Napetostni množitelj za 8. Napetostni množilni usmerniki

Vse pogosteje so se radijski amaterji začeli zanimati za močnostna vezja, ki so zgrajena na principu množenja napetosti. To zanimanje je povezano s pojavom na trgu miniaturnih kondenzatorjev z visoko kapacitivnostjo in naraščajočimi stroški bakrene žice, ki se uporablja za navijanje transformatorskih tuljav. Dodatna prednost omenjenih naprav so majhne dimenzije, ki bistveno zmanjšajo končne dimenzije projektirane opreme. Kaj je multiplikator napetosti? Ta naprava je sestavljena iz kondenzatorjev in diod, povezanih na določen način. V bistvu je pretvornik izmenične napetosti iz nizkonapetostnega vira v visoko enosmerno napetost. Zakaj potrebujete multiplikator enosmerne napetosti?

Področje uporabe

Takšna naprava je našla široko uporabo v televizijski opremi (v virih anodne napetosti slikovnih cevi), medicinski opremi (za napajanje visokozmogljivih laserjev) in v merilni tehniki (instrumenti za merjenje sevanja, osciloskopi). Poleg tega se uporablja v napravah za nočno opazovanje, napravah z elektrošoki, gospodinjski in pisarniški opremi (fotokopirni stroji) itd. Napetostni množitelj je pridobil tako priljubljenost zaradi zmožnosti ustvarjanja napetosti do deset in celo sto tisoč voltov in to z majhnimi dimenzijami in težo naprave. Druga pomembna prednost omenjenih naprav je enostavna izdelava.

Vrste vezij

Obravnavane naprave so razdeljene na simetrične in asimetrične, na množilnike prve in druge vrste. Simetrični napetostni množitelj dobimo s povezavo dveh asimetričnih vezij. V enem takem vezju se spremeni polarnost kondenzatorjev (elektrolitov) in prevodnost diod. Najboljše lastnosti ima simetrični multiplikator. Ena glavnih prednosti je podvojena vrednost frekvence valovanja usmerjene napetosti.

Načelo delovanja

Na fotografiji je prikazano najpreprostejše vezje polvalovne naprave. Razmislimo o načelu delovanja. Pri uporabi negativnega polcikla napetosti se kondenzator C1 začne polniti skozi odprto diodo D1 do vrednosti amplitude uporabljene napetosti. V trenutku, ko se začne obdobje pozitivnega vala, se kondenzator C2 napolni (skozi diodo D2) na dvakratno napetost. Na začetku naslednje stopnje negativnega polcikla se napolni kondenzator C3 - prav tako na dvakratno vrednost napetosti, ob spremembi polcikla pa se na določeno vrednost napolni tudi kondenzator C4. Naprava se zažene v več polnih obdobjih napetosti izmeničnega toka. Izhod je konstantna fizikalna količina, ki je vsota indikatorjev napetosti zaporednih, stalno nabitih kondenzatorjev C2 in C4. Posledično dobimo štirikrat večjo vrednost kot na vhodu. To je princip delovanja napetostnega multiplikatorja.

Izračun vezja

Pri izračunu je potrebno nastaviti zahtevane parametre: izhodno napetost, moč, izmenično vhodno napetost, dimenzije. Ne smemo zanemariti nekaterih omejitev: vhodna napetost ne sme presegati 15 kV, njena frekvenca se giblje od 5-100 kHz, izhodna vrednost ne sme presegati 150 kV. V praksi se uporabljajo naprave z izhodno močjo 50 W, čeprav je realno načrtovati napetostni množitelj z izhodno vrednostjo, ki se približuje 200 W. Vrednost izhodne napetosti je neposredno odvisna od obremenitvenega toka in je določena s formulo:

U out = N*U in - (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC, kjer

I - tok obremenitve;

N - število korakov;

F - frekvenca vhodne napetosti;

C je zmogljivost generatorja.

Če torej nastavite vrednost izhodne napetosti, toka, frekvence in števila korakov, je mogoče izračunati potrebno

Članek opisuje glavne možnosti multiplikatorjev napetosti, ki se uporabljajo v najrazličnejših elektronskih napravah, in podaja izračunana razmerja. To gradivo bo zanimivo za radioamaterje, ki se ukvarjajo z razvojem opreme, ki uporablja množilnike.

