Вход на сайт

Зарегистрировавшись на сайте Вы сможете добавлять свои материалы






Самодельный умножитель напряжения схема


Умножитель напряжения ⋆ diodov.net

При изготовлении электронных устройств, в частности блоков питания, в некоторых случаях возникает необходимость иметь выпрямленное напряжение большей величины, чем на клеммах вторичной обмотке трансформатора или в розетке 220 В. Например, после выпрямления сетевого напряжения 220 В на фильтрующем конденсаторе при очень малой нагрузке можно получить максимум амплитудное значение переменного напряжения 311 В. Следовательно конденсатор зарядится до указанного значения. Однако применяя умножитель напряжения можно повысить его до 1000 В и более.

Удвоитель напряжения

Схема умножителя напряжения может выполняться в нескольких вариантах, одна принцип действия всех их заключается в следующем. В разные полупериоды переменного тока происходит поочередно зарядка нескольких конденсаторов, а суммарное напряжение на них превышает амплитудное значение на обмотке. Таким образом, за счет увеличения числа конденсаторов и, как далее будет видно, количества диодов, получают напряжение в несколько раз превышающее величину подведенного.

Теперь давайте рассмотрим конкретные примеры и схемные решения.

Схема двухполупериодного умножителя состоит из двух диодов и двух конденсаторов, подключенных со стороны вторичной обмотки трансформатора.

Пусть в начальный момент потенциалы на обмотке имеют такие знаки, что ток протекает от точки 1 к точке 2. Проследим дальнейший путь тока. Он протекает через конденсатор C2, заряжая его, и возвращается к обмотке через диод VD2. В следующий полупериод ЭДС во вторичной обмотке направлена от точки 2 к 1 и через диод VD1 происходит зарядка конденсатора C1 до того же значения, что и С2. Таким образом, за счет последовательного соединения двух конденсаторов C1 и C2 на сопротивлении нагрузки получается удвоенное напряжение.

Если измерить значение переменного напряжения на обмотке и постоянное на одном из конденсаторов, то они буде отличаться почти в 1,41 раза. Например при действующем значении на вторичной обмотке, равном 10 В, на конденсаторе будет приблизительно 14 В. Это поясняется тем, что конденсатор заряжается до амплитудного, а не до действующего значения переменного напряжения. А амплитудное значения, как известно в 1,41 раза выше действующего. К тому же мультиметром возможно измерить лишь действующие значения переменных величин.

Рассмотрим еще один вариант. Здесь для умножения напряжения используется несколько иной подход. Когда потенциал точки 2 выше потенциал т.1 под действием протекающего тока заряжается конденсатор С1, а цепь замыкается через VD2.

После изменения направления тока, вторичная обмотка W2 и конденсатор С1 можно представить, как два последовательно соединенные источника питания с равными значениями амплитуды, поэтому конденсатор С2 зарядится до их суммарного напряжения, т.е. на его обкладках оно будет в два раза больше, чем на выводах вторичной обмотки. Во время тога, как конденсатор С2 будет заряжаться, С1 наоборот, будет разряжаться. Затем все повторится снова.

Умножитель напряжения многократный

Процессы в схеме утроения напряжения протекают в такой последовательности: сначала заряжаются конденсаторы С1 и С3 через сопротивление R и соответствующие диоды VD1 и VD3. В следующий полупериод С2 через VD2 заряжается до удвоенного напряжения (С1 + обмотка) и на сопротивлении нагрузки получается утроенное значение.

Больший интерес имеет следующий умножитель напряжения. Рассмотрим принцип его работы. Когда потенциал точки 1 положителен относительно точки 2 ток протекает по пути через VD1 и С1 заряжая конденсатор.

В следующий полупериод, когда ток изменил свое направление, заряжается второй конденсатор через второй диод до величины, равного сумме напряжений на С1 и обмотке трансформатора. При этом С1 разрядится. В третий полупериод, когда первый конденсатор снова начнет заряжаться, С2 через третий диод разрядится на С3, зарядив его до двойного значения относительно выводов обмотки.

