מכפילי מתח - סיווג והסבר דאיגרם

מהם מכפילי מתח?

מכפיל מתח מתייחס למעגל חשמלי המורכב מדיודות וקבלים אשר מכפיל או מגביר מתח וגם ממיר זרם זרם זרם זרם זרם זרם כף, הכפלת מתח ותיקון זרם נעשה באמצעות מכפיל מתח . יישור הזרם מזרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם אל מול זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם AC ועד זרם זרם, ומושג על ידי דיודה ועליית המתח מושגת על ידי האצת חלקיקים על ידי הנעת פוטנציאל גבוה המיוצר על ידי קבלים.

מכפיל מתח

שילוב של דיודה וקבל גורם למעגל מכפיל מתח בסיסי קלט AC ניתן למעגל ממקור חשמל, כאשר תיקון זרם והאצת חלקיקים על ידי קבלים נותן תפוקת מתח מוגברת. מתח המוצא יכול להיות גבוה פי כמה ומתח הקלט, כך שמעגל העומס חייב להיות בעל עכבה גבוהה.

במעגל כפול מתח זה, הדיודה הראשונה מתקנת את האות והפלט שלה שווה למתח השיא מהשנאי המתוקן כמיישר חצי גל. סימן AC באמצעות הקבל משיג בנוסף את הדיודה השנייה, ובפרספקטיבה של ה- DC המסופק על ידי הקבל, הדבר גורם ליציאת הדיודה השנייה על גבי הראשונה. לאורך קווים אלה, הפלט מהמעגל הוא כפול מתח השיא של השנאי, פחות הדיודה צונחת.

זנים של מעגל ורעיון נגישים כדי לספק יכולת מכפיל מתח של כמעט כל משתנה. החלת אותו כלל של ישיבה של מיישר אחד על גבי אלטרנטיבה חלופית וניצול צימוד קיבולי מאפשרת סוג של מערכת צעד להתקדם.

סיווג מכפיל מתח:

סיווג מכפיל המתח מבוסס על היחס בין מתח הכניסה למתח היציאה בהתאם לכך גם שמות קיבלו

• מכפילי מתח
• טריפל מתח
• מתח ארבע

הכפלת מתח:

מעגל מכפיל המתח מורכב משתי דיודות ושני קבלים כאשר כל שילוב של מעגל דיודה-קבלים חולק שינוי חיובי ושלילי גם חיבור של שני קבלים מוביל למתח יציאה כפול עבור מתח כניסה נתון.

מתח כפול

באופן דומה, כל עלייה בשילוב של קבלים דיודה מכפילה את מתח הכניסה כאשר מתח טריפלר נותן Vout = 3 Vin ו- מתח ארבע נותן Vout = 4 Vin.

חישוב מתח היציאה

לחישוב מתח המוצא של מכפיל מתח חשוב בהתחשב בוויסות המתח ואדווה באחוזים חשובה.

Vout = (sqrt 2 x Vin x N)

איפה

Vout = מתח המוצא של מכפיל מתח N שלב

N = לא. שלבים (זה לא קבלים חלקי 2).

יישומי מתח יציאה

• צינורות ריי קתודה
• מערכת רנטגן, לייזרים
• משאבות יון
• מערכת אלקטרוסטטית
• צינור גל נוסע

דוגמא

שקול תרחיש בו נדרש מתח יציאה 2.5 Kv עם כניסה של 230 וולט, במקרה זה נדרש מכפיל מתח רב שלבי בו D1-D8 נותן דיודות ויש לחבר 16 קבלים של 100 uF / 400v כדי להשיג 2.5 פלט Kv.

באמצעות נוסחה

Vout = sqrt 2 x 230 x 16/2

= sqrt 2 x 230 x 8

= 2.5 Kv (בערך)

במשוואה הנ'ל, 16/2 מציין כי אין קבלים / 2 נותן את מספר השלבים.

2 דוגמאות מעשיות

1. דוגמא לעבודה של מעגל מכפיל המתח לייצור DC מתח גבוה מאות AC.

