Pinge korrutajate ahelad on selgitatud

Elektroonilise vooluahela seade, mida kasutatakse pinge suurendamiseks kahekordseks, laadides kondensaatoreid madalamalt sisendpingelt, on tuntud kui pinge kahekordistaja.

Laadimisvool lülitatakse selliselt, et ideaalses olukorras on väljundis tekkiv pinge täpselt kaks korda suurem kui sisendpinge.

Lihtsaim dioodide abil pinge kordistaja

Lihtsaim vorm pinge kahekordistaja vooluring on alaldi tüüp, mis võtab sisendi vahelduvvoolu (AC) kujul ja toodab väljundiks topelt (DC) pinge.

Lülituselementidena kasutatakse lihtsaid dioode ja nende dioodide juhtimiseks lülitusolekus kasutatakse sisendit lihtsalt vahelduva pinge kujul.

Lülituskiiruse reguleerimiseks juhul, kui kasutatavad pinge kahekordistajad on alalisvoolu kuni alalisvoolu tüüpi, on vaja täiendavat juhtimisahelat, kuna neid ei saa ülaltoodud viisil ümber lülitada.

Alalisvoolu kuni alalisvoolu muunduri ahelad vajavad enamasti veel ühte täiendavat seadet, mida nimetatakse lülituselemendiks ja mida saab hõlpsalt ja otseselt juhtida, näiteks transistoris.

Seega, kui ta kasutab lülituselementi, ei pea see sõltuma lülitil olevast pingest, nagu see on tavalises vahelduvvoolu kuni alalisvoolu vormis.

Pinge kahekordistaja on pinge kordistaja ahela tüüp. Enamikku pinge kahekordistaja vooluahelatest saab väheste eranditega vaadata kõrgema astme kordistaja kujul ühes etapis. Samuti saavutatakse suurem summa pinge korrutamisel, kui on olemas kaskaadsed identsed astmed, mida kasutatakse koos.

Villardi ringrada

Villardi vooluringil on lihtne koostis, mis koosneb dioodist ja kondensaatorist. Ühest küljest, kui Villardi vooluring pakub lihtsuse mõttes eeliseid, on teisalt teada, et see toodab ka väljundit, mille lainetusomadused on väga halvad.

Joonis 1. Villardi vooluring

Põhimõtteliselt on Villardi vooluring dioodklambri ahela vorm. Negatiivseid kõrgeid tsükleid kasutatakse kondensaatori laadimiseks vahelduvvoolu tipppingele (Vpk). Vahelduvvoolu lainekuju sisendina koos kondensaatori püsiva alalisvoolu superpositsiooniga moodustab väljundi.

Lainekuju alalisvoolu väärtus nihutatakse, kasutades selleks vooluahela mõju. Kuna diood kinnitab vahelduvvoolu lainekuju negatiivsed tipud väärtusele 0V (tegelikkuses on see –VF, mis on dioodi väike ettepoole suunatud eelpinge), on väljundlaine positiivsete tippude väärtus 2Vpk.

Tipust tippu on raske siluda, kuna selle väärtus on tohutult suur 2Vpk ja seega saab seda siluda ainult siis, kui vooluahel muundatakse tõhusamalt muudeks keerukamateks vormideks.

Negatiivne kõrgepinge juhitakse magnetronisse, kasutades seda ahelat (mis koosneb vastupidises vormis olevast dioodist) mikrolaineahjus.

Greinacheri ringrada

Greinarcheri pinge kahekordistaja on osutunud paremaks kui Villardi skeem, parandades ennast märkimisväärselt, lisades väikeste kulude jaoks lisakomponente.

Avatud vooluringi koormuse korral on pulsatsioon langenud väga palju, enamasti nulliks, kuid koormuse takistus ja kasutatava kondensaatori väärtus mängivad olulist rolli ja mõjutavad voolutugevus.

Joonis 2. Greinacheri vooluring

Villardi raku etapile järgneb ahel, et töötada ümbriku detektori või piigi detektori abil.

Tippdetektori mõju on selline, et suur osa pulsatsioonist eemaldatakse, samal ajal kui tipppinge väljund sellisena säilib.

