Ipinaliwanag ang Mga Voltage Multiplier Circuits

Ang elektronikong aparato ng circuit na ginagamit para sa pagtaas ng boltahe sa isang 2x order sa pamamagitan ng pagsingil ng mga capacitor mula sa isang mas mababang boltahe ng pag-input ay kilala bilang boltahe na nagdodoble.

Ang kasalukuyang singil ay inililipat sa isang paraang sa anumang perpektong sitwasyon, ang boltahe na ginawa sa output ay eksaktong dalawang beses kaysa sa boltahe sa input.

Pinakasimpleng Multiplier ng Boltahe gamit ang Diode

Ang pinakasimpleng anyo ng circuit ng doble ng boltahe ay isang uri ng pagwawasto na kumukuha ng input sa anyo ng alternatibong Kasalukuyang (AC) boltahe at gumagawa ng isang dobleng lakas ng (DC) boltahe bilang output.

Ginagamit ang mga simpleng diode bilang mga elemento ng paglipat at isang input sa anyo ng simpleng alternating boltahe lamang ang ginagamit upang himukin ang mga diode na ito sa isang estado ng paglipat.

Kinakailangan ang isang karagdagang circuit ng pagmamaneho upang makontrol ang switching rate kung sakaling ang paggamit ng mga doble ng boltahe ay ginagamit na uri ng DC hanggang DC dahil hindi sila maaaring ilipat sa paraang nasa itaas.

Ang DC to DC voltage converter circuit ay madalas na nangangailangan ng isa pang karagdagang aparato na tinatawag na switching element na maaaring madali at direktang kontrolin tulad ng sa isang transistor.

Kaya, kapag gumagamit ito ng elemento ng paglipat, hindi ito kailangang umasa sa boltahe na nasa kabila ng paglipat tulad ng kaso sa isang simpleng anyo ng AC hanggang DC.

Ang doble ng boltahe ay isang uri ng boltahe na multiplier circuit. Karamihan sa mga circuit ng doble ng boltahe na may ilang mga pagbubukod ay maaaring matingnan sa anyo ng isang mas mataas na multiplier ng order sa isang solong yugto. Gayundin, ang isang mas malaking halaga ng multiplikasyon ng boltahe ay nakakamit kapag may mga cascading magkatulad na yugto na ginagamit nang sama-sama.

Villard Circuit

Ang Villard circuit ay may isang simpleng komposisyon na binubuo ng isang diode at isang kapasitor. Sa isang banda kung saan ang circuit ng Villard ay nagbibigay ng benepisyo sa mga tuntunin ng pagiging simple, sa kabilang banda ay kilala rin upang makabuo ng output na mayroong mga katangian ng ripple na itinuturing na napakahirap.

Larawan 1.Villard circuit

Mahalaga, ang Villard circuit ay isang form ng diode clamp circuit. Ang mga negatibong mataas na siklo ay ginagamit upang singilin ang capacitor sa AC peak voltage (Vpk). Ang AC waveform bilang input kasama ang capacitor's steady DC's superposition ay bumubuo ng output.

Ang halaga ng DC ng waveform ay inilipat sa pamamagitan ng paggamit ng epekto ng circuit dito. Dahil nasisiksik ng diode ang mga negatibong tuktok ng AC waveform sa halagang 0V (sa aktwal na mga term na ito ay –VF, na kung saan ay ang maliit na boltahe ng bias na pasulong ng diode) ang mga positibong tuktok ng output waveform ay ang halaga ng 2Vpk.

Ang rurok-sa-rurok ay mahirap na pakinisin dahil sa napakalaking sukat ng halagang 2Vpk at sa gayon maaari itong makinis kapag ang circuit ay nabago sa anumang iba pang mas sopistikadong mga form sa isang mabisang pamamaraan.

Ang negatibong mataas na boltahe ay ibinibigay sa magnetron sa pamamagitan ng paggamit ng circuit na ito (na binubuo ng diode sa reverse form) sa isang microwave oven.

Greinacher circuit

Ang taong nagdaragdag ng boltahe ng Greinarcher ay napatunayan na mas mahusay kaysa sa Villard circuit sa pamamagitan ng pagpapabuti ng sarili nito nang malaki sa pamamagitan ng pagdaragdag ng ilang mga karagdagang sangkap para sa isang maliit na gastos.

