Jännitekerroinpiirit selitetty

Elektroninen piirilaite, jota käytetään jännitteen nostamiseen kaksinkertaiseksi lataamalla kondensaattoreita alemmasta tulojännitteestä, tunnetaan jännitteen kaksinkertaistimena.

Latausvirta kytketään siten, että missä tahansa ihanteellisessa tilanteessa ulostulossa syntyvä jännite on täsmälleen kaksi kertaa sisääntulojännitteen jännite.

Yksinkertaisin jännitteen kerroin diodien avulla

Yksinkertaisin muoto jännitteen kaksinkertaistinpiiri ovat tasasuuntaajatyyppiä, joka ottaa tulon vaihtovirtajännitteenä (AC) ja tuottaa ulostulona kaksinkertaisen (DC) jännitteen.

Yksinkertaisia ​​diodeja käytetään kytkentäelementteinä ja pelkän vaihtojännitteen muodossa olevaa tuloa käytetään näiden diodien käyttämiseen kytkentätilassa.

Ylimääräinen käyttöpiiri tarvitaan kytkentänopeuden säätämiseksi siltä varalta, että käytettävät jännitteen kaksinkertaistimet ovat DC-DC-tyyppisiä, koska niitä ei voida vaihtaa yllä olevalla tavalla.

DC-DC-jännitemuuntajapiirit vaativat suurimman osan ajasta toisen lisälaitteen, jota kutsutaan kytkentäelementiksi, jota voidaan helposti ja suoraan ohjata, kuten transistorissa.

Siten, kun se käyttää kytkentäelementtiä, sen ei tarvitse riippua kytkimen yli olevasta jännitteestä, kuten yksinkertaisessa muodossa AC - DC.

Jännitteen kaksinkertaistin on eräänlainen jännitteen kerroinpiiri. Suurin osa jännitteen kaksinkertaistajapiireistä muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta voidaan tarkastella korkeamman kertaluvun muodossa yhdessä vaiheessa. Suurempi jännitteen kertolasku saavutetaan myös silloin, kun on olemassa samankaltaisia ​​CSS-vaiheita, joita käytetään yhdessä.

Villard-piiri

Villard-piirillä on yksinkertainen koostumus, joka koostuu diodista ja kondensaattorista. Toisaalta, missä Villard-piiri tarjoaa etua yksinkertaisuuden kannalta, ja toisaalta tiedetään myös tuottavan ulostuloa, jolla on aalto-ominaisuuksia, joita pidetään erittäin heikkoina.

Kuva 1.Villard-piiri

Pohjimmiltaan Villard-piiri on eräänlainen diodipuristinpiiri. Negatiivisia korkeita syklejä käytetään kondensaattorin lataamiseen vaihtovirtahuippujännitteeseen (Vpk). AC-aaltomuoto tulona yhdessä kondensaattorin vakaan DC: n superposition kanssa muodostaa ulostulon.

Aaltomuodon DC-arvo siirretään käyttämällä piirin vaikutusta siihen. Koska diodi kiinnittää AC-aaltomuodon negatiiviset huiput arvoon 0V (todellisuudessa se on –VF, joka on diodin pieni eteenpäin suuntautuva esijännite), lähtöaaltomuodon positiiviset piikit ovat 2Vpk.

Huipusta huippuun on vaikea tasoittaa, koska sen koko on valtava 2 Vpk: n kokoinen ja siten se voidaan tasoittaa vasta, kun piiri muunnetaan muiksi kehittyneemmiksi muodoiksi tehokkaalla tavalla.

Negatiivinen korkea jännite syötetään magnetroniin käyttämällä tätä piiriä (joka koostuu diodista päinvastaisessa muodossa) mikroaaltouunissa.

Greinacher-piiri

Greinarcher-jännitteen kaksinkertaistin on osoittautunut paremmaksi kuin Villard-piiri parantamalla itseään merkittävästi lisäämällä joitain lisäosia pienistä kustannuksista.

Avoimen piirin kuormituksen olosuhteissa aaltoilun havaitaan pienenevän suuresti, useimmiten nollatilaan, mutta kuorman resistanssilla ja käytetyn kondensaattorin arvolla on tärkeä rooli ja ne vaikuttavat nykyinen virta.

Kuva 2. Greinacher-piiri

Villard-soluvaihetta seuraa piiri toimiakseen käyttämällä kirjekuorianturin vaihetta tai huippuilmaisinta.

Huippudetektorin vaikutus on sellainen, että suuri osa aaltoilusta poistuu, kun taas huippujännitteen ulostulo säilyy sellaisenaan.

