Paaiškintos įtampos daugiklio grandinės

Elektroninės grandinės įtaisas, naudojamas įtampai padidinti iki 2 kartų, įkraunant kondensatorius iš mažesnės įėjimo įtampos, yra žinomas kaip įtampos dvigubiklis.

Įkrovimo srovė perjungiama taip, kad esant bet kokiai idealiai situacijai, išėjimo metu sukuriama įtampa yra lygiai du kartus didesnė už įėjimo įtampą.

Paprasčiausias įtampos daugiklis naudojant diodus

Paprasčiausia forma įtampos dublerio grandinė yra lygintuvo tipas, kuris įvestį įgauna kintamosios srovės (kintamosios srovės) įtampa ir išėjimu sukuria dvigubą (nuolatinės) įtampos dydį.

Paprasti diodai naudojami kaip perjungimo elementai, o įvestis vien kintamos įtampos pavidalu naudojama šiems diodams valdyti perjungimo būsenoje.

Norint valdyti perjungimo greitį tuo atveju, jei naudojami įtampos dvigubinimo įtaisai yra nuo DC iki DC tipo, reikia papildomos pavaros grandinės, nes jų negalima perjungti aukščiau nurodytu būdu.

Nuolatinės ir nuolatinės įtampos keitiklių grandinėms dažniausiai reikia dar vieno papildomo įtaiso, vadinamo perjungimo elementu, kurį galima lengvai ir tiesiogiai valdyti, pavyzdžiui, tranzistoriuje.

Taigi, kai jis naudoja perjungimo elementą, jis neturi priklausyti nuo įtampos, esančios per jungiklį, kaip tai yra paprastos kintamosios ir nuolatinės srovės formos atveju.

Įtampos dvigubiklis yra įtampos daugiklio grandinės tipas. Daugumą įtampos dublerio grandinių, išskyrus keletą išimčių, galima žiūrėti aukštesnio laipsnio daugiklio pavidalu viename etape. Taip pat didesnis įtampos padauginimas pasiekiamas, kai yra kaskadiniai identiški etapai, kurie naudojami kartu.

Villardo grandinė

„Villard“ grandinė turi paprastą kompoziciją, susidedančią iš diodo ir kondensatoriaus. Viena vertus, kai „Villard“ grandinė teikia naudos paprastumo požiūriu, kita vertus, taip pat žinoma, kad gaminama produkcija, kurios bangavimo charakteristikos laikomos labai prastomis.

1 paveikslas. Villard grandinė

Iš esmės „Villard“ grandinė yra diodų spaustukų grandinės forma. Neigiami dideli ciklai naudojami norint įkrauti kondensatorių iki kintamosios srovės didžiausios įtampos (Vpk). Kintamosios srovės bangos forma kaip įvestis kartu su kondensatoriaus pastoviosios nuolatinės srovės superpozicija sudaro išėjimą.

Bangos formos nuolatinė vertė perkeliama naudojant grandinės poveikį jai. Kadangi diodas kintamosios srovės bangos formos smailes užfiksuoja iki 0 V vertės (iš tikrųjų tai yra –VF, kuri yra maža diodo į priekį nukreipta įtampa), teigiamos išėjimo bangos formos smailės yra 2 Vpk vertės.

Nuo piko iki piko sunku išlyginti, nes jis yra milžiniško 2Vpk dydžio ir todėl jį galima išlyginti tik tada, kai grandinė efektyviai transformuojama į kitas sudėtingesnes formas.

Neigiama aukšta įtampa į magnetroną tiekiama naudojant šią grandinę (kurią sudaro atvirkštinis diodas) mikrobangų krosnelėje.

Greinacherio grandinė

„Greinarcher“ įtampos dvejintuvas pasirodė esąs geresnis už „Villard“ grandinę, nes jis gerokai patobulėjo pridėdamas keletą papildomų komponentų už nedidelę kainą.

Esant atviros grandinės apkrovai, pastebima, kad bangavimas labai sumažėja, dažniausiai iki nulio, tačiau apkrovos varža ir naudojamo kondensatoriaus vertė vaidina svarbų vaidmenį ir turi įtakos srovė traukiama.

2 paveikslas. Greinacherio grandinė

„Villard“ ląstelių stadijai seka grandinė, kad veiktų naudojant voko detektoriaus arba smailės detektorių.

Piko detektoriaus poveikis yra toks, kad didžioji pulsacijos dalis pašalinama, o smailės įtampos išvestis išlieka tokia.

Heinrichas Greinacheris buvo pirmasis asmuo, kuris 1913 m. Išrado šią grandinę (kuri buvo paskelbta 1914 m.), Kad užtikrintų 200–300 V įtampą, kurios jam reikėjo jo jonometrui, kuris vėl buvo naujas jo išradimas.