Sa ilalim ng kundisyon ng open-circuit load ang ripple ay natagpuan na mabawasan nang labis, karamihan sa mga oras sa isang estado ng zero ngunit ang paglaban ng pagkarga at ang halaga ng capacitor na ginagamit ay gumaganap ng isang mahalagang papel at nakakaapekto sa kasalukuyang iginuhit.

Larawan 2. Sirko ng Greinacher

Ang yugto ng Villard cell ay sinusundan ng circuit upang gumana sa pamamagitan ng paggamit ng isang yugto ng detektor ng sobre o isang tuktok na detektor.

Ang epekto ng rurok na detektor ay tulad ng karamihan sa ripple ay tinanggal habang ang output ng rurok na boltahe ay napanatili tulad nito.

Si Heinrich Greinacher ay ang unang taong naimbento ang circuit na ito noong 1913 (na na-publish noong 1914) upang maibigay ang boltahe na 200-300V na kinakailangan niya para sa kanyang ionometer na muling isang bagong likha niya.

Ang kinakailangan ng pag-imbento ng circuit na ito upang makuha ang gaanong boltahe na lumitaw dahil ang lakas na ibinibigay ng mga istasyon ng kuryente ng Zurich ay 110V AC lamang at sa gayon ay hindi sapat.

Heinrich binuo ang ideyang ito higit pa sa 1920 at pinalawig ito upang makagawa ng isang kaskad ng mga multiplier. Karamihan sa mga oras, tinutukoy ng mga tao ang kaskad ng mga multiplier na naimbento ni Heinrich Greinacher bilang isang kaskad na Villard na kung saan ay hindi tumpak at hindi totoo.

Ang kaskad ng mga multiplier na ito ay kilala rin bilang Cockroft-Walton pagkatapos ng mga siyentista na sina John Cockroft at Ernest Walton na nagtayo ng makina ng maliit na butil at muling natuklasan ang circuit nang nakapag-iisa noong 1932.

Ang paggamit ng dalawang mga cell ng Greinacher na may mga polarity na kabaligtaran sa bawat isa ngunit hinihimok mula sa parehong mapagkukunan ng AC ay maaaring pahabain ang konsepto ng ganitong uri ng topology sa isang boltahe quadrupler circuit.

Ginagamit ang dalawang indibidwal na output upang maibaba ang output sa kanilang kabuuan. Ang saligan ng input at output nang sabay-sabay sa circuit na ito ay imposible tulad ng kaso sa isang circuit ng tulay.

Bridge Circuit

Ang uri ng topolohiya na ginamit ng isang circuit ng Delon upang magkaroon ng doble ng boltahe ay kilala bilang topology ng tulay.

Ang isa sa mga karaniwang gamit ng ganitong uri ng delon circuit ay natagpuan na nasa mga telebisyon na may tubong ray ng katod. Ang delon circuit sa mga telebisyon na ito ay ginamit upang maibigay ang e.h.t. supply ng boltahe.

Larawan 3. Voltage quadrupler - dalawang Greinacher cells ng magkasalungat na polarities

Maraming mga panganib sa kaligtasan at mga isyu na nauugnay sa pagbuo ng mga voltages na higit sa 5kV kasama ang pagiging lubos na uneconomic sa isang transpormer na karamihan sa kagamitan na mga kagamitan sa bahay.

Ngunit isang e.h.t. ng 10kV ay isang pangunahing kinakailangan ng mga hanay ng telebisyon na itim at puti habang ang mga kulay ng telebisyon ay nangangailangan ng higit pang e.h.t.

Mayroong iba't ibang mga paraan at paraan kung saan ang e.h.t. ng mga nasabing sukat ay nakakamit tulad ng: pagdodoble ng boltahe sa mains transpormer sa loob ng isang e.h.t paikot-ikot dito sa pamamagitan ng paggamit ng mga voltner ng doble o sa pamamagitan ng paglalapat ng mga dobleng boltahe sa form ng alon sa mga linya ng flyback coil.