Množilniki se pogosto uporabljajo v sodobnih elektronskih napravah. Uporabljajo se v televizijski in medicinski opremi (anodni napetostni viri za slikovne cevi, napajalniki za laserje majhne moči), v merilni opremi (osciloskopi, instrumenti za merjenje ravni in doz radioaktivnega sevanja), v napravah za nočno opazovanje in napravah za elektrošoke. , gospodinjske in pisarniške elektronske naprave (ionizatorji, "lestenec Čiževskega", fotokopirni stroji) in mnoga druga področja tehnologije. To se je zgodilo zaradi glavnih lastnosti multiplikatorjev - zmožnosti ustvarjanja visoke, do nekaj deset in sto tisoč voltov, napetosti z majhnimi dimenzijami in težo. Druga pomembna prednost je njihova enostavnost izračuna in izdelave.

Napetostni množitelj je sestavljen iz na določen način povezanih diod in kondenzatorjev in je pretvornik napetosti izmeničnega toka iz nizkonapetostnega vira v visokonapetostni enosmerni tok.

Načelo njegovega delovanja je razvidno iz sl. 1, ki prikazuje vezje polvalovnega množitelja. Oglejmo si korak za korakom procese, ki se v njem dogajajo.

Med negativno polkrožno napetostjo se kondenzator C1 napolni skozi odprto diodo VD1 do vrednosti amplitude uporabljene napetosti U. Ko se na vhod množilnika priključi pozitivna polkrožna napetost, se kondenzator C2 napolni skozi odprto diodo VD2 na napetost 2Ua. Med naslednjo stopnjo - negativnim polciklom - se kondenzator C3 napolni preko diode VD3 do napetosti 2U. In končno, med naslednjim pozitivnim polciklom se kondenzator C4 napolni do napetosti 2U.

Očitno se množitelj zažene v več obdobjih izmenične napetosti. Konstantna izhodna napetost je vsota napetosti na zaporedno vezanih in stalno polnjenih kondenzatorjih C2 in C4 in znaša 4Ua.

Prikazano na sl. 1 množitelj se nanaša na serijske množitelje. Obstajajo tudi vzporedni multiplikatorji napetosti, ki zahtevajo manjšo kapaciteto kondenzatorja na stopnjo množitelja. Na sl. Slika 2 prikazuje diagram takšnega polvalovnega množitelja.

Najpogosteje uporabljeni so serijski množitelji. So bolj univerzalni, napetost na diodah in kondenzatorjih je enakomerno porazdeljena, možno je izvesti večje število množilnih stopenj. Vzporedni multiplikatorji imajo tudi svoje prednosti. Vendar pa njihova pomanjkljivost, kot je povečanje napetosti na kondenzatorjih s povečanjem števila množilnih stopenj, omejuje njihovo uporabo na izhodno napetost približno 20 kV.

Na sl. Sliki 3 in 4 prikazujeta vezja polnovalnih množiteljev. Prednosti prvega (slika 3) vključujejo naslednje: na kondenzatorje C1, C3 se uporablja samo amplitudna napetost, obremenitev diod je enakomerna in dosežena je dobra stabilnost izhodne napetosti. Drugi množitelj, katerega vezje je prikazano na sl. 4. Odlikujejo jih lastnosti, kot so sposobnost zagotavljanja visoke moči, enostavnost izdelave, enakomerna porazdelitev obremenitve med komponentami in veliko število stopenj množenja.

Tabela prikazuje tipične vrednosti parametrov in obseg uporabe multiplikatorjev napetosti.

Pri izračunu množitelja morate nastaviti njegove glavne parametre: izhodno napetost, izhodno moč, vhodno izmenično napetost, zahtevane dimenzije, pogoje delovanja (temperatura, vlažnost).

Poleg tega je treba upoštevati nekatere omejitve: vhodna napetost ne sme biti večja od 15 kV, frekvenca izmenične napetosti je omejena na 5 ... 100 kHz. izhodna napetost - ne več kot 150 kV, delovno temperaturno območje od -55 do +125 * C, in vlažnost - 0...100%. V praksi se razvijajo in uporabljajo množilniki z izhodno močjo do 50 W, čeprav so dejansko dosegljive vrednosti 200 W ali več.

Izhodna napetost množilnika je odvisna od bremenskega toka. Pod pogojem, da sta vhodna napetost in frekvenca konstantni, se določita s formulo: Uout = N · Nin - /12FC, kjer je I bremenski tok. A; N je število stopenj množitelja; F - frekvenca vhodne napetosti. Hz; C je kapacitivnost stopenjskega kondenzatorja, f. Nastavitev izhodne napetosti, toka. frekvenco in število stopenj, iz nje se izračuna zahtevana kapacitivnost stopenjskega kondenzatorja.

Ta formula je podana za izračun serijskega množitelja. Vzporedno je za pridobitev enakega izhodnega toka potrebna manjša kapacitivnost. Torej, če ima serijski kondenzator kapacitivnost 1000 pF, potem bo tristopenjski vzporedni množitelj zahteval kapacitivnost 1000 pF / 3 = 333 pF. V vsaki naslednji stopnji takega množitelja je treba uporabiti kondenzatorje z višjo nazivno napetostjo.