Reikalavimas išrasti šią grandinę, norint gauti tiek įtampos, kilo dėl to, kad Ciuricho elektrinių tiekiama energija buvo tik 110 V kintama ir todėl buvo nepakankama.

Heinrichas šią idėją išplėtojo 1920 m. Ir išplėtė, kad padarytų daugiklių pakopą. Dažniausiai Heinricho Greinacherio sugalvota daugiklių kaskada yra netiksli ir netiesa Villardo kaskada.

Ši daugiklių kaskada taip pat žinoma kaip Cockroft-Walton po to, kai mokslininkai Johnas Cockroftas ir Ernestas Waltonas pastatė dalelių greitintuvą ir savarankiškai iš naujo atrado grandinę 1932 m.

Dviejų „Greinacher“ elementų, kurių poliškumas yra priešingas vienas kitam, bet varomi iš to paties kintamosios srovės šaltinio, naudojimas gali išplėsti šios rūšies topologijos sampratą iki įtampos keturkampio grandinės.

Du atskiri išėjimai naudojami siekiant išgauti jų išvestį. Įėjimo ir išvesties įžeminimas vienu metu šioje grandinėje yra gana neįmanomas, kaip yra tilto grandinės atveju.

Tilto grandinė

Delono grandinės naudojama topologija, kad įtampa padvigubėtų, vadinama tilto topologija.

Nustatyta, kad vienas iš dažniausiai naudojamų šio tipo deloninių grandinių yra televizoriuose su katodinių spindulių vamzdeliu. Šių televizorių delono grandinė buvo naudojama siekiant užtikrinti e.h.t. įtampos tiekimas.

3 pav. Įtampos keturkampis - dvi priešingo poliškumo „Greinacher“ ląstelės

Yra daug pavojų saugai ir problemų, susijusių su didesnės nei 5kV įtampos generavimu, taip pat labai neekonomiška transformatoriuje, dažniausiai naudojamame buitinėje įrangoje.

Bet e.h.t. 10 kV yra pagrindinis reikalavimas, kai televizoriai yra juodai balti, o spalvotiems televizoriams reikia dar daugiau e.h.t.

Yra įvairių būdų ir būdų, kuriais e.h.t. tokių matmenų pasiekiama, pavyzdžiui: padvigubinant įtampą ant tinklo transformatoriaus e.h.t apvijoje, naudojant įtampos dublerius arba taikant įtampos dublerius bangos formai ant linijos grįžtamųjų ritinių.

Du piko detektoriai, susidedantys iš pusės bangos grandinėje, yra funkciškai panašūs į smailės detektoriaus elementus, esančius Greinacherio grandinėje.

Pusės ciklai, priešingi vienas kitam įeinančiai bangos formai, naudojami darbui kiekvienoje iš dviejų smailės detektoriaus elementų. Išvestis visada yra dviguba didžiausia įėjimo įtampa, nes jų gaminami išėjimai yra nuoseklūs.

4 paveikslas. Tilto (Delono) įtampos dvigubiklis

Perjungiamos kondensatoriaus grandinės

Nuolatinės srovės šaltinio įtampa gali būti padvigubinta naudojant diodo-kondensatoriaus grandines, kurios yra pakankamai paprastos ir aprašytos aukščiau esančiame skyriuje, prieš įtampos dublerį naudojant smulkintuvo grandinę.

Taigi, tai yra veiksminga paverčiant nuolatinę įtampą į kintamąją, kol ji praeina per įtampos padvigubintoją. Norint pasiekti ir sukurti efektyvesnes grandines, perjungimo įtaisai yra valdomi iš išorinio laikrodžio, kuris puikiai moka veikti tiek kapojimo, tiek dauginimo prasme ir kurį galima pasiekti vienu metu.

5 paveikslas.

Perjungto kondensatoriaus įtampos dvigubiklis, pasiekiamas paprasčiausiai perjungiant įkrautus kondensatorius iš lygiagrečių į serijas. Šie grandinių tipai yra žinomi kaip įjungtos kondensatoriaus grandinės.

Žemosios įtampos maitinimo programos yra tokios, kurios ypač taiko šį metodą, nes integruotose grandinėse reikalaujama tiekti tam tikrą įtampą, kuri yra didesnė už tą, kurią iš tikrųjų gali tiekti ar pagaminti akumuliatorius.

Daugeliu atvejų integruoto grandyno laive visada yra laikrodžio signalas, todėl dėl to nebereikia turėti jokių kitų papildomų schemų arba jų generavimui reikia tik mažai grandinių.

