Násobitel napětí: princip činnosti, návrh obvodu

Stále více se rádioamatéři začali zajímat o silové obvody, které jsou postaveny na principu násobení napětí. Tento zájem souvisí s uvedením na trh miniaturních kondenzátorů s velkou kapacitou a zvýšením nákladů na měděný drát, který se používá pro navíjení transformátorových cívek. Další výhodou těchto zařízení je jejich malá velikost, což významně snižuje konečné rozměry navrhovaného zařízení. A co je multiplikátor napětí? Toto zařízení se skládá z připojených kondenzátorů a diod. V podstatě jde o AC měnič pro nízkonapěťový zdroj na vysoké stejnosměrné napětí. A proč potřebujeme multiplikátor napětí stejnosměrný proud?

Rozsah

Takové zařízení bylo nalezeno v širokém spektru aplikací v televizních zařízeních (v anodových zdrojích obrazových zkumavek), v lékařských zařízeních (při napájení vysoce výkonných laserů), v měřících zařízeních (měřících přístrojů, oscilografech). Navíc se používá v zařízeních pro noční vidění, v elektrošokových zařízeních, v domácích a kancelářských zařízeních (fotokopírovacích strojích atd.). Násobitel napětí získal takovou popularitu kvůli schopnosti vytvářet napětí až desítek až stovek tisíc voltů hmotnost zařízení. Dalším důležitým plusem uvedených zařízení je snadnost výroby.

Typy schémat

Uvažovaná zařízení jsou rozdělena na symetrické a asymetrické multiplikátory prvního a druhého druhu. Symetrický multiplikátor napětí se získá spojením dvou asymetrických obvodů. Jeden takový obvod mění polaritu kondenzátorů (elektrolytů) a vodivost diod. Symetrický násobitel má nejlepší výkon. Jednou z hlavních výhod je dvojnásobek hodnoty frekvence zvlnění usměrněného napětí.

Princip činnosti

Na obrázku je nejjednodušší schéma polovičního vlnového zařízení. Zvažte princip činnosti. Při působení negativního poločasu napětí přes otevřenou diodu D1 se kondenzátor C1 začne nabíjet na hodnotu amplitudy použitého napětí. V tom okamžiku, kdy začíná perioda pozitivní vlny, je kondenzátor C2 nabitý (prostřednictvím diody D2) na dvojnásobek hodnoty použitého napětí. Na začátku dalšího stupně negativního poločasu se naplní kondenzátor C3 - a to až na dvojnásobek hodnoty napětí a když se změní poločas, kondenzátor C4 se také naplní na zadanou hodnotu. Spuštění zařízení se provádí po dobu několika plných dob napětí střídavý proud. Výstup je konstantní fyzikální veličina, která je součtem indexů napětí postupných konstantně nabitých kondenzátorů C2 a C4. Výsledkem je hodnota čtyřnásobně větší než vstup. Právě tímto principem funguje multiplikátor napětí.

Schéma výpočtu

Při výpočtu je nutné nastavit požadované parametry: výstupní napětí, výkon, střídavé vstupní napětí, rozměry. Některá omezení by neměla být opomíjena: vstupní napětí by nemělo přesáhnout 15 kV, jeho frekvence se pohybuje mezi 5-100 kHz, výstupní hodnota by neměla přesáhnout 150 kV. V praxi se používají zařízení s výkonem 50 W, ačkoli je reálné navrhnout multiplikátor napětí s ukazatelem výstupu blížícím se 200 W. Hodnota výstupního napětí závisí na zatěžovacím proudu a je určena vztahem:

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

I je zatěžovací proud;

N je počet kroků;

F je frekvence vstupního napětí;

C - kapacita generátoru.

Pokud tedy nastavíte hodnotu výstupního napětí, proudu, frekvence a počtu stupňů, je možné vypočítat potřebné hodnoty Kapacita kondenzátoru.