К концу третьего полупериода на нагрузку будет подано суммарное напряжение заряженных конденсаторов С1 и С3, т. е. примерно утроенное значение.

Если данную схему применить без трансформатора, непосредственно подключить к 220 В, то на выходе получим приблизительно 930 В.

По аналогии с рассмотренными схемами могут быть построены схемы с большей кратностью умножения. Но следует помнить, что с увеличением числа умножений по причине большего содержание в схеме диодов и конденсаторов возрастает внутренне сопротивление выпрямителя, что приводит к дополнительной просадке напряжения.

Схемы с умножением напряжения применяются для питания малой нагрузки, т.е. сопротивление нагрузки должно быть высоким. В противном случае нужно использовать неполярные конденсаторы большой емкости, рассчитанные на высокое напряжение. Это связано с тем, что при значительном токе нагрузки конденсаторы будут быстро разряжаться, что вызовет недопустимо большие пульсации на нагрузке.

Изготавливая умножитель напряжения, следует всегда помнить о том, что конденсаторы и диоды должны быть рассчитаны на соответствующие напряжения.

Еще статьи по данной теме

Самодельный умножитель напряжения

DIY - RMCybernetics

Использование умножителя напряжения - отличный способ сделать источник постоянного тока высокого напряжения. Очень легко генерировать высокое напряжение из легко доступных компонентов.

На этой странице содержится информация о том, где купить компоненты и как их подключить. Он также дает подробную информацию об источниках мини-источников питания высокого напряжения (инверторах), которые работают от батарей.

ВНИМАНИЕ: Устройство очень высокого напряжения!

Вы можете увидеть, что статическое электричество высокого напряжения от этого устройства делает с куском односторонней оконной пленки в разделе экспериментов с сильным разрядом.Есть микроскопические изображения последствий и видеоклип взрывного действия!

Для повышения эффективности умножитель напряжения должен питаться от источника, уже имеющего относительно высокое напряжение. Существует множество источников питания высокого напряжения с питанием от небольших батарей. Многие осветительные устройства содержат инверторы для питания электронных ламп, таких как люминесцентные лампы, лампы с холодным катодом и плазменные шары. Эти типы устройств обычно работают от 12 В постоянного тока и могут выдавать напряжение до 20 кВ переменного тока.

Источник питания с миниатюрной лампой с холодным катодом - ~ 1кВ

БП Plasma Globe - ~ 15кВ

Конденсаторы и диоды, необходимые для умножителя, можно приобрести в нашем магазине.

Конденсаторы и диоды могут быть расположены по-разному. Полуволновой метод является самым простым, поскольку требует меньшего количества компонентов, но двухполупериодная схема будет работать лучше. Если вы просто хотите, чтобы он заработал как можно скорее, вам подойдет полуволновой метод.На приведенных ниже схемах показано, как должны быть расположены компоненты.

Приведенная выше схема выводит положительное напряжение постоянного тока относительно земли (GND). Если требуется отрицательный выход, полярность диодов должна быть обратной. вы можете узнать больше о том, как работает умножитель напряжения, посетив страницу умножителя напряжения.

Для безопасности и повышения производительности умножитель напряжения должен быть помещен в защитный кожух, например, в трубу из ПВХ, заполненную маслом.Изображение слева показывает два выступающих винта, используемых для подключения входа переменного тока, а другое изображение показывает полированную монету, используемую для выхода высокого напряжения. Используя полиморф для герметизации концов трубы, ее можно заполнить маслом, чтобы предотвратить утечку коронным разрядом из внутренних соединений. Более надежным методом было бы заполнение трубы эпоксидной смолой, но это может быть затруднительно при компактном расположении компонентов.

Примеры экспериментов
Самодельный умножитель напряжения идеально подходит для питания двигателя EHD (также известного как Lifter).EHDT может быть изготовлен только из алюминиевой фольги, палочек и тонкой проволоки. Чтобы узнать, как это сделать, см. Страницу «Электрогидродинамическое подруливающее устройство».