Taigi 5 paveiksle pateiktoje diagramoje schematiškai pavaizduota paprasčiausia perjungto kondensatoriaus konfigūracijos forma. Šioje diagramoje yra du kondensatoriai, kurie vienu metu lygiagrečiai įkraunami į tą pačią įtampą.

Po to, kai išjungsite maitinimą, kondensatoriai perjungiami į serijas. Taigi gaunama išėjimo įtampa yra dvigubai didesnė nei maitinimo arba įėjimo įtampa tuo atveju, jei išvestis gaunama iš dviejų nuosekliai esančių kondensatorių.

Tokiose grandinėse gali būti naudojami įvairūs komutaciniai įtaisai, tačiau MOSFET įtaisai yra dažniausiai naudojami perjungimo įtaisai integruotų grandinių atveju.

6 paveikslas. Įkrovimo siurblio įtampos dublerio schema

6 paveiksle pateiktoje diagramoje schematiškai pavaizduota viena iš pagrindinių „Įkrovimo siurblio“ sąvokų. Įėjimo įtampa naudojama pirmiausia įkrauti Cp - įkrovimo siurblio kondensatorių.

Po to išėjimo kondensatorius C0 įkraunamas nuosekliai perjungiant įėjimo įtampą, dėl kurios C0 įkrovimas padvigubina įėjimo įtampą. Norint sėkmingai visiškai įkrauti C0, gali reikėti, kad įkrovimo siurblys atliktų daug ciklų.

Bet kai tik gaunama pastovi būsena, vienintelis dalykas, reikalingas įkrovimo siurblio kondensatoriui, Cp yra siurbti įkrovą mažais kiekiais, kuris yra lygus įkrovai, tiekiamai iš išėjimo kondensatoriaus C0 į apkrovą.

Kai C0 iš dalies išsiskiria į apkrovą, kai ji atjungiama nuo įkrovimo siurblio, susidaro išėjimo įtampos bangavimas. Šis šio proceso metu susidaręs bangavimas turi trumpesnį išleidimo laiką ir yra lengvai filtruojamas, todėl šios charakteristikos daro juos mažesnius, jei dažnis didesnis nei laikrodžio dažnis.

Taigi bet kokiam konkrečiam bangavimui kondensatoriai gali būti mažesni. Maksimalus visų praktinių tikslų laikrodžio dažnio kiekis integruotuose grandynuose paprastai yra šimtų kHz diapazone.

„Dickson“ įkrovimo siurblys

„Dickson“ įkrovos siurblį, dar vadinamą „Dickson“ daugikliu, sudaro diodų / kondensatorių elementų kaskada, kur laikrodžio impulsų traukinys varo kiekvieno kondensatoriaus apatinę plokštę.

Grandinė yra laikoma „Cockcroft-Walton“ daugiklio modifikacija, tačiau vienintelė išimtis yra tai, kad perjungimo signalą teikia nuolatinės srovės įvestis su laikrodžio traukiniais, o ne kintamosios srovės įvestimi, kaip yra „Cockcroft-Walton“ daugiklio atveju.

Pagrindinis Diksono daugiklio reikalavimas yra tas, kad priešingų vienas kitam fazių impulsai turėtų valdyti pakaitines ląsteles. Tačiau įtampos dvigubinimo atveju, pavaizduotame 7 paveiksle, reikalingas tik vienas laikrodžio signalas, nes yra tik vienas daugybos etapas.

7 paveikslas. „Dickson“ įkrovos siurblio įtampos padvigubintojas

Grandinės, kuriose dažniausiai ir dažnai naudojami „Dickson“ daugikliai, yra integriniai grandynai, kuriuose maitinimo įtampa, pvz., Iš bet kurios baterijos, yra mažesnė nei reikalaujama grandinėje.

Tai, kad visi šiuo atveju naudojami puslaidininkiai yra iš esmės panašūs, veikia kaip integruotų grandinių gamintojų pranašumas.

Standartinis logikos blokas, kuris dažniausiai randamas ir naudojamas daugelyje integruotų grandinių, yra MOSFET įrenginiai.

Tai yra viena iš priežasčių, kodėl diodai dažnai keičiami tokio tipo tranzistoriais, tačiau jie taip pat yra prijungti prie diodo formos funkcijos.

Šis susitarimas taip pat žinomas kaip diodiniu laidiniu MOSFET. 8 paveiksle pateiktoje diagramoje pavaizduotas Diksono įtampos dubleris, naudojant tokio tipo diodais sujungtus n-kanalų patobulinimo tipo MOSFET įrenginius.

