Spänningsmultiplikatorkretsar förklarade

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





Den elektroniska kretsenheten som används för att öka spänningen till 2x ordning genom att ladda kondensatorer från en lägre ingångsspänning kallas spänningsdubblare.

Laddningsströmmen kopplas på ett sådant sätt att spänningen som produceras vid utgången i alla ideala situationer är exakt två gånger den för ingångsspänningen.



Enklaste spänningsmultiplikator med hjälp av dioder

Den enklaste formen av spänningsdubblerkrets är en typ av likriktare som tar ingången i form av växelströmsspänning (AC) och producerar en dubbel magnitud (DC) spänning som utgång.

Enkla dioder används som kopplingselement och en ingång i form av enbart växelspänning används för att driva dessa dioder i ett omkopplingstillstånd.



En ytterligare drivkrets krävs för att reglera omkopplingshastigheten om spänningsfördubblare som används är av DC till DC-typ eftersom de inte kan kopplas på ovanstående sätt.

DC- till DC-spänningsomvandlingskretsarna kräver oftast en annan extra anordning som kallas omkopplingselement som enkelt och direkt kan styras, t.ex. i en transistor.

Således, när det använder omkopplingselement, behöver det inte bero på spänningen som finns över omkopplaren, vilket är fallet i en enkel form av växelström till likström.

Spänningsfördubblaren är en typ av spänningsmultiplikatorkretsen. De flesta av spänningsdubblerkretsarna med få undantag kan ses i form av en multiplikator med högre ordning i ett enda steg. Dessutom uppnås en större mängd spänningsmultiplikation när det finns kaskad identiska steg som används tillsammans.

Villard Circuit

Villard-kretsen har en enkel komposition bestående av en diod och en kondensator. Å ena sidan där Villard-kretsen ger fördelar när det gäller enkelhet, å andra sidan är det också känt att producera effekt som har krusningsegenskaper som anses vara mycket dåliga.

villard spänning multiplikator krets

Figur 1. Villkrets

I huvudsak är Villard-kretsen en form av diodklämkrets. De negativa höga cyklerna används för att ladda kondensatorn till AC-toppspänningen (Vpk). AC-vågformen som ingång tillsammans med kondensatorns stabila likströms superposition bildar utgången.

Vågformens DC-värde flyttas genom att använda kretsens effekt på den. Eftersom dioden klämmer AC-vågformens negativa toppar till värdet 0V (i faktiska termer är det –VF, vilket är den lilla framspänningen för dioden), är utgångsvågformens positiva toppar värdet 2Vpk.

Topp-till-topp är svår att jämna ut eftersom den har en enorm storlek på värdet 2Vpk och således kan den utjämnas endast när kretsen omvandlas till andra mer sofistikerade former på ett effektivt sätt.

Den negativa högspänningen tillförs magnetronen genom att använda denna krets (som består av dioder i omvänd form) i en mikrovågsugn.

Greinacher-krets

Greinarcher-spänningsdubblaren har visat sig vara bättre än Villard-kretsen genom att förbättra sig avsevärt genom att lägga till några ytterligare komponenter till en liten kostnad.

Under tillståndet med öppen kretsbelastning befinns krusningen vara mycket reducerad, oftast till ett tillstånd av noll men belastningens motstånd och värdet på kondensatorn som används spelar en viktig roll och påverkar nuvarande dras.

Greinacher-krets

Figur 2. Greinacher-krets

Villard-cellsteget följs av kretsen för att fungera med hjälp av ett kuvertdetektorsteg eller en toppdetektor.

Effekten av toppdetektorn är sådan att mycket av krusningen avlägsnas medan utsignalen från toppspänningen bevaras som sådan.

Heinrich Greinacher var den första personen som uppfann denna krets 1913 (som publicerades 1914) för att ge den spänning på 200-300V som behövdes av honom för sin jonometer som återigen var en ny uppfinning av honom.

Kravet på att uppfinna denna krets för att få så mycket spänning uppstod eftersom kraften från Zürichs kraftverk endast var 110V AC och därmed var otillräcklig.

Heinrich utvecklade denna idé mer 1920 och utvidgade den till att göra en kaskad av multiplikatorer. För det mesta hänvisar folk denna kaskad av multiplikatorer som uppfanns av Heinrich Greinacher som en Villard-kaskad som är felaktig och inte sant.

Denna kaskad av multiplikatorer är också känd som Cockroft-Walton efter forskarna John Cockroft och Ernest Walton som hade byggt partikelaccelerator-maskinen och hade återupptäckt kretsen självständigt 1932.

Användningen av två Greinacher-celler som har polariteter mittemot varandra men som drivs från samma växelströmskälla kan utöka konceptet för denna typ av topologi till en spänning fyrfaldarkrets.

De två individuella utgångarna används för att ta ner utmatningen över dem. Jordningen av ingången och utgången samtidigt i denna krets är ganska omöjlig som det är fallet med en bryggkrets.

Bridge Circuit

Den typ av topologi som används av en Delon-krets för att få spänningsfördubbling kallas brotopologi.