Ang dalawang mga detektor ng rurok na binubuo ng kalahating alon sa loob ng isang circuit ay functionally katulad ng mga rurok na detector cells na matatagpuan sa Greinacher circuit.

Ang mga kalahating siklo na kabaligtaran sa bawat isa ng papasok na form ng alon ay ginagamit para sa pagpapatakbo ng bawat isa sa dalawang mga cell ng rurok na detektor. Ang output ay palaging nahanap na maging doble ng rurok na boltahe ng input dahil ang mga output na ginawa ng mga ito ay nasa serye.

Larawan 4. Bridge (Delon) na doble ng boltahe

Lumipat na Mga Circuit ng Capacitor

Ang boltahe ng isang mapagkukunan ng DC ay maaaring madoble sa pamamagitan ng paggamit ng mga circuit ng diode-capacitor na sapat na simple at nailarawan sa seksyon sa itaas sa pamamagitan ng nauna sa boltahe na nagdodoble gamit ang isang chopper circuit.

Sa gayon, ito ay epektibo sa pag-convert sa DC sa AC bago ito dumaan sa doble ng boltahe. Upang makamit at maitayo ang mga circuit na mas mahusay, ang mga switching device ay hinihimok mula sa isang panlabas na orasan na sanay sa paggana ng pareho sa mga tuntunin ng pagpuputol at pagpaparami at maaaring makamit nang sabay-sabay.

Larawan 5.

Ang nakabukas na kapasitor ng doble ng boltahe ng capacitor ay nakamit sa pamamagitan lamang ng paglipat ng mga sisingilin na capacitor mula parallel sa serye. Ang mga uri ng circuit ay kilala bilang switch ng capacitor circuit.

Ang mga application na pinalakas ng mababang boltahe ay ang mga application na lalo na ginagamit ang diskarte na ito dahil ang mga integrated circuit ay may isang kinakailangan ng isang supply ng tiyak na halaga ng boltahe na higit pa sa kung ano ang tunay na maihahatid o nagagawa ng baterya.

Sa karamihan ng mga kaso, laging may kakayahang magamit ang isang signal ng orasan sa board ng integrated circuit at sa gayon ginagawa nitong hindi kinakailangan na magkaroon ng anumang iba pang mga karagdagang circuitry o maliit na circuitry lamang ang kinakailangan upang mabuo ito.

Kaya, ang diagram sa Larawan 5 ay nagpapakita ng iskematikal na pinakasimpleng anyo ng paglipat ng pagsasaayos ng capacitor. Sa diagram na ito, mayroong dalawang mga capacitor na sisingilin sa parehong boltahe nang sabay-sabay sa isang parallel.

I-post ang mga capacitor na ito ay inililipat sa serye pagkatapos patayin ang supply. Kaya, ang output boltahe na ginawa ay dalawang beses ang supply o input boltahe kung sakaling ang output ay nagmula sa dalawang capacitor sa serye.

Mayroong iba't ibang mga magkakaibang uri ng mga lumilipat na aparato na maaaring magamit sa mga naturang circuit, ngunit ang mga aparato ng MOSFET ang madalas na ginagamit na mga switching device sa kaso ng mga integrated circuit.

Larawan 6. Skema ng nagduduwal na boltahe ng pump-pump

Ang diagram sa Larawan 6 ay nagpapakita ng iskematikal na isa sa iba pang pangunahing mga konsepto ng 'Charge Pump'. Ginagamit ang boltahe ng pag-input upang unang singilin ang Cp, ang capacitor ng pump pump.

Pagkatapos nito, ang output capacitor, ang C0 ay sisingilin sa pamamagitan ng paglipat ng serye gamit ang input boltahe na nagreresulta sa pagsingil ng C0 na doble ng dami ng input boltahe. Upang matagumpay na maisingil ang C0, maaaring kailanganin ang charge pump na kumuha ng maraming mga cycle.

Ngunit sa sandaling ang isang matatag na estado ay nakuha, ang tanging mahahalagang bagay para sa capacitor ng pump pump, ang Cp ay ang mag-pump charge ng maliit na halaga na katumbas ng singil na ibinibigay mula sa output capacitor, C0 sa load.

