство, и преобразует его до напряжения с резистором 10 кОм. 100 мкА даст 1 вольт. Стабилитрон включен для защиты операционный усилитель. На другой вход операционного усилителя подается опорное напряжение от 0 до 1 вольт. установите пороговый ток и когда D.U.T. ток превышает этот ток 2N4401 включается и забирает ток с 0.02 мкФ конденсатор в цепи мигалки, ограничивающий выходное напряжение.

Вольтметр (не показан) подключен между положительной клеммой и заземление цепи для считывания напряжения. (Примечание: не подключайте измеритель к отрицательному клемма - отрицательный вывод измерителя идет на землю.) Резистор 40 МОм (4, 10 МОм в серии) последовательно с измерителем тока на 50 мкА получится измеритель полной шкалы на 2000 вольт, который должно быть адекватным. Прототип, показанный на картинке, также имеет шкалу 200 вольт, которая использует резистор серии 4 МОм.Выключатель питания управляет реле, которое выбирает счетчик. диапазон, но эта опция лишь немного полезна, и схема переключения должна работать с высоким Напряжение. Если вы хотите иметь диапазоны измерения и используете измеритель тока, подключите резисторы на высокое напряжение и переключить другой конец резисторов вместо работы высокое напряжение прямо на коммутационное устройство. Добавьте неоновые лампы или другое напряжение ограничивающие устройства относительно земли, чтобы ограничить напряжение, видимое реле или переключателем.

Конструкция не критична, за исключением секции высокого напряжения, которая должны быть хорошо изолированы от других цепей. Обратите внимание на "воздушную проводку" techinque для умножителя напряжения. Были приняты меры к тому, чтобы никакие другие провода не были возле высоковольтного отсека.

Чтобы использовать тестер, подключите тестируемое устройство к тесту. клеммы, установите максимальный ток, затем включите выключатель питания.Держитесь подальше от терминалы или вы получите неприятный укус! После определения напряжения пробоя включите выключите питание и дайте вольтметру разрядить конденсатор, прежде чем снимать D.U.T. (Тестируемое устройство)

Использует:

Попробуйте классифицировать недорогие диоды 1N4001 или аналогичные. Вы найдете разбивку напряжения от 50 вольт до более 1000 вольт! Устройства более низкого напряжения могут использоваться как стабилитроны. в приложениях с очень низким током. Проверить напряжение пробоя транзисторов.Например, Подключите коллектор 2N4401 к плюсу, а эмиттер к минусу и обратите внимание на напряжение пробоя ниже 100 вольт. Теперь подключите базу к эмиттеру и напряжение пробоя возрастет. Когда вы видите номинальное напряжение пробоя, например «Vceo», «ce» означает «от коллектора к эмитенту», а «о» означает «с открытым основанием».


Генератор высокого напряжения для слаботочных приложений

Вот простая схема для генерации более 100 вольт от источника 12 вольт для питание слаботочных устройств и экспериментов.Два транзистора могут быть 2N4401 и 2N4403. или аналогичный для приложений с более низким энергопотреблением или устройств с более высокой мощностью для более тяжелых нагрузок. Если больше требуется мощность, затем уменьшите два эмиттерных резистора 10 Ом до 3,3 Ом. При вождении силовых транзисторов, большего привода можно достичь, добавив еще два затвора и резистора в параллельно с двумя показанными выходными вентилями. Обратите внимание, что два воротника водителя просто находятся внутри. параллельно с резисторами ограничения тока 220 Ом, включенными последовательно с их выходами.

Трансформатор представляет собой обычный силовой трансформатор, но с вторичным напряжением. немного ниже напряжения источника питания даст более высокое выходное напряжение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Коэффициент заполнения () Выходное напряжение () классическое преобразователь Выходное напряжение () предложенная топология-I Выходное напряжение () предлагаемая топология-II

0.1 1,11 33,33 44,44
0,2 2,5 37,5 50
0,3 4,28 42,81010 4,28 42,81010 42,8107 66,66
0,5 10 60 80
0,6 15 75 100
0,7 23.33 100 133,33
0,8 40 150 200
0,9 90 300 400
400