Litar Pengganda Voltan Dijelaskan

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





Peranti litar elektronik yang digunakan untuk meningkatkan voltan ke urutan 2x dengan mengecas kapasitor dari voltan input yang lebih rendah dikenali sebagai voltan ganda.

Arus cas dihidupkan sedemikian rupa sehingga dalam keadaan ideal, voltan yang dihasilkan pada output tepat dua kali daripada voltan pada input.



Pengganda Voltan Paling Mudah menggunakan Diod

Bentuk termudah dari litar pengganda voltan adalah sejenis penerus yang mengambil input dalam bentuk voltan Arus Alternatif (AC) dan menghasilkan voltan magnitud (DC) berganda sebagai output.

Diod sederhana digunakan sebagai elemen pensuisan dan input dalam bentuk voltan gantian semata-mata digunakan untuk menggerakkan diod ini dalam keadaan beralih.



Litar pemanduan tambahan diperlukan untuk mengawal laju peralihan sekiranya penggandaan voltan yang digunakan adalah dari jenis DC ke DC kerana mereka tidak dapat dihidupkan dengan cara di atas.

Litar penukar voltan DC ke DC selalunya memerlukan peranti tambahan lain yang disebut elemen pensuisan yang dapat dikendalikan dengan mudah dan langsung seperti dalam transistor.

Oleh itu, apabila menggunakan elemen pensuisan, ia tidak perlu bergantung pada voltan yang ada di atas suis seperti yang berlaku dalam bentuk ringkas AC ke DC.

Pengganda voltan adalah sejenis litar pengganda voltan. Sebilangan besar rangkaian penggandaan voltan dengan beberapa pengecualian dapat dilihat dalam bentuk pengganda pesanan lebih tinggi pada satu tahap. Juga, jumlah pendaraban voltan yang lebih besar dicapai apabila terdapat tahap serupa yang digunakan bersama-sama.

Litar Villard

Litar Villard mempunyai komposisi ringkas yang terdiri daripada diod dan kapasitor. Di satu sisi di mana litar Villard memberikan keuntungan dari segi kesederhanaan, di sisi lain juga diketahui menghasilkan output yang mempunyai ciri-ciri riak yang dianggap sangat buruk.

litar pengganda voltan villard

Rajah 1. Litar ladang

Pada asasnya, litar Villard adalah bentuk litar pengapit diod. Kitaran tinggi negatif digunakan untuk mengisi kapasitor ke voltan puncak AC (Vpk). Bentuk gelombang AC sebagai input bersama dengan superposisi DC kapasitor yang mantap membentuk output.

Nilai DC bentuk gelombang dialihkan dengan menggunakan kesan litar padanya. Oleh kerana dioda memuncak puncak negatif bentuk gelombang AC ke nilai 0V (dalam keadaan sebenarnya ialah –VF, yang merupakan voltan bias maju kecil dari dioda) puncak positif bentuk gelombang output adalah nilai 2Vpk.

Puncak ke puncak sukar dilancarkan kerana ukurannya sangat besar dari nilai 2Vpk dan dengan itu ia dapat dilicinkan hanya apabila litar diubah menjadi bentuk lain yang lebih canggih dengan cara yang berkesan.

Voltan tinggi negatif dibekalkan ke magnetron dengan menggunakan litar ini (yang terdiri daripada diod dalam bentuk terbalik) dalam ketuhar gelombang mikro.

Litar Greinacher

Pengganda voltan Greinarcher telah terbukti lebih baik daripada rangkaian Villard dengan memperbaiki diri dengan ketara dengan menambahkan beberapa komponen tambahan dengan kos yang kecil.

Dalam keadaan beban litar terbuka, riak didapati berkurang sangat banyak, kebanyakkan kali ke keadaan sifar tetapi rintangan beban dan nilai kapasitor yang digunakan memainkan peranan penting dan mempengaruhi arus sedang dilukis.

Litar Greinacher

Rajah 2. Litar Greinacher

Tahap sel Villard diikuti oleh rangkaian untuk berfungsi dengan menggunakan tahap pengesan sampul atau pengesan puncak.

Kesan pengesan puncak sedemikian rupa sehingga banyak riak dikeluarkan sementara output voltan puncak dipelihara seperti itu.

Heinrich Greinacher adalah orang pertama yang mencipta litar ini pada tahun 1913 (yang diterbitkan pada tahun 1914) untuk memberikan voltan 200-300V yang diperlukan olehnya untuk ionometernya yang sekali lagi merupakan penemuan baru olehnya.