En av de vanligaste användningarna av denna typ av delonkretsar befanns vara i TV-apparaterna med katodstrålerör. Delonkretsen i dessa TV-apparater användes för att ge e.h.t. spänningsförsörjning.

Figur 3. Spänning fyrfaldare - två Greinacher celler med motsatta polariteter

Det finns många säkerhetsrisker och problem i samband med generering av spänningar på mer än 5kV tillsammans med att de är mycket oekonomiska i en transformator, mestadels i utrustningen som är hushållsutrustning.

Men en e.h.t. 10kV är ett grundläggande krav för TV-apparaterna som är svartvita medan färg-TV-apparaterna kräver ännu mer e.h.t.

Det finns olika sätt på vilka e.h.t. av sådana dimensioner uppnås såsom: att fördubbla spänningen på nättransformatorn inom en e.h.t lindning på den genom att använda spänningsdubblare eller genom att applicera spänningsdubblarna på vågformen på linjens återgångsspolar.

De två toppdetektorerna som består av halvvåg i en krets liknar funktionellt de toppdetektorceller som finns i Greinacher-kretsen.

Halvcyklerna som är motsatta varandra för den inkommande vågformen används för manövrering av var och en av de två toppdetektorcellerna. Utgången visar sig alltid vara dubbelt så hög som ingångsspänningen eftersom de utgångar som produceras av dem är i serie.

Figur 4. Bridge (Delon) spänningsdubblare

Växlade kondensatorkretsar

Spänningen hos en likströmskälla kan fördubblas med användning av diodkondensatorkretsarna som är enkla och som har beskrivits i ovanstående avsnitt genom att föregå spänningsdubblaren med användning av en hackarkrets.

Således är detta effektivt för att omvandla DC till AC innan den går igenom spänningsdubblaren. För att uppnå och byggda kretsar som är mer effektiva drivs omkopplingsanordningarna från en extern klocka som är skicklig i att fungera både när det gäller huggning och multiplicering och kan uppnås samtidigt.

Växlade kondensatorkretsar

Figur 5.

Omkopplad kondensator spänningsdubblare uppnås genom att helt enkelt växla laddade kondensatorer från parallella till serier Dessa typer av kretsar är kända som kopplade kondensatorkretsar.

De applikationer som drivs av lågspänning är de applikationer som särskilt använder detta tillvägagångssätt eftersom integrerade kretsar har ett krav på en specifik mängd spänning som är mer än vad batteriet faktiskt kan leverera eller producera.

I de flesta fall finns det alltid en tillgänglighet av en klocksignal ombord på den integrerade kretsen och detta gör det därför onödigt att ha några andra ytterligare kretsar eller bara lite kretsar behövs för att generera den.

Således visar diagrammet i figur 5 schematiskt den enklaste formen av omkopplad kondensatorkonfiguration. I det här diagrammet finns det två kondensatorer som har laddats till samma spänning samtidigt parallellt.

Efter att denna kondensator byts till serie efter att strömmen har stängts av. Således är den producerade utspänningen dubbelt så stor som matnings- eller ingångsspänningen om utgången härrör från de två kondensatorerna i serie.

Det finns olika typer av omkopplingsanordningar som kan användas i sådana kretsar, men MOSFET-enheter är de mest använda kopplingsanordningarna i fallet med integrerade kretsar.

Figur 6. Schema över laddspumpens spänningsfördubblare

Diagrammet i figur 6 visar schematiskt ett av de andra grundläggande begreppen för ”laddpumpen”. Ingångsspänningen används för att först ladda Cp, laddningspumpens kondensator.

Efter detta laddas utgångskondensatorn, C0 genom att växla i serie med ingångsspänningen, vilket resulterar i laddning av C0 dubbelt så mycket ingångsspänning. För att framgångsrikt kunna ladda C0 helt kan laddningspumpen behöva ta många cykler.

Men när ett stabilt tillstånd har förvärvats, är det enda väsentliga för laddningspumpkondensatorn, Cp att pumpa laddning i små mängder, vilket motsvarar laddningen från utgångskondensatorn, C0 till belastningen.

En krusning bildas på utspänningen när C0 släpps ut delvis i lasten medan den kopplas bort från laddpumpen. Denna krusning som bildas i denna process har karakteristiken för kortare urladdningstid och är lätt att filtrera och därmed gör dessa egenskaper dem mindre för frekvenser för högre klockfrekvenser.

Således kan kondensatorerna för varje specifik krusning göras mindre. Den maximala mängden klockfrekvens för alla praktiska ändamål i de integrerade kretsarna ligger vanligtvis inom hundratals kHz.

Dickson laddningspump

Dickson-laddningspumpen, även känd som Dickson-multiplikator, består av en kaskad av diod / kondensatorceller där ett klockpulståg driver bottenplattan på var och en av kondensatorerna.

Kretsen anses vara en modifiering av Cockcroft-Walton-multiplikatorn men med det enda undantaget att växlingssignalen tillhandahålls av DC-ingången med klocktåg istället för en AC-ingång, vilket är fallet med Cockcroft-Walton-multiplikatorn.

