Как удвоить напряжение постоянного тока

Схема удвоения напряжения

Для получения выпрямленных напряжений более высоких, чем напряжение на зажимах вторичной обмотки силового трансформатора или чем напряжение сети в бестрансформаторных выпрямительных установках, находят широкое применение схемы выпрямителей, основанные на принципе умножения напряжения.

При этом (для умножения напряжения в два, три и более раз) используется накапливание энергии в электрическом поле конденсатора. Наибольшее распространение получили схемы удвоения напряжения

, применяющиеся в маломощных высоковольтных выпрямителях (для питания электроннолучевых и рентгеновских трубок).

На рис. 114, а приведена простая и вместе с тем часто используемая схема удвоения выпрямленного напряжения, представляющая собой две последовательно включенных однополупериодных схемы выпрямления. В полупериод, когда потенциал точки 1 выше потенциала точки 2, импульс тока ic1, проходящий по цепи точка 1, В1, С1, точка 2 заряжает конденсатор С1.

Рис. 114. Схемы удвоения напряжения

: а — симметричная схема; б — временные диаграммы к симметричной схеме; в — несимметричная схема.

В следующий полупериод, когда потенциал точки 2 выше потенциала точки 1, происходит заряд конденсатора С2 импульсом тока tc2 по цепи точка 2, С2, В2 точка 1. Каждый из конденсаторов заряжается до напряжения

Uc = UII + ∆Uв

где UII — напряжение на вторичной обмотке трансформатора; ∆Uв — падение напряжения на работающем вентиле.

Конденсаторы включены последовательно, токи заряда конденсаторов проходят в одном направлении, поэтому выпрямленное напряжение будет равно

Uср=Uс1+Uс2-2∆Uв

Вентили имеют малое внутреннее сопротивление, следовательно, величиной 2∆Uв можно пренебречь, и тогда

Uср≈Uс1+Uс2≈2UII

Такое удвоение выпрямленного напряжения имеет место лишь при большом сопротивлении (при малых токах) нагрузки, так как только при выполнении этого условия за время отсутствия зарядного тока конденсаторы не успевают значительно разрядиться.

Временные диаграммы, приведенные на рис. 114, б, наглядно иллюстрируют работу рассматриваемой схемы. В промежутки времени 0 — t1 и 0 — t2 разряжается конденсатор С1, и по сопротивлению нагрузки Rн проходит ток разряда iразр, а в промежутки времени 0 — t4 и t5 — t10 разряжается конденсатор С2. В промежутки времени t1— t2, t4 — t5 и t7 — t8, когда напряжение на соответствующих конденсаторах вследствие их разряда становится меньше напряжения на вторичной обмотке трансформатора, конденсаторы поочередно подзаряжаются. Так как время заряда конденсатора во много раз меньше времени их разряда, то разность потенциалов между точками 3—4 поддерживается примерно постоянной и равной 2UII.

Читайте также:  Что означает сопротивление наушников и как оно влияет на звук08.02.2015 16:37

Обратное напряжение, приложенное к вентилю, равно сумме напряжения на вторичной обмотке и напряжения на одном из конденсаторов, т. е.

Uобр≈2UII

В режиме холостого хода

Uобр≈2EmII.

Частота пульсации равна удвоенной частоте питающей сети 100 гц.

На рис. 114, в приведена еще одна, так называемая несимметричная схема удвоения напряжения. Когда потенциал точки 2 выше потенциала точки конденсатор С1 заряжается почти до напряжения UII. В следующий полупериод потенциал точки 1 окажется выше потенциала точки 2 и конденсатор С2 заряжается до напряжения 2UII. Заряд конденсатора С2 обеспечивается суммарным напряжением на вторичной обмотке трансформатора и на конденсаторе С1.

Схемы удвоения напряжения

характеризуются следующими достоинствами:

  1. Для получения одинакового по величине выпрямленного напряжения требуется вдвое меньшее число витков вторичной обмотки трансформатора, чем в мостовой схеме, и в четыре раза меньшее, чем в двухполупериодной схеме с выводом средней точки.
  2. Обратное напряжение вентиля практически равно выпрямленному напряжению.
  3. Отсутствует подмагничивание трансформатора.

Однако схемы удвоения имеют большое выходное сопротивление, определяемое последовательным соединением двух однополупериодных выпрямителей, кроме того, в случае использования вентилей с накаливаемыми катодами необходимо иметь два изолированных друг от друга источника накала.

