Расчет умножителя напряжения на диодах и конденсаторах

Как насчет того, чтобы утром поразвлечься с радиатором «Электролюкс»? Наполните атмосферу легким отрицательным аэро, не слабее, чем воздух в горах, сосновом лесу или прибое.
Что еще нужно человеку для веселой старости?
Только фруктовый кефир и источник напряжения в два-три десятка киловольт.

Трансформатор для таких напряжений — вещь серьезная, специфическая, и не каждый энтузиаст с ней справится. Гораздо более простым решением было бы использование умножителей напряжения, которые нашли свое место не только в радиолюбительском ремесле, но и широко используются в промышленных электронных устройствах.
Это связано с приятными свойствами умножителей — способностью формировать высокие напряжения, достигающие десятков и сотен тысяч вольт, при небольших размерах, весе, простоте расчета и изготовления.

Вот основные типы умножителей напряжения.

Рис. 1 Рис. 2

Умножитель напряжения, показанный на рис. 1, представляет собой последовательный асимметричный умножитель (или асимметричный умножитель второго типа). Такие устройства являются наиболее универсальными, напряжение через диоды и конденсаторы распределяется равномерно, и можно реализовать большое количество ступеней умножения.
В этой схеме все конденсаторы, кроме C1, заряжаются до удвоенного амплитудного напряжения 2×U; амплитудное напряжение U прикладывается к конденсатору C1, поэтому рабочее напряжение конденсаторов и диодов довольно низкое.

Необходимая емкость конденсатора в этой цепи определяется по приближенной формуле:

N — время напряжения;
In — ток нагрузки, мА;
Kp- допустимый коэффициент пульсации выходного напряжения, %;
Uyx — выходное напряжение, В.

Емкость конденсатора C1 должна быть в 4 раза больше расчетного значения C.
Максимально допустимый ток через диоды должен быть не менее чем в 2 раза больше тока нагрузки In.

На рисунке 2 показана принципиальная схема параллельного несимметричного умножителя (или несимметричного умножителя типа 1). Этот тип умножителя требует меньшей емкости конденсатора по сравнению с последовательными аналогами, но недостаток этого типа умножителя, заключающийся в пропорциональном увеличении напряжения конденсатора при увеличении числа ступеней, ограничивает его применение в устройствах со значительными выходными напряжениями.

При одинаковых выходных токах конденсаторы C4 и C6 в параллельном умножителе меньше, чем в последовательном умножителе на кратное число ступеней. Таким образом, если последовательный конденсатор C6 имеет емкость 100 МкФ, то для трехступенчатого параллельного умножителя потребуется 100 / 3 = 33 МкФ.

Приведенная выше формула для расчета емкости умножителя верна для частоты сети 50 Гц. Однако наиболее эффективно усилители напряжения используются тогда, когда на них подается высокочастотное напряжение от специального инвертора. В этом случае значение емкости уменьшается пропорционально множителю частоты преобразователя.

Чтобы было понятно, вот калькулятор для расчета элементов умножителей напряжения.
Здесь Rn = U out / I out, или Rn = U out² / Rn.

Количество ступеней умножителя нельзя увеличивать до бесконечности — по мере увеличения количества секций их вклад в увеличение выходного напряжения быстро уменьшается. Кроме того, эти однополупериодные умножители напряжения не рассчитаны на работу с большими токами.

Поэтому, если при нагрузке более 50 Вт требуются дополнительные выходные напряжения и выходные токи — это прямой путь к симметричному двойному полусферическому умножителю напряжения.
Симметричный умножитель напряжения получается путем параллельного соединения входов двух несимметричных схем, рассчитанных в таблице, причем полярность электролитических конденсаторов и диодов в одной из них должна быть обратной.
Таким образом, вырисовываются следующие схемы.

Рис.3 Рис.4

На рис.3 показана схема последовательного симметричного двух- и полупериодного умножителя, на рис.4 — схема параллельного симметричного двух- и полупериодного умножителя напряжения.

Если требуется двухполярное питание, точка 0U должна быть подключена к шине заземления.