Keperluan mencipta litar ini untuk mendapatkan voltan sebanyak itu kerana kuasa yang dibekalkan oleh stesen janakuasa Zurich hanya 110V AC dan dengan itu tidak mencukupi.

Heinrich mengembangkan idea ini lebih banyak pada tahun 1920 dan memperluasnya untuk membuat lata pengganda. Sebilangan besar masa, orang merujuk kaskade pengganda yang diciptakan oleh Heinrich Greinacher ini sebagai kaskade Villard yang tidak tepat dan tidak benar.

Lata pengganda ini juga dikenali sebagai Cockroft-Walton setelah para saintis John Cockroft dan Ernest Walton yang telah membina mesin pemecut zarah dan telah menemui semula litar secara bebas pada tahun 1932.

Penggunaan dua sel Greinacher yang mempunyai polariti bertentangan antara satu sama lain tetapi didorong dari sumber AC yang sama dapat memperluas konsep topologi semacam ini ke rangkaian kuadrupler voltan.

Dua output individu digunakan untuk menurunkan output di seberang. Pembumian input dan output secara serentak dalam litar ini agak mustahil seperti halnya litar jambatan.

Litar Jambatan

Jenis topologi yang digunakan oleh rangkaian Delon untuk menggandakan voltan dikenali sebagai topologi jambatan.

Salah satu kegunaan litar jenis delon yang biasa didapati terdapat di dalam televisyen dengan tiub sinar katod. Litar delon dalam set televisyen ini digunakan untuk menyediakan e.h.t. bekalan voltan.

Rajah 3. Kuadrupler voltan - dua sel Greinacher dengan polariti bertentangan

Terdapat banyak bahaya dan masalah keselamatan yang berkaitan dengan penjanaan voltan lebih daripada 5kV dan sangat tidak ekonomik pada pengubah yang kebanyakannya terdapat pada peralatan yang merupakan peralatan domestik.

Tetapi e.h.t. dari 10kV adalah keperluan asas bagi televisyen yang berwarna hitam dan putih sementara set televisyen berwarna memerlukan lebih banyak lagi e.h.t.

Terdapat pelbagai cara dan kaedah yang boleh digunakan oleh e.h.t. dimensi tersebut dicapai seperti: menggandakan voltan pada transformer sesalur dalam penggulungan e.h.t di atasnya dengan menggunakan penggandaan voltan atau dengan menggunakan penggandaan voltan pada bentuk gelombang pada gegelung flyback garis.

Dua pengesan puncak yang terdiri daripada gelombang separuh dalam litar berfungsi sama dengan sel pengesan puncak yang terdapat di litar Greinacher.

Separuh kitaran yang berlawanan satu sama lain dari bentuk gelombang masuk digunakan untuk beroperasi oleh masing-masing dari dua sel pengesan puncak. Output selalu didapati dua kali ganda daripada voltan input puncak kerana output yang dihasilkan oleh mereka adalah secara bersiri.

Rajah 4. Pengganda voltan Bridge (Delon)

Litar Kapasitor Beralih

Voltan sumber DC dapat digandakan dengan menggunakan litar kapasitor diod yang cukup sederhana dan telah dijelaskan di bahagian di atas dengan mendahului penggandaan voltan dengan penggunaan litar pencincang.

Oleh itu, ini berkesan untuk menukar DC ke AC sebelum melalui voltan berganda. Untuk mencapai dan membina litar yang lebih efisien, alat pensuisan digerakkan dari jam luaran yang mahir berfungsi baik dari segi memotong dan mengalikan dan dapat dicapai secara serentak.

Litar Kapasitor Beralih

Gambar 5.

Pengganda voltan kapasitor yang ditukar dicapai dengan hanya menukar kapasitor yang dicas dari selari ke siri. Jenis litar ini dikenali sebagai litar kapasitor yang dihidupkan.

Aplikasi yang digerakkan oleh voltan rendah adalah aplikasi yang terutama menggunakan pendekatan ini kerana rangkaian terpadu mempunyai keperluan untuk membekalkan sejumlah voltan tertentu yang lebih tinggi daripada yang sebenarnya dapat dihasilkan atau dihasilkan oleh bateri.

Dalam kebanyakan kes, selalu ada ketersediaan isyarat jam di atas litar bersepadu dan oleh itu ini menjadikannya tidak perlu mempunyai litar tambahan lain atau hanya sedikit litar yang diperlukan untuk menjana.