Heinrich Greinacher oli ensimmäinen henkilö, joka keksi tämän piirin vuonna 1913 (joka julkaistiin vuonna 1914) voidakseen tuottaa 200-300 V: n jännitteen, jota hän tarvitsi ionometrilleen, joka oli jälleen hänen uusi keksintö.

Vaatimus tämän piirin keksimisestä niin suuren jännitteen saamiseksi syntyi, koska Zürichin voimalaitosten syöttämä teho oli vain 110 V AC ja siten riittämätön.

Heinrich kehitti tätä ajatusta enemmän vuonna 1920 ja laajensi sitä tekemään kaskadin kertojista. Useimmiten ihmiset kutsuvat tätä Heinrich Greinacherin keksimää kertojien kaskadia Villardin kaskadiksi, joka on epätarkka eikä totta.

Tämä kertojien kaskadi tunnetaan myös nimellä Cockroft-Walton sen jälkeen kun tutkijat John Cockroft ja Ernest Walton olivat rakentaneet hiukkaskiihdyttimen ja löytäneet piirin uudelleen itsenäisesti vuonna 1932.

Kahden sellaisen Greinacher-solun käyttö, joiden polariteetit ovat toisiaan vastapäätä, mutta joita ohjataan samasta vaihtovirtalähteestä, voi laajentaa tämäntyyppisen topologian käsitteen jännitteen nelinkertaistimeen.

Kahta yksittäistä lähtöä käytetään poistamaan ulostulo toisistaan. Tulon ja lähdön maadoitus samanaikaisesti tässä piirissä on melko mahdotonta, kuten sillapiirissä.

Silta piiri

Sellaista topologiaa, jota Delon-piiri käyttää jännitteen kaksinkertaistamiseksi, kutsutaan sillan topologiaksi.

Yksi tämän tyyppisen delonpiirin yleisimmistä käyttötavoista havaittiin televisioissa, joissa oli katodisädeputki. Näiden televisioiden delon-piiriä käytettiin e.h.t. jännitesyöttö.

Kuva 3. Jännitekerroin - kaksi Greinacher-solua, joilla on vastakkaiset polariteetit

Yli 5 kV: n jännitteiden syntymiseen liittyy monia turvallisuusriskejä ja -ongelmia, jotka ovat erittäin epätaloudellisia muuntajamuuntajassa, lähinnä kotitalouslaitteissa.

Mutta e.h.t. 10 kV: n jännite on mustavalkoisten televisioiden perusvaatimus, kun taas väritelevisiot vaativat vielä enemmän e.h.t.

On olemassa erilaisia ​​tapoja ja keinoja, joilla e.h.t. Tällaiset mitat saavutetaan, kuten esimerkiksi: kaksinkertaistamalla verkkomuuntajan jännite siihen käämittävässä e.h.t: n alueella käyttämällä jännitteen kaksinkertaistimia tai soveltamalla jännitteen kaksinkertaistimia linjan paluukäämin aaltomuotoon.

Kaksi pientunnistinta, jotka koostuvat puoliaallosta piirissä, ovat toiminnallisesti samankaltaisia ​​kuin Greinacher-piirissä löydetyt piikkidetektorisolut.

Puoliaikoja, jotka ovat vastakkaisia ​​tulevaa aaltomuotoa vastaan, käytetään kumpikin kahdesta huippudetektorisolusta. Lähdön todetaan aina olevan kaksinkertainen huippuottojännitteestä, koska niiden tuottamat lähdöt ovat sarjaan.

Kuva 4. Sillan (Delon) jännitteen kaksinkertaistin

Kytketyt kondensaattoripiirit

DC-lähteen jännite voidaan kaksinkertaistaa käyttämällä diodikondensaattoripiirejä, jotka ovat riittävän yksinkertaisia ​​ja jotka on kuvattu edellisessä osassa edeltämällä jännitteen kaksinkertaistajaa chopper-piirillä.

Siten tämä on tehokasta muuntamalla tasavirta vaihtovirraksi ennen kuin se menee jännitteen kaksinkertaistimen läpi. Jotta saavutettaisiin ja rakennettaisiin tehokkaampia piirejä, kytkinlaitteita ohjataan ulkoiselta kellolta, joka on taitava toimimaan sekä pilkkomisen että kertomisen suhteen ja joka voidaan saavuttaa samanaikaisesti.

Kuva 5.

Kytketty kondensaattorin jännitteen kaksinkertaistin saavutetaan yksinkertaisesti vaihtamalla ladatut kondensaattorit rinnakkain sarjaan Tämän tyyppisiä piirejä kutsutaan kytketyiksi kondensaattoripiireiksi.

Pienjännitteellä toimivia sovelluksia ovat sovellukset, jotka käyttävät erityisesti tätä lähestymistapaa, koska integroiduilla piireillä on tarve toimittaa tietty määrä jännitettä, joka on enemmän kuin mitä akku voi tosiasiallisesti tuottaa tai tuottaa.