Reverzna napetost na diodah in delovna napetost kondenzatorjev v serijskem množilniku sta enaki polnemu nihanju vhodne napetosti.

Pri izvajanju multiplikatorja v praksi je treba posebno pozornost posvetiti izbiri njegovih elementov, njihovi postavitvi in izolacijskim materialom. Zasnova mora zagotavljati zanesljivo izolacijo, da se prepreči pojav koronskega praznjenja, ki zmanjšuje zanesljivost množilnika in vodi do njegove okvare.

Če je treba spremeniti polarnost izhodne napetosti, je treba polarnost diod obrniti.

Povečanje napetosti brez transformatorja. Množitelji. Izračunajte na spletu. AC/DC pretvorba (10+)

Breztransformatorski napajalniki - Step-up

Ta postopek je prikazan na naslednji sliki:

Območje, kjer se kondenzatorji C polnijo, je označeno z modro, območje z rdečo pa je mesto, kjer sprostijo akumulirani naboj kondenzatorju C1 in bremenu.

Na žalost se v člankih občasno pojavljajo napake, ki jih popravljamo, članke dopolnjujemo, razvijamo in pripravljamo nove. Naročite se na novice, da boste obveščeni.

Če kaj ni jasno, obvezno vprašajte!
Postavi vprašanje. Razprava o članku. sporočila.

Dober večer. Ne glede na to, koliko sem se trudil, nisem mogel uporabiti danih formul za sliko 1.2 za določitev vrednosti kapacitivnosti kondenzatorjev C1 in C2 z danimi vrednostmi podatkov v vaši tabeli (Uin ~ 220V, Uout 15V, Iout 100mA, f 50Hz). Imam problem, vklopite tuljavo manjšega enosmernega releja na delovno napetost -25V v ~220V omrežju, delovni tok tuljave je I= 35mA. Mogoče česa ne delam

Trenutno številne priljubljene radioamaterske naprave vsebujejo napetostni množitelj, pretvarjanje napetosti električnega omrežja 220 V v visokonapetostni 2000...4000 V. To so lahko naprave za boj proti ščurkom, naprave za ionizacijo zraka. Sheme takšnih naprav so bile večkrat objavljene v radioamaterski literaturi, na primer v.

V napravah za izdelavo visokonapetostnega množilnika, ki je glavni del teh modelov, se uporabljajo sodobni majhni deli, zato so dimenzije teh naprav nepomembne. Vendar je treba opozoriti, da so skoraj vsi majhni visokonapetostni deli, vključeni v visokonapetostni multiplikator, precej dragi.

Pogosto ni potrebe po izdelavi majhne različice teh naprav. V tem primeru lahko za izdelavo napetostnega multiplikatorja uporabite stare radijske komponente, ki imajo visoko delovno napetost - 600, 1000, 2000 V, pa tudi velike dimenzije. To so lahko stari kondenzatorji, kot je MBG, stari visokonapetostni diodni stebri, kot je D1004-D1010, in podobne radijske komponente prejšnjega stoletja, ki se zdaj ne uporabljajo v sodobni tehnologiji in se prodajajo na radijskih trgih po nizkih cenah. Tudi stroški naprav, izdelanih s starimi radijskimi komponentami, bodo nizki.

Pri preprostih visokonapetostnih množilnikih se začetna napetost za naknadno množenje vzame neposredno iz električnega omrežja 220 V. Vendar pa je v primeru uporabe visokonapetostnih delov za izdelavo napetostnih množiteljev priporočljivo uporabiti začetno množilno napetost ne iz gospodinjskega električnega omrežja, vendar večkrat povečanega, kolikor je mogoče vzdrži uporabljene visokonapetostne dele. Uporaba povečane vhodne napetosti na vhodu množitelja bo zmanjšala število stopenj množenja in s tem zmanjšala število delov, ki se uporabljajo za izdelavo napetostnega množitelja.

Najlažji način za prvo "množenje" omrežne napetosti je uporaba resonančne metode, kot je prikazano na sliki 1. Kot je razvidno iz te slike, je resonančni napetostni množitelj serijsko vezje, ki ima resonanco v frekvenčnem območju 50 Hz. Posledično bo prišlo do povečane napetosti na elementih tega vezja, na tuljavi ali kondenzatorju. Ta bo višja, čim bližje bo resonanca vezja frekvenci 50 Hz, ki se uporablja v električnem omrežju. Vendar se je treba izogibati enakosti resonančnih frekvenc omrežja in vezja, saj bo v tem primeru na elementih vezja L1 in C1 izjemno visoka napetost, kar lahko povzroči okvaro teh elementov.