Ang isang ripple ay nabuo sa output voltage kapag ang C0 ay natanggal ng bahagyang sa pagkarga habang ito ay nai-disconnect mula sa charge pump. Ang ripple na nabuo sa prosesong ito ay may katangian ng mas maikli na oras ng paglabas at madaling mai-filter at sa gayon ang mga katangiang ito ay ginagawang mas maliit para sa mga frequency para sa mas mataas na mga frequency ng orasan.

Kaya, para sa anumang naibigay na tiyak na ripple, ang mga capacitor ay maaaring gawing mas maliit. Ang maximum na dami ng dalas ng orasan para sa lahat ng praktikal na layunin sa pinagsamang mga circuit ay karaniwang nahuhulog sa saklaw ng daan-daang kHz.

Singil pump Dickson

Ang pump pump ng Dickson, na kilala rin bilang multiplier ng Dickson ay binubuo ng isang kaskad ng mga diode / cell ng capacitor kung saan ang isang relo ng pulso na orasan ay nagtutulak sa ilalim ng plato ng bawat kapasitor.

Ang circuit ay itinuturing na isang pagbabago ng multiplier ng Cockcroft-Walton ngunit may tanging pagbubukod ng signal na ibinibigay ng input ng DC na may mga tren na orasan sa halip na isang AC input tulad ng kaso sa multiplier ng Cockcroft-Walton.

Ang pangunahing kinakailangan ng isang multiplier ng Dickson ay ang mga pulso ng orasan ng mga phase na kabaligtaran sa bawat isa ay dapat na maghimok ng mga kahaliling cell. Ngunit, sa kaso ng isang doble ng boltahe, na itinatanghal sa Larawan 7, isang solong signal ng orasan lamang ang kinakailangan dahil mayroon lamang isang yugto ng pagpaparami.

Larawan 7. Dickson charge-pump voltage-doble

Ang mga circuit kung saan ang mga multiplier ng Dickson ay kadalasang at madalas na ginagamit ay ang mga integrated circuit na kung saan ang supply voltage tulad ng mula sa anumang baterya ay mas mababa kaysa sa hinihiling ng circuitry.

Ang katotohanan na ang lahat ng mga semiconductor na ginamit dito ay karaniwang katulad na kilos bilang isang kalamangan para sa mga tagagawa ng integrated circuit.

Ang pamantayan ng bloke ng lohika na kung saan ay karaniwang matatagpuan at ginagamit sa maraming mga integrated circuit ay ang mga aparato ng MOSFET.

Ito ay isa sa mga kadahilanan kung bakit ang mga diode ay maraming beses na pinalitan ng transistor ng ganitong uri, ngunit naka-wire din sa isang pagpapaandar sa anyo ng isang diode.

Ang pag-aayos na ito ay kilala rin bilang isang diode-wired MOSFET. Ang diagram sa Larawan 8 ay naglalarawan ng isang doble ng boltahe ng Dickson na gumagamit ng ganitong uri ng mga aparatong pagpapahusay ng uri ng uri ng MOSFET na diode-wired.

Larawan 8. Ang doble ng boltahe ng Dickson na gumagamit ng diode-wired MOSFETs

Ang pangunahing anyo ng Dickson charge pump ay sumailalim sa maraming mga pagpapabuti at pagkakaiba-iba. Karamihan sa mga pagpapabuti na ito ay nasa lugar ng pagbawas ng epekto na ginawa ng boltahe ng mapagkukunan ng alisan ng transistor. Ang pagpapabuti na ito ay isinasaalang-alang bilang makabuluhan kung sakaling ang input boltahe ay maliit tulad ng sa kaso ng isang mababang boltahe na baterya.

Ang output boltahe ay palaging isang integral ng maraming mga input boltahe (dalawang beses sa kaso ng isang boltahe doble) kapag perpektong mga elemento ng paglipat ay ginagamit.

Ngunit sa kaso kung saan ang isang solong-cell na baterya ay ginagamit bilang mapagkukunan ng pag-input kasama ang mga switch ng MOSFET, ang output sa mga naturang kaso ay mas mababa kaysa sa halagang ito dahil magkakaroon ng pagbagsak ng boltahe sa mga transistor.