Useimmissa tapauksissa integroidun piirin aluksella on aina käytettävissä kellosignaali, ja tämä tekee tästä syystä tarpeettoman muun lisäkytkennän tai sen muodostamiseen tarvitaan vain vähän piiriä.

Täten kuvion 5 kaavio näyttää kaavamaisesti kytketyn kondensaattorin kokoonpanon yksinkertaisen muodon. Tässä kaaviossa on kaksi kondensaattoria, jotka on ladattu samaan jännitteeseen samanaikaisesti rinnakkain.

Tämän jälkeen kondensaattorit kytketään sarjaan virran katkaisun jälkeen. Täten tuotettu lähtöjännite on kaksinkertainen syöttö- tai tulojännitteeseen, jos lähtö johdetaan kahdesta sarjasta olevasta kondensaattorista.

Tällaisissa piireissä voidaan käyttää erilaisia ​​kytkinlaitteita, mutta integroitujen piirien tapauksessa MOSFET-laitteet ovat yleisimmin käytettyjä kytkinlaitteita.

Kuva 6. Latauspumpun jännitteen kaksinkertaistimen kaavio

Kuvan 6 kaavio näyttää kaavamaisesti yhden muista 'Latauspumpun' peruskäsitteistä. Tulojännitettä käytetään ensin lataamaan pumpun kondensaattori Cp.

Tämän jälkeen lähtökondensaattori C0 ladataan kytkemällä sarjaan tulojännitteen kanssa, mikä johtaa CO: n lataamiseen kaksinkertaisena tulojännitteellä. C0: n täydellisen lataamisen onnistumiseksi latauspumppua voidaan joutua suorittamaan useita syklejä.

Mutta kun vakaa tila on saatu, ainoa välttämätön asia latauspumpun kondensaattorille, Cp, on pumpata latausta pieninä määrinä, joka vastaa lähtö kondensaattorista C0 syötettävää kuormitusta.

Lähtöjännitteelle muodostuu aaltoilu, kun C0 purkautuu osittain kuormaan, kun sitä irrotetaan latauspumpusta. Tällä tässä prosessissa muodostuneella aaltoilulla on lyhyempi purkausaika ja se on helppo suodattaa, joten nämä ominaisuudet tekevät niistä pienempiä taajuuksille korkeammilla kellotaajuuksilla.

Siten kondensaattorit voidaan tehdä pienemmiksi mille tahansa määrätylle aaltoilulle. Integroitujen piirien kellotaajuuden enimmäismäärä kaikkiin käytännön tarkoituksiin on tyypillisesti satoja kHz.

Dicksonin latauspumppu

Dicksonin latauspumppu, joka tunnetaan myös nimellä Dicksonin kertoja, koostuu diodi / kondensaattorikennojen kaskadista, jossa kellopulssijuna ajaa kunkin kondensaattorin pohjalevyä.

Piirin katsotaan olevan muunnos Cockcroft-Walton-kertojasta, mutta ainoa poikkeus on, että kytkentäsignaalin tarjoaa DC-tulo kellojunilla AC-tulon sijaan, kuten Cockcroft-Walton-kertojan tapauksessa.

Dickson-kertojan perusvaatimus on, että vastakkaisten vaiheiden kellopulssien tulisi ohjata vaihtoehtoisia soluja. Mutta kuvassa 7 esitetyn jännitteen kaksinkertaistimen tapauksessa tarvitaan vain yksi kellosignaali, koska kertolasku on vain yksi.

Kuva 7. Dicksonin latauspumpun jännitteen kaksinkertaistin

Piirit, joissa Dickson-kertojia käytetään enimmäkseen ja usein, ovat integroituja piirejä, joissa syöttöjännite, kuten mistä tahansa akusta, on pienempi kuin mitä piiri tarvitsee.

Se, että kaikki tässä käytetyt puolijohteet ovat pohjimmiltaan samanlaisia, on etu integroidun piirin valmistajille.

Vakiologiikkalohko, jota yleisimmin löydetään ja käytetään lukuisissa integroiduissa piireissä, on MOSFET-laitteet.

Tämä on yksi syy siihen, miksi diodit korvataan monta kertaa tämän tyyppisellä transistorilla, mutta ne on myös kytketty toimintaan diodin muodossa.

Tämä järjestely tunnetaan myös diodijohdotettuna MOSFET: nä. Kuvan 8 kaavio kuvaa Dicksonin jännitteen kaksinkertaistajaa, joka käyttää tällaisia ​​diodijohdotettuja n-kanavaisia ​​parannustyyppisiä MOSFET-laitteita.

