Умножители напряжения на любой вкус. Онлайн калькулятор
Расчёт несимметричных и симметричных, параллельных и последовательных,
однополупериодных и двухполупериодных умножителей напряжения
Умножитель напряжения – это электронное устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное, причём уровень постоянного напряжения
в кратное число раз превышает амплитудное значение переменного.
Реализуется это преобразование, как правило, с помощью цепей конденсаторов и диодов в различных включениях.
Наибольшее распространение умножители напряжения получили в цепях питания высоковольтных электронных устройств, где требования к величинам напряжений исчисляются
не только единицами, но и сотнями киловольт.
Трансформатор на такие напряжения – штука нешуточная и подвластная не каждому энтузиасту.
Поэтому во многих радиолюбительских и промышленных устройствах для получения киловольтных напряжений предпочтение отдаётся умножителям,
благодаря таким их полезным свойствам, как возможность формировать высокие
напряжения при малых массогабаритных характеристиках, а также простоте расчёта и изготовления.
Приведём основные типы умножителей напряжения.
Рис.1 Последоват. умножитель
Рис.2 Параллельный умножитель
Изображённый на Рис.1 умножитель напряжения относится к последовательным несимметричным умножителям (или несимметричным умножителям
2-го рода).
Подобные устройства наиболее универсальны, напряжение на диодах и конденсаторах распределены равномерно, можно реализовать большое
число ступеней умножения.
В данной схеме все конденсаторы, за исключением С1, заряжаются до удвоенного амплитудного напряжения 2×U, к конденсатору С1 приложено
амплитудное напряжение U, таким образом, рабочее напряжение конденсаторов и диодов получается достаточно низким.
Необходимая ёмкость конденсаторов в этой схеме (для частоты 50 Гц) определяется по приближенной формуле:
С (МкФ) = 2850×N×Iн/(Кп×Uвых) =
2850×N/(Кп×Rн), где
N — кратность умножения напряжения;
Iн — ток нагрузки, мА;
Кп — допустимый коэффициент пульсаций выходного напряжения, %;
Uвыx — выходное напряжение, В.
Ёмкость конденсатора С1 должна в 4 раза превышать расчётное значение С.
Максимально-допустимый ток через диоды должен как минимум в 2 раза превышать ток нагрузки Iн.
На Рис.2 приведена схема параллельного несимметричного умножителя (или несимметричного умножителя 1-го рода).
Для этого вида умножителей требуются меньшие значения ёмкостей конденсаторов по сравнению с последовательными аналогами,
однако такой их недостаток, как пропорциональный рост напряжения на конденсаторах с увеличением числа ступеней, ограничивает
их применение в устройствах со значительными величинами выходных напряжений.
При одинаковых выходных токах, величины ёмкостей конденсаторов C4 и C6 в параллельном умножителе меньше, чем в последовательном
кратно количеству ступеней. Так, если в последовательном ёмкость конденсатора С6 – 100 МкФ, то для трёхступенчатого параллельного
умножителя потребуется ёмкость 100 / 3 = 33 МкФ.
Представленная формула расчёта ёмкостей умножителей верна для частоты напряжения сети – 50Гц.
Однако, наиболее эффективно использование умножителей напряжения при их питании напряжением высокой частоты от специального преобразователя.
В этом случае величины ёмкостей уменьшаются пропорционально кратности увеличения частоты преобразователя.
Приведём онлайн калькулятор расчёта элементов умножителей напряжения с учётом различных частот напряжений.
Здесь: Rн = Uвых/Iн, либо
Rн = Uвых²/Pн.
Количество ступеней умножителя нельзя увеличивать до бесконечности, так как с ростом числа секций их вклад в увеличение выходного напряжения
довольно быстро уменьшается. К тому же представленные несимметричные умножители напряжения являются однополупериодными и не обладают высокой
нагрузочной способностью.
Поэтому, при необходимости дальнейшего наращивания выходного напряжения и мощности, подводимой к нагрузке свыше 50 Вт – прямая
дорога у нас лежит к симметричным двухполупериодным умножителям напряжения.
Симметричная схема умножения напряжения получается, если запараллелить входы двух несимметричных схем, рассчитанных в калькуляторе,
у одной из которых необходимо сменить полярность подключения электролитических конденсаторов и диодов.
В результате вырисовываются следующие схемы.
Рис.3 Последоват. симметричныйРис.4 Параллельный симметричный
умножитель умножитель
На Рис.3 изображена схема последовательного симметричного двухполупериодного умножителя, а на Рис.4 – схема параллельного
симметричного двухполупериодного умножителя напряжения.
При необходимости поиметь двухполярное питание, точку 0U следует подключить к земляной шине.
Получить нечётный коэффициент умножения можно, введя в любой из описанных выше несимметричных умножителей дополнительную D-C цепь, осуществляющую преобразование
входного напряжения в минус один раз.
В качестве примера на Рис.5 приведена схема умножителя напряжения на 3.
Рис.5 Пример схемы умножителя напряжения на три
|