Используя спрей для морозильной камеры (используется водопроводчиками), вы можете выращивать кристаллы льда на выходе HV с интересными результатами.

Более простые эксперименты со статическим электричеством см. В разделе «Эксперименты»

. ,

Обсуждаются 2 простых схемы удвоения напряжения

В этой статье мы узнаем, как сделать пару простых схем удвоителя напряжения постоянного тока с использованием одной микросхемы IC 4049 и IC 555, а также нескольких других пассивных компонентов.

Если вам интересно, как простую микросхему IC 555 можно использовать для создания мощной схемы удвоителя напряжения, то эта статья поможет вам разобраться в деталях и построить конструкцию дома.

Что такое удвоитель напряжения

Удвоитель напряжения - это схема, в которой используются только диоды и конденсаторы для повышения входного напряжения до более высокого выходного напряжения, в два раза превышающего входное.

Если вы новичок в концепции удвоителя напряжения и хотите изучить эту концепцию подробно, у нас есть хорошая подробная статья на этом веб-сайте, объясняющая различные схемы умножителей напряжения для вашей справки.

Концепция умножителя напряжения была впервые обнаружена и использовалась на практике британскими и ирландскими физиками Джоном Дугласом Кокрофтом и Эрнестом Томасом Синтоном Уолтоном, поэтому его также называют генератором Кокрофта – Уолтона (CW).

Хороший пример конструкции умножителя напряжения можно изучить в этой статье, в которой используется концепция создания ионизированного воздуха для очистки воздуха в домах.

Схема удвоителя напряжения также представляет собой форму умножителя напряжения, в которой каскад диод / конденсатор ограничен только парой каскадов, так что на выходе разрешено создавать напряжение, которое может быть вдвое больше напряжения питания.

Поскольку для всех схем умножителей напряжения обязательно требуется вход переменного тока или импульсный вход, схема генератора становится важной для достижения результатов.

Подробная информация о выводе IC 555

Принципиальная схема удвоителя напряжения с использованием IC 555

Обращаясь к приведенному выше примеру, мы можем увидеть схему IC 555, сконфигурированную как каскад нестабильного мультивибратора, который на самом деле является формой генератора и разработан для создания пульсирующего постоянного тока (ВКЛ / ВЫКЛ) на выходном контакте №3.

Если вы помните, на этом веб-сайте мы обсуждали схему светодиодного фонарика, в которой совершенно идентично используется схема удвоителя напряжения, хотя секция генератора создается с помощью вентилей IC 4049.

В принципе, вы можете заменить каскад IC 555 на любую другую схему генератора и при этом получить эффект удвоения напряжения.

Однако использование IC 555 имеет небольшое преимущество, поскольку эта микросхема способна генерировать больший ток, чем любая другая схема генератора на основе IC, без использования какого-либо внешнего каскада усилителя тока.

Как работает каскад удвоения напряжения

Как видно на приведенной выше диаграмме, фактическое умножение напряжения осуществляется каскадом D1, D2, C2, C3, которые сконфигурированы как полумостовая двухступенчатая схема умножения напряжения ,

Имитация этой стадии в ответ на ситуацию с выводом №3 микросхемы IC 555 может быть немного сложной, и я все еще изо всех сил пытаюсь заставить ее работать в моем мозгу правильно.

В соответствии с моей имитацией, работу упомянутого каскада удвоителя напряжения можно объяснить, как указано в следующих пунктах:

  1. Когда выходной контакт № 3 ИС находится на низком логическом уровне или уровне земли, D1 может заряжаться. C2, поскольку он может получить прямое смещение через отрицательный потенциал C2 и вывода №3, одновременно C3 заряжается через D1 и D2.
  2. Теперь, в следующий момент, как только на выводе № 3 будет высокий логический уровень или положительный потенциал питания, все немного запутается.
  3. Здесь C2 не может разряжаться через D1, поэтому у нас есть выход уровня питания от D1, от C2, а также от C3.
  4. Многие другие интернет-сайты говорят, что в этот момент сохраненное напряжение внутри C2 и положительный сигнал от D1 должны объединяться с выходом C3 для получения удвоенного напряжения, однако это не имеет смысла.
  5. Потому что, когда напряжения соединяются параллельно, сетевое напряжение не увеличивается.Напряжения должны сочетаться последовательно, чтобы вызвать желаемое повышение или эффект удвоения.
  6. Единственное логическое объяснение, которое может быть получено, заключается в том, что когда контакт № 3 становится высоким, отрицательный вывод C2 находится на положительном уровне, а его положительный конец также удерживается на уровне питания, он вынужден производить импульс обратного заряда, который в сумме дает заряд C3, вызывающий мгновенный всплеск потенциала с пиковым напряжением, вдвое превышающим уровень питания.