Heinrich Greinacher oli esimene inimene, kes leiutas selle vooluringi 1913. aastal (mis avaldati 1914. aastal), et tagada pinge 200–300 V, mis oli vajalik tema ionomeetri jaoks, mis oli taas tema uus leiutis.

Selle vooluahela leiutamise nõue nii suure pinge saamiseks tekkis seetõttu, et Zürichi elektrijaamade toide oli vaid 110 V vahelduvvool ja seega ebapiisav.

Heinrich arendas seda ideed rohkem 1920. aastal ja laiendas seda kordajate kaskaadiks. Enamasti nimetavad inimesed seda kordurite kaskaadi, mille Heinrich Greinacher leiutas, Villardi kaskaadiks, mis on ebatäpne ja ei vasta tõele.

See kordajate kaskaad on tuntud ka kui Cockroft-Walton pärast seda, kui teadlased John Cockroft ja Ernest Walton ehitasid osakeste kiirendi masina ja olid 1932. aastal iseseisvalt vooluringi uuesti avastanud.

Kahe Greinacheri raku kasutamine, mille polaarsus on teineteise vastas, kuid mida juhitakse samast vahelduvvooluallikast, võib laiendada seda tüüpi topoloogia mõistet pinge neljakordse ahelani.

Neid kahte väljundit kasutatakse väljundi mahavõtmiseks. Selles vooluahelas on sisendi ja väljundi samaaegne maandamine üsna võimatu, nagu juhtub sildahelaga.

Silla vooluring

Sellist topoloogiat, mida Deloni vooluahel kasutab pinge kahekordistamiseks, nimetatakse sild topoloogiaks.

Leiti, et seda tüüpi delonahelate üks levinumaid kasutusviise on katoodkiiretoruga telerites. Nende telerite delon-vooluahelat kasutati e.h.t. pingeallikas.

Joonis 3. Pinge neljakordne - kaks vastupidise polaarsusega Greinacheri rakku

Üle 5kV pingete tekitamisega kaasnevad mitmed ohutusohud ja probleemid ning see on trafos väga ebaökonoomne, enamasti kodumajapidamises kasutatavates seadmetes.

Kuid e.h.t. 10 kV on mustvalgete telerite põhinõue, samas kui värvilised telerid nõuavad veelgi rohkem e.h.t.

On erinevaid viise ja vahendeid, mille abil e.h.t. Selliste mõõtmetega saavutatakse näiteks: võrgutrafo pinge kahekordistamine sellele mähise e.h.t piires, kasutades pinge kahekordistajaid või rakendades pinge kahekordistajaid lainekujule liini tagasilöögimähistel.

Kaks vooluahelas poollainest koosnevat tippdetektorit on funktsionaalselt sarnased Greinacheri vooluringis leiduvate tippdetektorirakkudega.

Pooltsükleid, mis on sissetuleva lainekuju suhtes vastupidised, kasutatakse töötamiseks mõlema detektori tipu korral. Leitakse, et väljund on alati topelt sisendpingest, kuna nende toodetud väljundid on järjestikku.

Joonis 4. Silla (Delon) pinge kahekordistaja

Lülitatavad kondensaatorahelad

Alalisvooluallika pinget saab kahekordistada, kasutades piisavalt lihtsaid diodikondensaatorite ahelaid, mida on kirjeldatud ülaltoodud jaotises, enne pinge kahekordistajat enne hakkuri ahelat.

Seega on see efektiivne alalisvoolu muundamiseks vahelduvvooluks enne, kui see läbib pinge kahekordistaja. Tõhusamate ahelate saavutamiseks ja ehitamiseks juhitakse lülitusseadmeid väliselt kellalt, mis on võimeline töötama nii tükeldamise kui ka korrutamise osas ja mida saab saavutada samaaegselt.

Joonis 5.

Lülitatava kondensaatori pinge kahekordistaja saavutatakse lihtsalt laetud kondensaatorite paralleelselt seeriale lülitamisega. Seda tüüpi ahelaid nimetatakse lülitatavate kondensaatorite ahelateks.

Madalpingel töötavad rakendused kasutavad seda lähenemisviisi eriti seetõttu, et integraallülitustel on nõutav konkreetse pinge tarnimine, mis on suurem kui see, mida aku tegelikult suudab tarnida või toota.