8 pav. Diksono įtampos dubleris, naudojant diodais sujungtus MOSFET

Pagrindinė „Dickson“ įkrovimo siurblio forma patyrė daugybę patobulinimų ir variantų. Dauguma šių patobulinimų yra tranzistoriaus nutekėjimo šaltinio įtampos sukeliamo efekto mažinimo srityje. Šis patobulinimas laikomas reikšmingu tuo atveju, kai įėjimo įtampa yra maža, kaip žemos įtampos akumuliatoriaus atveju.

Išėjimo įtampa visada yra integralus įėjimo įtampos daugiklis (dvigubai, jei įtampos padvigubintojas), kai naudojami idealūs perjungimo elementai.

Tačiau tuo atveju, kai vienos ląstelės baterija naudojama kaip įvesties šaltinis kartu su MOSFET jungikliais, išėjimas tokiais atvejais yra daug mažesnis nei ši vertė, nes tranzistorių įtampa sumažės.

Dėl labai mažo įtampos kritimo įjungus grandinę, kurioje naudojami atskiri komponentai, Schottky diodas laikomas tinkamu pasirinkimu kaip perjungimo elementu.

Tačiau integruoto grandyno dizaineriai dažniausiai nori naudoti MOSFET, nes jis yra lengviau prieinamas, o tai labiau kompensuoja MOSFET įrenginiuose esančių grandinių trūkumų ir didelio sudėtingumo buvimą.

Norėdami tai iliustruoti, paimkime pavyzdį: šarminėje baterijoje yra 1,5 V vardinė vardinė įtampa.

Išvestis gali būti padvigubinta iki 3,0 V, naudojant įtampos dublintuvą kartu su idealiais perjungimo elementais, kurių įtampos kritimas yra nulis.

Tačiau diodiniu laidiniu MOSFET nutekėjimo šaltinio įtampos kritimas, kai jis yra įjungtoje būsenoje, turi būti mažiausiai lygus vartų slenksčio įtampai, kuri paprastai yra 0,9 V.

Išėjimo įtampą įtampos dvigubiklis gali sėkmingai padidinti tik maždaug nuo 0,6 iki 2,1 V.

Dėl įtampos padidėjimo grandine negalima pasiekti nenaudojant kelių pakopų, jei taip pat atsižvelgiama į kritimo per galutinį išlyginamąjį tranzistorių kritimą.

Kita vertus, tipinio „Schottky“ diodo scenos įtampa yra 0,3 V. įtampos dublerio sukurta išėjimo įtampa bus 2,7 V, jei jis naudoja „Schottky“ diodą, arba 2,4 V, jei jis naudoja išlyginamąjį diodą.

Kryžminiai jungiami kondensatoriai

Kryžminio jungimo kondensatoriaus grandinės yra žinomos dėl to, kad įėjimo įtampa yra labai maža. Norint nuolat maitinti maitinimą, kai jis išsikrovęs iki įtampos, gali prireikti vienaląsčio akumuliatoriaus įrangai, kurią valdo belaidis akumuliatorius, pvz., Peidžeriuose ir „Bluetooth“ įrenginiuose.

9 paveikslas. Kryžminio jungiamojo kondensatoriaus įtampos dvigubiklis

Tranzistorius Q2 yra išjungtas, jei laikrodis yra mažas. Tuo pačiu metu tranzistorius Q1 įjungiamas, jei laikrodis yra aukštas, ir dėl to kondensatorius C1 įkraunamas įtampa Vn. viršutinė C1 plokštė stumiama iki dvigubo Vin, jei Ø1 pakyla aukštai.

Kad ši įtampa pasirodytų kaip išėjimas, jungiklis S1 tuo pačiu metu užsidaro. Be to, tuo pačiu metu C2 leidžiama įkrauti įjungiant Q2.

Komponentų vaidmenys pakeičiami per kitą pusės ciklą: Ø1 bus mažas, S1 atsidarys, Ø2 bus didelis ir S2 užsidarys.

Taigi, alternatyviai iš kiekvienos grandinės pusės, išėjimo įtampa tiekiama su 2Vin. šioje grandinėje patiriami nuostoliai yra nedideli, nes trūksta diodinių laidų MOSFET ir su tuo susijusių slenksčio įtampos problemų.

Vienas iš kitų grandinės privalumų yra tai, kad jis padvigubina pulsacijos dažnį, nes yra du įtampos dubleriai, kurie efektyviai tiekia išėjimą iš fazinių laikrodžių.

Pagrindinis šios grandinės trūkumas yra tas, kad nustatyta, kad Dickinsono daugiklio klaidingos talpos yra daug mažiau reikšmingos nei ši grandinė, todėl tenka daugiausia šioje grandinėje patiriamų nuostolių.

Mandagumas: https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_doubler