Если у вас есть более точное или технически более правильное объяснение, пожалуйста, не стесняйтесь объяснять его в своих комментариях.

Сколько тока?

Контакт № 3 ИС предназначен для обеспечения максимального тока 200 мА, поэтому можно ожидать, что максимальный пиковый ток будет на этом уровне 200 мА, однако пики будут сужаться в зависимости от значений C2, C3. Конденсаторы более высокой емкости могут обеспечить более полную передачу тока через выход, поэтому убедитесь, что значения C2, C3 выбраны оптимально, около 100 мкФ / 25 В будет достаточно

Практическое применение

Хотя схема удвоителя напряжения может быть полезна для многих электронных устройств. схемных приложений, хобби-приложение может заключаться в освещении высоковольтного светодиода от источника низкого напряжения, как показано ниже:

На приведенной выше принципиальной схеме мы можем увидеть, как схема используется для освещения светодиодной лампы 9 В от источника 5 В. источник питания, который обычно был бы невозможен, если бы 5В подавалось непосредственно на светодиод.

Связь между частотой, ШИМ и уровнем выходного напряжения

Частота в любой цепи удвоителя напряжения не имеет решающего значения, однако более высокая частота поможет вам получить лучшие результаты, чем более низкие частоты.

Аналогично для диапазона ШИМ рабочий цикл должен составлять примерно 50%, более узкие импульсы вызовут более низкий выходной ток, тогда как слишком широкие импульсы не позволят соответствующим конденсаторам разряжаться оптимально, что опять же приведет к неэффективной выходной мощности.

В обсуждаемой нестабильной схеме IC 555 R1 может быть в пределах от 10 до 100 кОм, этот резистор вместе с C1 определяет частоту. Следовательно, C1 может иметь значение от 50 нФ до 0,5 мкФ.

R2 принципиально позволит вам управлять ШИМ, поэтому его можно превратить в переменный резистор через потенциометр на 100 кОм.

Использование IC 4049 вентилей НЕ

Следующая схема на основе КМОП-микросхемы может использоваться для удвоения любого напряжения источника постоянного тока (до 15 В постоянного тока). Представленная конструкция удвоит любое напряжение от 4 до 15 В постоянного тока и сможет работать с нагрузками с током не более 30 мА.

Как видно на схеме, в этой схеме удвоителя постоянного напряжения используется только одна микросхема 4049 для достижения предложенного результата.

Выводы выводов IC 4049

Работа схемы

IC 4049 имеет в общей сложности шесть вентилей, которые эффективно используются для генерации описанных действий удвоения напряжения. Два гейта из шести настроены как осциллятор.

Крайний левый угол диаграммы показывает секцию генератора.

Резистор 100 кОм и 0.01 образуют основные компоненты, определяющие частоту.
Частота обязательно требуется, если необходимо выполнить действия ступенчатого изменения напряжения, поэтому здесь также становится необходимым участие генератора.

Эти колебания становятся полезными для инициализации зарядки и разрядки набора конденсаторов на выходе, что равносильно умножению напряжения на наборе конденсаторов таким образом, что в результате получается удвоенное значение приложенного напряжения питания.

Однако напряжение от генератора не может быть предпочтительно приложено непосредственно к конденсаторам, скорее это делается через группу вентилей ИС, расположенных параллельно.