Усиление напряжения без трансформатора. Мультипликаторы. Рассчитать онлайн. Преобразование переменного и постоянного тока (10+)

Бестрансформаторные источники питания — Boost

Процесс показан на рисунке:

Синим цветом обозначена область, где конденсатор C заряжается, а красным — область, где он отдает свой накопленный заряд конденсатору C1 и заряд.

Ниже приведена подборка материалов для вас:

Проектирование источников питания и преобразователей напряжения Проектирование источников питания и преобразователей напряжения. Примеры схем. Примеры готовых устройств. Онлайн-расчеты. Возможность задать авторам вопросы

Практика проектирования электронных схем Искусство проектирования устройств. База данных компонентов. Стандартные схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн-расчеты. Возможность задавать вопросы авторам

Повышающие преобразователи

Повышающие преобразователи переменного тока

Если выходное напряжение должно быть выше входного, обычно используются умножители напряжения. Умножитель выглядит довольно просто, если входное напряжение переменное:

Это схема умножителя Латура-Делона-Гренашера. На выходе мы имеем значение амплитуды входного напряжения, умноженное на количество конденсаторов. Диоды и конденсаторы в схеме должны быть рассчитаны на удвоенную амплитуду входного напряжения, т.е. для осветительной сети они должны выдерживать 620 В с дополнительным запасом.

Расчет умножителя онлайн

Давайте рассчитаем номинал конденсаторов в умножителе напряжения:

[Емкость каждого конденсатора, F] = [Количество конденсаторов] * [Выходной ток, A] / [Максимально допустимая амплитуда пульсаций выходного напряжения, В] / [Входная частота, Гц] / 2

Выберите максимальную пульсацию выходного напряжения в 5% от требуемого выходного напряжения, иначе схема не будет работать.

Повышающие преобразователи постоянного тока

Если нам нужно усилить постоянное напряжение, его сначала нужно преобразовать в переменное. Для этого можно использовать, например, такую схему:

Здесь используется релаксационный генератор на операционном усилителе, который пенит усилитель мощности на транзисторах. С выхода усилителя мощности сигнал подается на умножитель напряжения (S), собранный по приведенной выше схеме. Единственное, что нужно помнить, это то, что на выходе усилителя значение амплитуды сигнала, которое нужно взять для вычисления множителя, в два раза меньше, чем в начале источника питания.

Частота генератора задается конденсатором C1 и резистором R9. Если емкость конденсатора составляет 0,06 мкФ, а сопротивление резистора — 10 кОм, то частота будет около 500 Гц.

Резисторы R7, R8 — по 50 кОм, конденсаторы C2, C3 — по 1000 мкФ. Они используются для создания средней точки между плюсовой и минусовой сторонами источника питания.

Резисторы R1, R2 имеют сопротивление 1 кОм каждый.

Резисторы R3, R4 имеют сопротивление 200 Ом каждый.

Резисторы R11, R12 — по 10 кОм каждый.

Резистор R10 — 3 кОм.

Резисторы R5, R6 — по 100 Ом каждый. Они ограничивают базовый ток транзисторов VT3, VT4.

Резистор R13 — 3 Ом, 1 Вт. Этот резистор ограничивает всплески тока при переключении транзисторов. Это необходимо, поскольку усилитель работает с емкостной нагрузкой и выходной сигнал имеет прямоугольную форму, которая характеризуется скачками тока при зарядке конденсатора в нагрузке.

Транзисторы VT3, VT4 — это КТ815, КТ814.

Операционный усилитель D1 — это К544УД1.

Схема способна подавать на умножитель ток до 1 А и питается от напряжения 15 В.

Такая замысловатая схема усиления усилителя мощности используется для достижения напряжения, близкого к напряжению питания, на выходе качелей, хотя напряжение на выходе операционного усилителя не достигает напряжения питания.

К сожалению, иногда в статьях могут появляться ошибки; они исправляются, добавляются и разрабатываются новые статьи. Подпишитесь на нашу рассылку и будьте в курсе последних событий.

Добрый вечер. Я пытался, но не могу получить значения конденсаторов C1 и C2 из формул на рис. 1.2 с данными в вашей таблице (Uin

220 В, Uin 15 В, Iin 100 мА, f 50 Гц). У меня проблема, я подключаю к сети катушку малогабаритного реле постоянного тока с рабочим напряжением -25В.