Grundkravet för en Dickson-multiplikator är att klockpulserna i faser mittemot varandra ska driva de alternativa cellerna. Men i fallet med en spänningsdubblare, som visas i figur 7, krävs endast en enda klocksignal eftersom det bara finns ett steg med multiplikation.

Dickson laddningspump

Figur 7. Dickson laddnings-pump spänningsdubblare

Kretsarna där Dickson-multiplikatorer oftast används och ofta är de integrerade kretsarna där matningsspänningen som från vilket batteri som helst är mindre än vad som krävs av kretsarna.

Det faktum att alla halvledare som används i detta är i princip lika fungerar som en fördel för tillverkarna av den integrerade kretsen.

Standardlogikblocket som oftast finns och används i många integrerade kretsar är MOSFET-enheterna.

Detta är en av anledningarna till att dioderna ofta ersätts av transistorn av denna typ, men också kopplas till en funktion i form av en diod.

Detta arrangemang är också känt som en diodkopplad MOSFET. Diagrammet i figur 8 visar en Dickson-spänningsdubblare som använder denna typ av diodkopplade MOSFET-enheter med n-kanalförbättringstyp.

Figur 8. Dickson spänningsdubblare med diodkopplade MOSFET

Grundformen för Dickson laddpump har genomgått många förbättringar och variationer. De flesta av dessa förbättringar ligger inom området för minskning av effekten som produceras av transistoravloppskällans spänning. Denna förbättring betraktas som betydande om ingångsspänningen är liten som för lågspänningsbatteri.

Utgångsspänningen är alltid en integrerad multipel av ingångsspänningen (två gånger i fallet med en spänningsfördubbler) när ideala omkopplingselement används.

Men om ett encelligt batteri används som ingångskälla tillsammans med MOSFET-omkopplare, är utgången i sådana fall mycket mindre än detta värde eftersom det kommer att minska spänningen över transistorerna.

På grund av det extremt låga spänningsfallet i on-state för en krets som använder diskreta komponenter anses Schottky-dioden vara ett bra val som ett omkopplingselement.

Men konstruktörerna av integrerad krets föredrar mest MOSFET att använda eftersom det är lättare tillgängligt vilket mer än kompenserar för närvaron av brister och hög komplexitet i kretsen som finns i MOSFET-enheter.

För att illustrera detta, låt oss ta ett exempel: en nominell spänning på 1,5 V finns i ett alkaliskt batteri.

Utgången i detta kan fördubblas till 3,0 V med hjälp av en spänningsdubbler tillsammans med ideala omkopplingselement som har ett spänningsfall på noll.

Men den diodkopplade MOSFET: s spänningsfall för avloppskällan när den är i läget på måste vara minst lika med grindtröskelspänningen som vanligtvis ligger i melodin 0,9V.

Utgångsspänningen kan bara höjas av spänningsfördubblaren med cirka 0,6V till 2,1V.

Ökningen av spänningen av kretsen kan inte uppnås utan att använda flera steg om fallet över den slutliga utjämningstransistorn också beaktas och beaktas.

Å andra sidan är spänningen på scenen för en typisk Schottky-diod på 0,3 V. utgångsspänningen som produceras av en spänningsdubblare ligger i området 2,7 V om den använder Schottky-diod, eller 2,4 V om den använder utjämningsdioden.

Tvärkopplade kondensatorer

De tvärkopplade omkopplade kondensatorkretsarna är kända för att ingångsspänningen är mycket låg. Ett encelligt batteri kan krävas i utrustningen som drivs av trådlöst batteri som personsökare och Bluetooth-enheter för att kontinuerligt förse ström när det har laddats ur under en volt.

Tvärkopplade kondensatorer

Figur 9. Tvärkopplad strömbrytare med omkopplare med kondensator

Transistorn Q2 stängs av om klockan är låg. Samtidigt slås transistorn Q1 på om klockan är hög och detta resulterar i laddning av kondensatorn Cl till spänningen Vn. topplattan på C1 skjuts upp till dubbla Vin om Ø1 blir hög.

För att möjliggöra att denna spänning visas som en utgång, stängs omkopplaren S1 samtidigt. Samtidigt tillåts C2 att laddas genom att sätta på Q2.

Komponenternas roller vänds om i nästa halvcykel: Ø1 blir låg, S1 öppnas, Ø2 blir hög och S2 stänger.

Alternativt, från varje sida av kretsen, levereras utspänningen med 2Vin. förlusten i denna krets är låg eftersom det saknas diodkopplade MOSFET och tröskelspänningsproblemen associerade med den.

En av de andra fördelarna med kretsen är att den fördubblar rippelfrekvensen eftersom det finns två spänningsdubblers närvarande som matar utgången effektivt från fasuret.

Den grundläggande nackdelen med denna krets är att de avvikande kapacitanserna hos Dickinson-multiplikatorn visar sig vara mycket mindre signifikanta än denna krets och därmed står för de flesta förlusterna som uppstår i denna krets.

Artighet: https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_doubler




Tidigare: 10/12 watt LED-lampa med 12 V-adapter Nästa: Använda Aluminium Strip Heatsink för Hi-watt-lysdioder istället för PCB