Kuva 8. Dicksonin jännitteen kaksinkertaistin diodijohdotetuilla MOSFETeillä

Dicksonin latauspumpun perusmuotoon on tehty paljon parannuksia ja muunnelmia. Suurin osa näistä parannuksista kohdistuu transistorin tyhjennyslähteen jännitteen aiheuttaman vaikutuksen vähentämiseen. Tätä parannusta pidetään merkittävänä siinä tapauksessa, että tulojännite on pieni kuin matalajännitteisen akun tapauksessa.

Lähtöjännite on aina sisääntulojännitteen integraalikerta (kaksi kertaa jännitteen kaksinkertaistamisen tapauksessa), kun käytetään ihanteellisia kytkentäelementtejä.

Mutta jos tulolähteenä käytetään MOSFET-kytkimien kanssa yksisoluista akkua, lähtö tällaisissa tapauksissa on paljon pienempi kuin tämä arvo, koska transistoreiden jännite laskee.

Erillisiä komponentteja käyttävän piirin jännitteen erittäin pienen pudotuksen ollessa kytkennässä Schottky-diodia pidetään hyvänä vaihtoehtona kytkentäelementtinä.

Mutta integroitujen piirien suunnittelijat suosivat enimmäkseen MOSFET: n käyttöä, koska se on helpommin saatavissa, mikä enemmän kuin kompensoi MOSFET-laitteissa esiintyvien piirien puutteiden ja suuren monimutkaisuuden.

Otetaan esimerkki tästä: alkaliparistossa on 1,5 V: n virran nimellisjännite.

Tämän lähtö voidaan kaksinkertaistaa 3,0 V: iin käyttämällä jännitteen kaksinkertaistajaa ja ihanteellisia kytkentäelementtejä, joiden jännitehäviö on nolla.

Mutta diodijohdotetun MOSFETin tyhjennyslähteen jännitepudotuksen, kun se on päällä, on oltava vähintään yhtä suuri kuin portin kynnysjännite, joka tyypillisesti on 0,9 V.

Lähtöjännitettä voidaan nostaa jännitteen kaksinkertaistimella onnistuneesti vain noin 0,6 V - 2,1 V.

Piirin jännitteen lisäystä ei voida saavuttaa käyttämättä useita vaiheita, jos myös lopullisen tasoitustransistorin pudotus otetaan huomioon ja otetaan huomioon.

Toisaalta tyypillisen Schottky-diodin lavan jännite on 0,3 V. jännitteen kaksinkertaistimen tuottama lähtöjännite on alueella 2,7 V, jos se käyttää Schottky-diodia, tai 2,4 V, jos se käyttää tasoitusdiodia.

Ristikytketyt kytketyt kondensaattorit

Ristikytketyt kytketyt kondensaattoripiirit tunnetaan siitä, että tulojännite on hyvin matala. Yksisoluista akkua voidaan tarvita laitteissa, joita ohjaa langaton akku, kuten hakulaitteet ja Bluetooth-laitteet, virran syöttämiseksi jatkuvasti, kun se on purkautunut voltin alle.

Kuva 9. Ristikytketty kytketyn kondensaattorin jännitteen kaksinkertaistin

Transistori Q2 kytketään pois päältä, jos kello on matala. Samanaikaisesti transistori Q1 kytketään päälle, jos kello on korkea, mikä johtaa kondensaattorin C1 latautumiseen jännitteeseen Vn. C1: n ylälevy työnnetään kaksinkertaiseksi Vin, jos Ø1 nousee korkealle.

Kytkin S1 sulkeutuu samanaikaisesti, jotta tämä jännite voidaan näyttää lähtöä. Samalla C2: n annetaan ladata lataamalla Q2 päälle.

Komponenttien roolit vaihdetaan seuraavalla puoliskolla: Ø1 on matala, S1 avautuu, Ø2 on korkea ja S2 sulkeutuu.

Täten vaihtoehtoisesti piirin kummaltakin puolelta lähtöjännite syötetään 2Vin: n kanssa. tälle piirille aiheutunut menetys on pieni, koska diodijohdotetuista MOSFET-laitteista ja niihin liittyvistä kynnysjänniteongelmista puuttuu.

Yksi piirin muista eduista on se, että se kaksinkertaistaa aaltoilutaajuuden, koska läsnä on kaksi jännitteen kaksinkertaistajaa, jotka syöttävät lähdön tehokkaasti vaihekelloista.

Tämän piirin perushaittana on, että Dickinson-kertojan hajakapasitanssien todetaan olevan paljon vähemmän merkittäviä kuin tämä piiri ja siten suurimman osan häviöistä, joita tällä piirillä syntyy.

Kohteliaisuus: https://fi.wikipedia.org/wiki/Voltage_doubler