Oleh itu, rajah dalam Rajah 5 memaparkan secara skematik bentuk konfigurasi kapasitor yang paling sederhana. Dalam rajah ini, terdapat dua kapasitor yang telah dicas ke voltan yang sama secara serentak secara selari.

Pasang kapasitor ini bertukar menjadi siri setelah mematikan bekalan. Oleh itu, voltan keluaran yang dihasilkan adalah dua kali ganda dari voltan bekalan atau input sekiranya keluarannya berasal dari dua kapasitor secara bersiri.

Terdapat pelbagai jenis alat peralihan yang dapat digunakan dalam litar seperti itu, tetapi perangkat MOSFET adalah alat peralihan yang paling sering digunakan dalam hal litar terpadu.

Rajah 6. Skema pengganda voltan pam caj

Gambarajah dalam Rajah 6 memaparkan secara skematik salah satu konsep asas lain dari 'Charge Pump'. Voltan input digunakan untuk mengecas pertama Cp, kapasitor pam pengecas.

Selepas ini, kapasitor output, C0 dikenakan dengan beralih secara bersiri dengan voltan masukan yang mengakibatkan pengisian C0 dua kali ganda daripada jumlah voltan masukan. Untuk berjaya mengecas C0 sepenuhnya, pam pengecas mungkin diperlukan untuk mengambil banyak kitaran.

Tetapi setelah keadaan stabil diperoleh, satu-satunya perkara penting untuk kapasitor pam pengecas, Cp adalah mengepam cas dalam jumlah kecil yang setara dengan caj yang dibekalkan dari kapasitor output, C0 ke beban.

Riak terbentuk pada voltan keluaran apabila C0 dibebaskan sebahagiannya ke dalam beban semasa sedang diputuskan dari pam pengisian. Riak yang terbentuk dalam proses ini mempunyai ciri masa pelepasan yang lebih pendek dan mudah disaring dan dengan demikian ciri-ciri ini menjadikannya lebih kecil untuk frekuensi untuk frekuensi jam yang lebih tinggi.

Oleh itu, untuk sebarang riak tertentu, kapasitor boleh dibuat lebih kecil. Jumlah maksimum frekuensi jam untuk semua tujuan praktikal dalam litar bersepadu biasanya berada dalam julat ratusan kHz.

Pam caj Dickson

Pam pengisian Dickson, juga dikenali sebagai pengganda Dickson terdiri daripada lata sel diod / kapasitor di mana kereta nadi jam menggerakkan plat bawah setiap kapasitor.

Litar ini dianggap sebagai modifikasi pengganda Cockcroft-Walton tetapi dengan satu-satunya pengecualian isyarat pensuisan yang disediakan oleh input DC dengan kereta jam dan bukannya input AC seperti yang berlaku dengan pengganda Cockcroft-Walton.

Keperluan asas pengganda Dickson adalah bahawa denyut nadi fasa yang bertentangan antara satu sama lain harus menggerakkan sel ganti. Tetapi, untuk penggandaan voltan, yang digambarkan dalam Rajah 7, hanya diperlukan satu isyarat jam kerana hanya ada satu tahap pendaraban.

Pam caj Dickson

Rajah 7. Pengecas voltan-pam voltan Dickson

Litar di mana pengganda Dickson kebanyakan dan sering digunakan adalah litar bersepadu di mana voltan bekalan seperti dari bateri mana pun kurang daripada yang diperlukan oleh litar.

Fakta bahawa semua semikonduktor yang digunakan dalam ini pada dasarnya serupa berfungsi sebagai kelebihan bagi pengeluar litar bersepadu.

Blok logik standard yang paling sering dijumpai dan digunakan dalam banyak litar bersepadu ialah peranti MOSFET.

Ini adalah salah satu sebab mengapa diod sering digantikan oleh transistor jenis ini, tetapi juga disambungkan ke fungsi dalam bentuk diod.

Susunan ini juga dikenali sebagai MOSFET berwayar diod. Gambarajah dalam Rajah 8 menggambarkan penggandaan voltan Dickson menggunakan peranti MOSFET jenis peningkatan saluran-d jenis diod ini.