Электрик в доме

Автор: admin, 16 Июн 2013

Умножитель напряжения

Умножителем напряжения называют устройство преобразующее переменное напряжение или постоянное пульсирующее в более высокое постоянное напряжение. Как правило умножитель увеличивает напряжение в такое число раз, которое соответствует количеству каскадов умножения. Рассмотрим как сделать своими руками самый простой и известный умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона, который был использован для ускорителей элементарных частиц для разработки атомной бомбы.

С помощью умножителя напряжения можно отказаться от тяжёлых и габаритных повышающих трансформаторов. Преимущество этой схемы в том, что на конденсаторах развивается всего лишь удвоенное амплитудное значение входного напряжения. Соответственно конденсаторы и диоды схемы могут быть рассчитаны на это напряжение.

Работа схемы

На схеме изображён универсальный умножитель с произвольным количеством каскадов. То есть берём число каскадов для создания необходимого нам напряжения. Примерно Uвых = n*Uвх.

При отрицательной полуволне Uвх заряжается конденсатор С1 до амплитудного значения Uвх через диод D1. При положительной полуволне заряжается конденсатор С2 через диод D2, но поскольку конденсатор С1 уже заряжен, то он будет выполнять роль дополнительного источника питания и поскольку он оказывается включённым последовательно с основным источником питания, то конденсатор С2 зарядится уже до удвоенного амплитудного значения напряжения Uвх.

Читайте также:  Схемы работы транзисторов с объяснениями. В чем разница между NPN и PNP транзисторами

Таким же образом работают и последующие ступени умножителя, снимается же выходное напряжение Uвых с последовательно соединённых конденсаторов с чётными (по схеме) номерами. Соответственно результирующее напряжение Uвых будет равно сумме напряжений на чётных конденсаторах.

Расчёт умножителя напряжения

Для расчёта умножителя нужно знать ток нагрузки (Iн), требуемое выходное напряжение (Uвых) и желаемый коэффициент пульсаций (Кп).

Минимальная ёмкость конденсаторов (в мкФ) рассчитывается по упрощённой формуле:

С(n) = 2,85*n*Iн/(Кп*Uвых), где

n—кратность умножения Uвх в В; Iн — ток нагрузки в мА; Кп — коэффициент пульсаций выходного напряжения в процентах; Uвыx—выходное напряжение в В.

Ёмкость первого конденсатора С1 нужно увеличить в 2-3 раза от расчётной ёмкости других конденсаторов, иначе полное напряжение на выходе схемы появится через несколько периодов входного напряжения. Если это не важно для работы нагрузки, то можно поставить конденсатор такой же ёмкости, как и остальные.

Для примера скажу, что коэффициент пульсаций считается отличным при значении 0,1% и меньше, хорошим при значении 1 — 3%. Если коэффициент не важен, то примите его равным 100.

Максимальный ток, протекающий через диоды будет равен удвоенному току нагрузки.

Также умножитель можно рассчитать более точно по следующей формуле:

Uвых = n* Uвх — (Iн*(n3 + 9*n2/4 + n/2 )/(12 *f* C)
), где
Iн — ток нагрузки в А; n — кратность умножения; f — частота входного напряжения в Гц; С — емкость конденсатора в Ф.

Детали умножителя

Сложно назвать конкретные типы и номиналы деталей не зная требуемых параметров умножителя, поэтому рассмотрю детали для умножителя со средними показателями, питающегося от сети переменного тока 220В.

Конденсаторы лучше всего брать с минимальным током утечки, например серии К73. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть для Uвх=220В: С1 — не ниже 300В, С2-Сn — не ниже 600В. Ёмкость конденсаторов порядка 0,1 — 1 мкФ.

Диоды можно взять, например, КД411 или КД226Г(Д, Е). Ток нагрузки в этом случае может быть до 1А.

Будьте крайне осторожны при эксплуатации данной схемы, опасное напряжение остаётся на конденсаторах даже после отключения умножителя от источника питания.

Поделитесь с друзьями этой статьёй, нажав на кнопки социальных сетей внизу статьи.

Будет интересно почитать:

Изготовление печатных плат

Регулятор напряжения на тиристоре

Кондиционер своими руками

Рубрики: Электронные устройства, Электросхемы Метки: своими руками, электроника, электросхема

Оцените статью
Добавить комментарий