Enamikul juhtudel on integraallülituse pardal alati olemas kellasignaali kättesaadavus ja seetõttu pole vaja muid täiendavaid vooluringe või on selle genereerimiseks vaja ainult vähe vooluringe.

Seega on joonisel 5 toodud skeemil skemaatiliselt kujutatud lülitatava kondensaatori konfiguratsiooni lihtsamat vormi. Selles skeemis on kaks kondensaatorit, mis on samaaegselt paralleelselt laaditud samale pingele.

Pärast seda lülitatakse kondensaatorid järjestikku pärast toite väljalülitamist. Seega on toodetud väljundpinge kaks korda suurem kui toitepinge või sisendpinge juhul, kui väljund saadakse kahest järjestikusest kondensaatorist.

Sellistes vooluahelates saab kasutada erinevaid lülitusseadmeid, kuid integraallülituste puhul on kõige sagedamini kasutatavad lülitusseadmed MOSFET-seadmed.

Joonis 6. Laadimispumba pinge kahekordistaja skeem

Joonisel 6 toodud skeemil on skemaatiliselt näidatud üks teistest „Laadimispumba“ põhimõistetest. Sisendpinget kasutatakse kõigepealt laadimispumba kondensaatori Cp laadimiseks.

Pärast seda laetakse väljundkondensaator C0, lülitades järjestikku sisendpingega, mille tulemuseks on C0 sisendpinge kahekordne laadimine. C0 edukaks täislaadimiseks võib olla vajalik, et laadimispump võtab mitu tsüklit.

Kuid pärast püsiseisundi saavutamist on laadimispumba kondensaatori jaoks ainus oluline asi Cp pumbata laadimist väikestes kogustes, mis on võrdne väljundkondensaatorist C0 koormusele tarnitava laenguga.

Kui C0 tühjeneb osaliselt koormusse, kui see laadimispumbast lahti ühendatakse, tekib väljundpinge pulsatsioon. Sellel protsessil moodustunud pulsatsioonil on lühem tühjenemisaeg ja seda on lihtne filtreerida ning seetõttu muudavad need omadused kõrgemate taktsageduste sageduste jaoks väiksemaks.

Seega saab iga konkreetse pulsatsiooni korral kondensaatorid väiksemaks muuta. Integreeritud vooluahelate maksimaalne taktsagedus kõigil praktilistel eesmärkidel jääb tavaliselt sadade kHz vahemikku.

Dicksoni laadimispump

Dicksoni laadimispump, tuntud ka kui Dicksoni kordnik, koosneb dioodi / kondensaatori elementide kaskaadist, kus kellapulssrong ajab iga kondensaatori põhjaplaati.

Vooluringi peetakse Cockcroft-Waltoni kordisti modifikatsiooniks, kuid ainus erand on see, et lülitussignaali annab alalisvoolu sisend kellarongidega vahelduvvoolu sisendi asemel, nagu on Cockcroft-Waltoni kordisti puhul.

Dicksoni kordisti põhinõue on see, et üksteise vastas olevate faaside kellaimpulsid peaksid juhtima asendusrakke. Kuid joonisel 7 kujutatud pinge kahekordistaja puhul on vaja ainult ühte taktsignaali, kuna korrutamiseks on ainult üks aste.

Joonis 7. Dicksoni laadimispumba pinge kahekordistaja

Ahelad, kus Dicksoni kordureid enamasti ja sageli kasutatakse, on integraallülitused, kus toitepinge, näiteks mis tahes akult, on väiksem kui see, mida vooluahel vajab.

Asjaolu, et kõik selles kasutatud pooljuhid on põhimõtteliselt sarnased, toimib integraallülituse tootjate eelisena.

Tavaline loogikaplokk, mida kõige sagedamini leitakse ja kasutatakse paljudes integraallülitustes, on MOSFET-seadmed.

See on üks põhjustest, miks dioodid on mitu korda asendatud seda tüüpi transistoriga, kuid on ka juhtmega ühendatud dioodi funktsiooniga.

Seda paigutust tuntakse ka dioodjuhtmega MOSFET-i nime all. Joonisel 8 toodud skeemil on kujutatud Dicksoni pinge kahekordistaja, kasutades sellist tüüpi dioodjuhtmega n-kanaliga lisaseadmete MOSFET-seadmeid.