דיאגרמת חסום המציגה מעגל מכפיל מתח

המערכת מורכבת מיחידת מכפיל מתח בת 8 שלבים. הקבלים משמשים לאחסון המטען ואילו הדיודות משמשות לתיקון. כאשר האות AC מוחל, אנו מקבלים מתח על כל קבלים, אשר מכפיל בערך בכל שלב. כך על ידי מדידת המתח על פני ה -1^רחובבשלב מכפיל מתח ובשלב האחרון, אנו מקבלים את הנדרש מתח גבוה . מכיוון שהפלט הוא מתח גבוה מאוד, לא ניתן למדוד אותו באמצעות מודד פשוט. מסיבה זו משתמשים במעגל מחלק מתח. מחלק המתח מורכב מעשרה נגדים המחוברים בסדרה. הפלט נלקח על פני שני הנגדים האחרונים. התפוקה המתקבלת מוכפלת אפוא ב -10 כדי לקבל את התפוקה בפועל.

2. מרקס גנרטור

עם התפתחות האלקטרוניקה של מצב מוצק, התקני מצב מוצק הופכים יותר ויותר מתאימים ליישומי כוח פועמים. הם יכלו לספק למערכות הכוח הפעמיות קומפקטיות, אמינות, קצב חזרה גבוה ואורך חיים ארוך. עליית מחוללי הכוח הפעמיים המשתמשים בהתקני מצב מוצק מבטלת מגבלות של רכיבים קונבנציונליים ומבטיחה שימוש נרחב בטכנולוגיית כוח פועמת ביישומים מסחריים. עם זאת, התקני מיתוג מצב מוצק כגון MOSFET או טרנזיסטור דו-קוטבי שער מבודד (IGBT) זמינים כעת מדורגים רק עד כמה קילו וולט.

מרבית מערכות הכוח הפעמו דורשות דירוג מתח גבוה בהרבה. אפנן מארקס הוא מעגל ייחודי המיועד להכפלת מתח, כפי שמוצג להלן. באופן מסורתי, היא הפעילה פערים מבעבעים כממתגים והתנגדות כמבודדים. לכן היו לו חסרונות בשיעור חזרות נמוך, חיים קצרים וחוסר יעילות. במאמר זה מוצע גנרטור מארקס המשתמש בהתקני מצב מוצק לשלב את היתרונות של מתגי מוליכים למחצה חשמליים ומעגלי מארקס. הוא מיועד להשתלת יונים מקור פלזמה (PSII) [1] ולדרישות הבאות:

מחולל מרקס המודרני המשתמש ב- MOSFET

לקריאת המתח ותקופת הזמן עיין במיון המסך CRO.

• מיחידת ההדגמה המתח הנ'ל הנ'ל אנו מוצאים כניסה של 15 וולט, מחזור חובה של 50% בנקודה A הולך (–Ve) גם ביחס לקרקע. מכאן שיש להשתמש בטרנזיסטור מתח גבוה למתח גבוה. במהלך הפעם כל הקבלים C1, C2, C4, C5 נטענים כפי שניתן לראות ב C עד 12 וולט כל אחד.
• ואז דרך מחזור מיתוג תקין C1, C2, C4, C5 מתחברים לסדרות דרך ה- MOSFET.
• כך נקבל מתח דופק (-Ve) של 12 + 12 + 12 + 12 = 48 וולט בנקודה D

יישום גנרטורים של מרקס - DC מתח גבוה על ידי עקרון הגנרטור של מרקס

כידוע לפי עיקרון גנרטור מארקס, הקבלים מסודרים במקביל לטעינה ואז מחוברים לסדרות לפיתוח מתח גבוה.

המערכת מורכבת מטיימר 555 שעובד במצב נוח ומספק דופק פלט עם מחזור עבודה של 50%. המערכת מורכבת משלב כפל כולל של 4 שלבים, כאשר כל שלב מורכב מקבל, 2 דיודות, ו- MOSFET כמתג. הדיודות משמשות לטעינת הקבל. דופק גבוה מה- מופעלות 555 שעות את הדיודות וגם את האופטואזולטורים המספקים בתורם פעימות הפעלה לכל MOSFET. כך הקבלים מחוברים במקביל כשהם נטענים עד מתח האספקה. דופק לוגי נמוך מהטיימר גורם למתגי MOSFET במצב כבוי והקבלים מחוברים כך בסדרה. הקבלים מתחילים להתפרק והמתח בכל קבל מתווסף, ומייצר מתח שהוא פי 4 ממתח הכניסה DC.