Эти параллельные вентили вместе обеспечивают хорошую буферизацию подаваемой частоты от вентилей генератора, так что результирующая частота сильнее по отношению к току и не колеблется при относительно более высоких нагрузках на выходах.

Но все же, учитывая характеристики КМОП ИС, нельзя ожидать, что допустимая мощность выходного тока будет больше 40 мА.

Более высокие нагрузки, чем это, приведут к ухудшению уровня напряжения до уровня питания.

Емкость выходного конденсатора может быть увеличена до 100 мкФ для получения более высокого КПД схемы.

При 12 В в качестве входа питания для ИС, от этой схемы удвоителя напряжения на основе IC 4049 может быть получено выходное напряжение около 22 В.

Список деталей

  • R1 = 68K,
  • C1 = 680pF,
  • C2, C3 = 100 мкФ / 25V,
  • D1, D2 = 1N4148,
  • N1, N2, N3, N4 = IC 4049,
  • Светодиоды Белый = 3 шт.
О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

.Цепи умножителя напряжения

- удвоитель напряжения, тройник напряжения и четырехкратные схемы цепей

Умножители напряжения - это схемы, в которых мы получаем очень высокое постоянное напряжение от источника низкого переменного напряжения, схема умножителя напряжения генерирует напряжение, кратное пиковому входное напряжение переменного тока, например, если пиковое напряжение переменного тока составляет 5 вольт, мы получим 15 вольт постоянного тока на выходе, в случае схемы Voltage Tripler. Мультиметр считывает только среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение напряжения) переменного напряжения, нам нужно умножить среднеквадратичное значение на 1.414 (корень 2), чтобы получить значение пика.

Обычно используются трансформаторы для повышения напряжения, но иногда применение трансформаторов невозможно из-за их размера и стоимости. Цепи умножителя напряжения могут быть построены с использованием небольшого количества диодов и конденсаторов, поэтому они дешевы и очень эффективны по сравнению с трансформаторами. Цепи умножителя напряжения очень похожи на схемы выпрямителя, которые используются для преобразования переменного тока в постоянный, но схемы умножителя напряжения не только преобразуют переменный ток в постоянный ток, но также могут генерировать очень ВЫСОКОЕ напряжение постоянного тока.

Эти схемы очень полезны там, где необходимо генерировать высокое постоянное напряжение с низким переменным напряжением и требуется низкий ток, например, в микроволновых печах, мониторах с электронно-лучевой трубкой (CRT) в телевизорах и компьютерах. ЭЛТ-монитор требует высокого напряжения постоянного тока с низким током.

Двухполупериодный удвоитель напряжения

Как видно из названия, входное напряжение удваивается через эту цепь. Операция Двухполупериодный удвоитель напряжения очень прост:

Во время положительного полупериода синусоидальной волны переменного тока диод D1 смещается в прямом направлении, а D2 - в обратном, поэтому конденсатор C1 заряжается через D1 до пикового значения синусоидальной волны (Vpeak).И во время отрицательного полупериода синусоидальной волны D2 смещен в прямом направлении, а D1 смещен в обратном направлении, поэтому конденсатор C2 получает заряд через D2 до Vpeak.

Теперь оба конденсатора заряжены до Vpeak, поэтому мы получаем 2 Vpeak (Vpeak + Vpeak) между C1 и C2 без подключенной нагрузки. Он назван в честь двухполупериодного выпрямителя.

Цепь полуволнового удвоителя напряжения

Ранее мы также создали схему удвоителя напряжения с таймером 555 в нестабильном режиме и источником постоянного тока.На этот раз мы используем 220 В переменного тока и трансформатор 9-0-9 для понижения 220 В переменного тока, чтобы мы могли продемонстрировать умножитель напряжения на макетной плате .

Во время первого положительного полупериода синусоидальной волны (AC) диод D1 смещается в прямом направлении, а конденсатор C1 заряжается через D1. Конденсатор C1 заряжается до пикового напряжения переменного тока, то есть Vpeak.