Filterska dušilka cevnega televizorja ali sprejemnika se uporablja kot induktor L1. Filtrirne dušilke se zdaj skoraj nikoli ne uporabljajo nikjer, njihova cena na trgih pa je nizka. Kot L1 je povsem mogoče uporabiti primarno navitje majhnega omrežnega transformatorja ali anodno navitje starega "zvočnega" transformatorja iz cevnega sprejemnika ali televizorja ali primarno navitje TVC. Kapacitivnost kondenzatorja C1 je odvisna od vrednosti induktivnosti L1 in želene začetne napetosti na vhodu napetostnega množitelja. Priporočljivo je eksperimentalno izbrati kapacitivnost kondenzatorja, začenši z majhnimi vrednostmi, na primer od 0,1 μF. Resonančna frekvenca tokokroga mora biti nastavljena nad omrežno frekvenco 50 Hz. To bo ugodno vplivalo na pogoje delovanja tuljave L1. Za večino filtrskih dušilk, ki se uporabljajo v stari opremi za pridobitev resonančne napetosti v območju 600 ... 1000 V, je lahko kapacitivnost kondenzatorja C1 v območju 0,25 ... 2 μF. Kondenzator C1 naj ima najvišjo možno delovno napetost, nikakor pa ne sme biti manjša od napetosti, ki obstaja na kondenzatorju med resonanco.

Največja napetost bo na enem od elementov vezja, prikazanega na sliki 1, in na elementu, ki ima večji upor na izmenični tok 50 Hz. V našem primeru, ko je resonančna frekvenca vezja višja od frekvence omrežja, bo to kondenzator. Kondenzator bo imel višjo napetost kot induktor - to je pomemben pogoj za zanesljivo in dolgoročno delovanje tega elementa.

Kot smo že omenili, je povsem mogoče dobiti napetost na kondenzatorju C1 v območju 600 ... 1000 V. To bo omogočilo uporabo napetostnega podvajalnika namesto štirikratnika v vezju. Preprost podvajalnik napetosti je prikazan na sliki 2. V vezju lahko namesto množenja omrežne napetosti z 8 uporabite potrojitev napetosti, ki obstaja na kondenzatorju C1 (glej sliko 1). Preprost napetostni kvadrant je prikazan na sliki 3. V nekaterih primerih je priporočljivo uporabiti vezje za štirikratno napetost, ki je prikazano na sliki 4. Seveda pri načrtovanju takšnih množiteljev ne smemo pozabiti, da morajo biti priključeni na visokonapetostni vir prek tokovno omejevalnih uporov z uporom najmanj 1 MOhm. Ta pogoj je treba upoštevati za varno delo z viri visoke napetosti.

Toda množenje omrežne napetosti na elementih resonančnega vezja ni vedno optimalna rešitev.Včasih je situacija drugačna. Radioamater ima na voljo veliko diod in kondenzatorjev, ki imajo razmeroma nizko delovno napetost 200 ... 300 V. V tem primeru napetostnega množitelja, sestavljenega z njimi, ni mogoče neposredno priključiti na električno omrežje 220 V. Navsezadnje izmenična napetost električnega omrežja je 220 V. konica bo dosegla 310 V! In to bo povzročilo okvaro radijskih komponent, ki se uporabljajo v tem multiplikatorju napetosti!

V tem primeru je smiselno uporabiti drugo možnost: zmanjšati napetost na vhodu množitelja, hkrati pa povečati število množilnih verig. Napetost na vhodu množilnika lahko znižamo tako, da ta napetostni množilnik priključimo na električno omrežje preko kondenzatorskega delilnika napetosti, kot je prikazano na sliki 5. V tem primeru bo razmerje kapacitivnosti in s tem njihova reaktanca določilo izhodno napetost na izhodu delilnika. Seveda se bodo s povečanjem števila množilnih verig povečale dimenzije naprave. Toda to je mogoče upravičiti z nizkimi stroški uporabljenih komponent.

Pri izdelavi napetostnih množiteljev je treba upoštevati, da ni priporočljivo zaporedno povezovati diod in kondenzatorjev, da bi povečali njihovo delovno napetost, saj bo zanesljivost takšne verige nizka. Varneje je oblikovati multiplikator napetosti z izgradnjo stopenj množenja.

Literatura

1. ščurek; ščurek, ščurek // Levičar.- 1991. - št. 9. - Str.20.

2. Belecki. P. Množilec - Ionizator zraka // Radioamaterji. - 1995.- Št. 10. -Z. 17.

I. Grigorjev, Belgorod