220 В, рабочий ток катушки I= 35 мА. Возможно, я не являюсь тем, кто читает ответ.

Однофазный преобразователь напряжения в трехфазный. Принцип действия.
Принцип работы, монтаж и настройка однофазного преобразователя напряжения в трехфазное.

Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синусоидальная волна.
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора.

Резонансный инвертор, инвертор-усилитель напряжения. Принцип п.
Сборка и настройка повышающего преобразователя напряжения. Описание принципа работы.

Источник высокого напряжения для озонатора, ионизатора, экспериментов.
Как построить преобразователь высокого выходного напряжения для формирования и.

Микроконтроллеры. Мощность, визуализация, отображение информации. Диагностика.
Как питать микроконтроллеры — тонкости. Визуализация (Как подключиться.

Обратный преобразователь тактового напряжения, источник питания.
Как работает регулятор напряжения обратной фазы. Где используется. Описание.

Умножитель напряжения — это выпрямительная схема специального типа, амплитуда выходного напряжения которой теоретически в целое число раз превышает входное напряжение. То есть, с помощью удвоителя напряжения можно получить 200 В постоянного тока из источника 100 В переменного тока, а с помощью умножителя на четыре можно получить 400 В постоянного тока. Это так, если не учитывать падение напряжения на диодах (0,7 В на каждом).

В реальных цепях любая нагрузка уменьшает результирующее напряжение. В умножителе есть конденсаторы и диоды. Нагрузочная способность умножителя пропорциональна частоте, емкости конденсаторов в нем и обратно пропорциональна количеству ячеек.

А теперь вашему вниманию — «экспонаты» коллекции:

  • Удвоитель напряжения Латура-Делона-Гренашера

Особенности: Хорошая грузоподъемность.

Несимметричный умножитель напряжения (Кокрофта-Уолтона)

Особенности: универсальность, способность выдерживать небольшие нагрузки.

Генераторы Кокрофта-Уолтона используются в широком спектре приложений, таких как лазерные системы, высоковольтные источники питания, рентгеновские установки, ЖК-подсветки, лампы бегущей волны, ионные насосы, электростатические системы, ионизаторы воздуха, ускорители частиц, копиры, осциллографы, телевизоры и многие другие приложения, требующие высокого напряжения и постоянного тока.

  • Strooter, версия 1

Особенности: Хорошая грузоподъемность.

Утроитель, 2-й вариант

Особенности: Хорошая несущая способность.

Утроитель, 3-й вариант

Особенности: Хорошая несущая способность.

Умножитель на 4, 1-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая пропускная способность.

Умножитель на 4, 2-й вариант

Особенности: Симметричная схема, хорошая емкость.

Умножитель на 4, 3-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая емкость, две полярности относительно общей точки.

Умножитель на 5, 1-й вариант

Особенности: Хорошая грузоподъемность.

Умножитель на 6, 1-й вариант

Особенности: Хорошая грузоподъемность.

Умножитель на 6, 2-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая несущая способность, две полярности относительно общей точки.

Умножитель на 8, 1-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая емкость.

Умножитель на 8, 2-й вариант

Особенности: симметричная схема, хорошая емкость, две полярности относительно общей точки.

Умножитель напряжения Шенкеля – Вилларда

Особенности: симметричная схема, отличная нагрузочная способность, ступенчатое повышение напряжения на каждом элементе.

Умножитель со ступенчатой нагрузочной способностью

Особенности: характеристики нагрузки имеют две области — область низкой мощности — в диапазоне выходных напряжений от 2U до U и область высокой мощности — при выходных напряжениях ниже U.

Выпрямитель с вольтодобавкой

Специальные возможности: Дополнительный выход с низким энергопотреблением при удвоенном напряжении питания.

Умножитель из диодных мостов

Особенности: Хорошая грузоподъемность. Одна из классических схем умножителя напряжения в высоковольтных источниках питания для физических экспериментов. На рисунке показан удвоитель напряжения, но количество ступеней в умножителе может быть увеличено.

Павел (Администратор)

Оцените статью
Добавить комментарий