Во время отрицательного полупериода синусоидальной волны диод D2 проводит, а D1 смещает в обратном направлении.D1 блокирует разряд конденсатора C1. Теперь конденсатор C2 заряжается объединенным напряжением конденсатора C1 (Vpeak) и отрицательным пиком переменного напряжения, которое также является Vpeak. Таким образом, конденсатор C2 заряжается до 2 В (пик.). Следовательно, напряжение на конденсаторе C2 в два раза больше Vpeak переменного тока.

В следующем положительном цикле конденсатор C2 разряжается в нагрузку, если нагрузка подключена, и перезаряжается в следующем цикле. Итак, мы можем видеть, что он заряжается в одном цикле и разряжается в следующем цикле, поэтому частота пульсаций равна частоте входного сигнала i.е. 50 Гц (сеть переменного тока).

Схема тройника напряжения

Чтобы построить схему удвоителя напряжения, нам просто нужно добавить еще 1 диод и конденсатор к указанной выше схеме полуволнового удвоителя напряжения в соответствии со схемой ниже.

Как мы видели в схеме удвоителя напряжения, в первом положительном полупериоде конденсатор C1 заряжается до Vpeak, а конденсатор C2 заряжается до 2Vpeak в отрицательном полупериоде.

Теперь во время второго положительного полупериода диод D1 и D3 проводит, а D2 получает обратное смещение.Таким образом, конденсатор C2 заряжает конденсатор C3 до того же напряжения, что и он сам, а именно 2 В (пик.).

Теперь конденсаторы C1 и C3 включены последовательно, и напряжение на C1 равно Vpeak, а напряжение на C3 равно 2 Vpeak, поэтому напряжение на последовательном соединении C1 и C3 равно Vpeak + 2Vpeak = 3 Vpeak, и мы получаем утроенное напряжение Входное напряжение Vpeak.

Счетверенная цепь напряжения

Поскольку мы построили схему утроения напряжения, добавив один диод и конденсатор в схему удвоителя полуволнового напряжения, нам снова просто нужно добавить еще один диод и конденсатор в схему утроителя напряжения, чтобы построить схему учетверенного напряжения (в 4 раза больше входного напряжение).

Мы видели в схеме триплера напряжения, что конденсатор C1 заряжается до Vpeak в первом положительном полупериоде, C2 заряжается до 2Vpeak в отрицательном полупериоде, а C3 также заряжается до 2Vpeak во втором положительном полупериоде.

Теперь во время второго отрицательного полупериода диоды D2 и D4 проводят ток, а конденсатор C4 заряжается до 2 В пик, конденсатором C3, который также имеет пик 2 В. И мы получаем четырехкратное значение Vpeak (4Vpeak) на конденсаторах C2 и C4, поскольку оба конденсатора имеют 2 Vpeak.

В схемах умножителя напряжения практически напряжение не является точным кратным пиковому напряжению, результирующее напряжение меньше кратного из-за некоторого падения напряжения на диодах, поэтому результирующее напряжение будет:

Vout = множитель * Vpeak - падение напряжения на диодах

Недостатком этого типа схем умножителя является высокая частота пульсаций и очень трудно сгладить выходной сигнал, хотя использование конденсаторов большой емкости может помочь уменьшить пульсации.И преимущество схемы в том, что мы можем генерировать очень высокое напряжение от источника питания низкого напряжения.

Мы можем генерировать гораздо более высокое напряжение и можем получить в 5, 6, 7 и более раз больше пикового напряжения переменного тока, добавив больше диодов и конденсаторов. Мы также можем генерировать высокое отрицательное напряжение, просто поменяв полярность диодов и конденсаторов в этой цепи. Теоретически мы можем бесконечно умножать напряжение, но практически это невозможно из-за емкости конденсаторов, низкого тока, сильной пульсации и многих других факторов.

Видео:

Примечания:

  • Напряжение не умножается мгновенно, но будет медленно увеличиваться и через некоторое время станет равным трехкратному входному напряжению.
  • Номинальное напряжение конденсаторов должно быть как минимум в два раза больше входного напряжения.
  • Выходное напряжение не является кратным пиковому входному напряжению, оно будет меньше входного напряжения.
,

Смотрите также