Joonis 8. Dicksoni pinge kahekordistaja dioodjuhtmega MOSFETide abil

Dicksoni laadimispumba põhivorm on läbi teinud palju parandusi ja variatsioone. Enamik neist parandustest on transistori äravooluallika pinge mõju vähendamise valdkonnas. Seda paranemist peetakse oluliseks juhul, kui sisendpinge on väike, nagu madalpinge aku puhul.

Ideaalsete lülituselementide kasutamisel on väljundpinge alati sisendpinge lahutamatu kordne (pinge kahekordistaja korral kaks korda).

Kuid kui sisendallikana kasutatakse koos MOSFET-lülititega ühe elemendiga patareid, on sellistel juhtudel väljund palju väiksem kui see väärtus, sest transistoride pinge langeb.

Diskreetsete komponentidega vooluahela sisselülitatud oleku pinge ülimadal languse tõttu peetakse Schottky dioodi heaks valikuks lülituselemendina.

Kuid integraallülituse disainerid eelistavad enamasti kasutada MOSFET-i, kuna see on hõlpsamini kättesaadav, mis enam kui kompenseerib MOSFET-seadmetes esinevate puudulikkuse ja suure keerukuse olemasolu.

Selle illustreerimiseks võtame näite: leelispatareis on 1,5 V nimipinge.

Selle väljundi saab kahekordistada väärtuseni 3,0 V, kasutades pinge kahekordistajat koos ideaalsete lülituselementidega, mille pingelang on null.

Kuid dioodiga juhtmega MOSFET-i äravooluallika pingelangus peab olema vähemalt sisselülitatud oleku pinge juures, mis on tavaliselt 0,9 V.

Väljundpinget saab pinge kahekordistaja abil edukalt tõsta ainult ligikaudu 0,6 V kuni 2,1 V.

Vooluahela pinge suurenemist ei saa saavutada ilma mitmeastmelise kasutamiseta juhul, kui kaalutakse ja võetakse arvesse ka langust lõplikus silumistransistoris.

Teisest küljest on tüüpilise Schottky dioodi lava pinge 0,3 V. pinge kahekordistaja toodetud väljundpinge jääb vahemikku 2,7 V, kui see kasutab Schottky dioodi, või 2,4 V, kui ta kasutab silumisdioodi.

Ristühendusega lülitatud kondensaatorid

Ristühendatud lülitatud kondensaatorite ahelad on teada, kuna sisendpinge on väga madal. Juhtmeta akuga käitatavates seadmetes, nagu piiparid ja Bluetooth-seadmed, võib olla vaja üherakulist akut, et toita pidevalt, kui aku on tühjaks saanud.

Joonis 9. Ristseotud lülitatud kondensaatori pinge kahekordistaja

Transistor Q2 lülitatakse välja juhul, kui kell on madal. Samal ajal lülitatakse transistor Q1 sisse, kui kell on kõrge, ja selle tulemuseks on kondensaatori C1 laadimine pingele Vn. C1 ülemine plaat lükatakse topelt Vinni, kui Ø1 läheb kõrgeks.

Selle pinge väljundina kuvamiseks sulgeb lüliti S1 samal ajal. Samal ajal lastakse C2-l laadida Q2 sisse lülitades.

Komponentide rollid on järgmises pooltsüklis vastupidised: Ø1 on madal, S1 avaneb, Ø2 on kõrge ja S2 sulgub.

Seega tarnitakse väljundpinge alternatiivselt vooluahela mõlemalt küljelt 2Vin. selles vooluringis tekitatud kahju on väike, kuna puuduvad dioodiga juhtmetega MOSFETid ja sellega seotud lävipinge probleemid.

Vooluahela üks teine ​​eelis on see, et see kahekordistab pulsatsioonisagedust, kuna kohal on kaks pinge kahekordistajat, mis tarnivad väljundit efektiivselt faasikelladest.

Selle vooluahela peamine puudus on see, et Dickinsoni kordisti hulkuvad mahtuvused on palju vähem olulised kui see vooluahel ja seega moodustavad suurema osa selles vooluringis tekkivatest kahjudest.

Viisakus: https://et.wikipedia.org/wiki/Voltage_doubler