Dahil sa sobrang pagbaba ng boltahe sa on-state ng isang circuit na gumagamit ng mga discrete na bahagi, ang Schottky diode ay itinuturing na isang mahusay na pagpipilian bilang isang elemento ng paglipat.

Ngunit ang mga tagadisenyo ng integrated circuit ay mas gusto ang MOSFET na gamitin dahil mas madaling magagamit ito na higit sa pagbabayad para sa pagkakaroon ng mga kakulangan at mataas na pagiging kumplikado sa circuit na naroroon sa mga aparato ng MOSFET.

Upang ilarawan ito, kumuha tayo ng isang halimbawa: ang isang nominal boltahe ng tono ng 1.5V ay naroroon sa isang alkaline na baterya.

Ang output dito ay maaaring madoble sa 3.0V sa pamamagitan ng paggamit ng isang boltahe na doble kasama ang mainam na mga elemento ng paglipat na may boltahe na drop ng zero.

Ngunit ang boltahe na drop ng source ng drain na mapagkukunan ng diode-wired MOSFET kapag ito ay nasa estado ng on ay dapat na nasa minimum na katumbas ng boltahe ng threshold ng gate na karaniwang nasa tono ng 0.9V.

Ang output boltahe ay maaaring itaas ng boltahe na nagdodoble matagumpay lamang sa pamamagitan ng humigit-kumulang 0.6V sa 2.1V.

Ang pagtaas ng boltahe ng circuit ay hindi maaaring makamit nang hindi gumagamit ng maraming yugto kung sakaling ang pagbagsak sa huling panghimas na transistor ay isasaalang-alang din at isinasaalang-alang.

Sa kabilang banda, ang boltahe sa onstage ng isang tipikal na Schottky diode ay 0.3 V. ang output boltahe na ginawa ng isang boltahe na doble ay nasa saklaw na 2.7V kung gumagamit ito ng Schottky diode, o 2.4V kung gumagamit ito ng smoothing diode.

Cross-kaisa lumipat capacitors

Ang cross-couples switch na capacitor circuit ay kilala sa input boltahe na napakababa. Ang isang solong-cell na baterya ay maaaring kailanganin sa mga equipment na hinihimok ng wireless baterya tulad ng mga pager at mga aparatong Bluetooth upang patuloy na maibigay ang lakas kapag naalis ito sa ilalim ng isang bolta.

Larawan 9. Doble-kaisa na pinalipat-capacitor na doble ng boltahe

Ang transistor Q2 ay naka-off kung sakaling mababa ang orasan. Sa parehong oras, ang transistor Q1 ay naka-on kung ang orasan ay mataas at nagreresulta ito sa pagsingil ng capacitor C1 sa boltahe Vn. ang tuktok na plato ng C1 ay itinulak hanggang sa doble ng Vin kung sakaling ang mataas na Ø1 ay mataas.

Upang mapagana ang boltahe na ito bilang isang output, ang switch S1 ay magsara nang sabay. Gayundin, sa parehong oras ay pinapayagan ang C2 na singilin sa pamamagitan ng pag-on sa Q2.

Ang mga tungkulin ng mga sangkap ay nabaligtad sa susunod na kalahating ikot: ang Ø1 ay magiging mababa, ang S1 ay magbubukas, ang Ø2 ay magiging mataas, at ang S2 ay isasara.

Kaya kahalili mula sa bawat panig ng circuit, ang boltahe ng output ay ibinibigay ng 2Vin. ang pagkawala na natamo sa circuit na ito ay mababa dahil may kakulangan ng diode-wired MOSFETs at ang mga problema sa boltahe ng threshold na nauugnay dito.

Ang isa sa iba pang mga bentahe ng circuit ay dinoble nito ang dalas ng ripple dahil mayroong dalawang boltahe na nagdududa na naroroon na nagbibigay ng mabisang output mula sa mga phase orasan.

Ang pangunahing kawalan ng circuit na ito ay ang stray capacitances ng multiplier ng Dickinson ay natagpuan na mas kaunting makabuluhan kaysa sa circuit na ito at sa gayon ay inaakma ang karamihan sa mga pagkalugi na natamo sa circuit na ito.

Kagandahang-loob: https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_doubler