Rajah 8. Pengganda voltan Dickson menggunakan MOSFET berwayar diod

Bentuk asas pam pengisian Dickson telah mengalami banyak peningkatan dan variasi. Sebilangan besar penambahbaikan ini berlaku di kawasan pengurangan kesan yang dihasilkan oleh voltan sumber saliran transistor. Peningkatan ini dianggap signifikan sekiranya voltan input kecil seperti pada bateri voltan rendah.

Voltan keluaran selalu merupakan gandaan integral dari voltan masukan (dua kali sekiranya penggandaan voltan) apabila elemen pensuisan ideal digunakan.

Tetapi sekiranya bateri sel tunggal digunakan sebagai sumber input bersama dengan suis MOSFET, output dalam kes sedemikian jauh lebih rendah daripada nilai ini kerana akan berlaku penurunan voltan di seluruh transistor.

Kerana penurunan voltan yang sangat rendah dalam keadaan litar yang menggunakan komponen diskrit, dioda Schottky dianggap sebagai pilihan yang baik sebagai elemen beralih.

Tetapi pereka rangkaian litar bersepadu lebih memilih MOSFET untuk digunakan kerana ia lebih mudah didapati yang lebih baik daripada mengimbangi kehadiran kekurangan dan kerumitan tinggi dalam litar yang terdapat pada peranti MOSFET.

Sebagai contoh, mari kita ambil contoh: voltan nominal nada 1.5V terdapat dalam bateri alkali.

Output dalam ini dapat digandakan menjadi 3.0V dengan menggunakan pengganda voltan bersama dengan elemen pensuisan ideal yang mempunyai penurunan voltan sifar.

Tetapi voltan MOSFET berwayar diod sumber longkang ketika berada dalam keadaan aktif mestilah minimum sama dengan voltan ambang pintu yang biasanya selaras 0.9V.

Voltan keluaran dapat dinaikkan oleh pengganda voltan dengan berjaya hanya sekitar 0.6V hingga 2.1V.

Peningkatan voltan oleh litar tidak dapat dicapai tanpa menggunakan beberapa tahap sekiranya penurunan melintasi transistor penghalusan akhir juga dipertimbangkan dan dipertimbangkan.

Sebaliknya, voltan di atas panggung dioda Schottky khas ialah 0.3 V. voltan keluaran yang dihasilkan oleh penggandaan voltan akan berada dalam julat 2.7V jika menggunakan dioda Schottky, atau 2.4V jika menggunakan diod pelicin.

Kapasitor berpasangan silang

Litar kapasitor berpasangan bersilang dikenali kerana voltan input sangat rendah. Bateri bersel tunggal boleh diperlukan dalam peralatan yang digerakkan oleh bateri tanpa wayar seperti alat pager dan peranti Bluetooth agar dapat menyalurkan kuasa secara berterusan apabila telah habis ke bawah volt.

Kapasitor berpasangan silang

Rajah 9. Pengganda voltan kapasitor berpasangan silang

Transistor Q2 dimatikan sekiranya jam rendah. Pada masa yang sama, transistor Q1 dihidupkan jika jam tinggi dan ini mengakibatkan pengisian kapasitor C1 ke voltan Vn. plat atas C1 ditolak hingga dua kali ganda Vin sekiranya Ø1 naik tinggi.

Untuk membolehkan voltan ini muncul sebagai output, suis S1 ditutup pada masa yang sama. Juga, pada masa yang sama C2 dibenarkan untuk dicas dengan menghidupkan Q2.

Peranan komponen dibalikkan dalam separuh kitaran seterusnya: Ø1 akan rendah, S1 akan terbuka, Ø2 akan tinggi, dan S2 akan ditutup.

Oleh itu, sebagai alternatif dari setiap sisi litar, voltan keluaran dibekalkan dengan 2Vin. kerugian yang berlaku dalam litar ini rendah kerana terdapat kekurangan MOSFET berwayar diod dan masalah voltan ambang yang berkaitan dengannya.

Salah satu kelebihan litar lain ialah ia menggandakan frekuensi riak kerana terdapat dua pengganda voltan yang memberikan output dengan berkesan dari jam fasa.

Kelemahan asas litar ini adalah bahawa kapasiti sesaat pengganda Dickinson didapati jauh lebih kecil daripada litar ini dan dengan demikian menyumbang sebahagian besar kerugian yang berlaku dalam litar ini.

Dengan hormat: https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_doubler




Sebelumnya: Lampu LED 10/12 watt dengan Penyesuai 12 V Seterusnya: Menggunakan Heatsink Jalur Aluminium untuk LED Hi-watt dan bukannya PCB