Was sind Spannungsvervielfacher?
Der Spannungsvervielfacher bezieht sich auf eine elektrische Schaltung, die aus Dioden und Kondensatoren besteht, die die Spannung multipliziert oder erhöht und auch Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Die Multiplikation der Spannung und die Gleichrichtung des Stroms erfolgt unter Verwendung von Spannungsvervielfacher . Die Gleichrichtung des Stroms von Wechselstrom zu Gleichstrom wird durch eine Diode erreicht, und eine Spannungserhöhung wird durch die Beschleunigung von Partikeln erreicht, indem das von Kondensatoren erzeugte hohe Potential angetrieben wird.
Spannungsvervielfacher
Eine Kombination aus Diode und Kondensator bewirkt, dass eine Grundspannungsvervielfacherschaltung einen Wechselstromeingang an die Schaltung von einer Stromquelle erhält, wobei die Gleichrichtung des Stroms und die Teilchenbeschleunigung durch den Kondensator einen Gleichspannungsausgang mit erhöhter Spannung ergibt. Die Ausgangsspannung kann um ein Vielfaches höher sein als die Eingangsspannung, daher muss der Lastkreis eine hohe Impedanz aufweisen.
In dieser Spannungsverdopplerschaltung korrigiert die erste Diode das Signal und ihr Ausgang entspricht der Spitzenspannung des als Halbwellengleichrichter gleichgerichteten Transformators. Ein Wechselstromzeichen mittels des Kondensators erreicht zusätzlich die zweite Diode, und in der Perspektive des vom Kondensator gelieferten Gleichstroms sitzt der Ausgang der zweiten Diode auf der ersten. In diesem Sinne ist der Ausgang der Schaltung doppelt so hoch wie die Spitzenspannung des Transformators, abzüglich der Diodenabfälle.
Verschiedene Schaltungen und Ideen sind zugänglich, um eine Spannungsvervielfacherkapazität praktisch jeder Variablen bereitzustellen. Die Anwendung der gleichen Regel, einen Gleichrichter auf eine Alternative zu setzen und eine kapazitive Kopplung zu verwenden, ermöglicht es einer Art Stufensystem, voranzukommen.
Klassifizierung des Spannungsvervielfachers:
Die Klassifizierung des Spannungsvervielfachers basiert auf dem Verhältnis von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung, entsprechend wurden auch die Namen als angegeben
- Spannungsverdoppler
- Spannungsverdreifacher
- Spannung vierfach
Spannungsverdopplung:
Die Spannungsverdopplerschaltung besteht aus zwei Dioden und zwei Kondensatoren, wobei jede Kombination von Dioden-Kondensator-Schaltung eine positive und negative Änderung aufweist. Die Verbindung von zwei Kondensatoren führt zu einer doppelten Ausgangsspannung für eine gegebene Eingangsspannung.
Spannung doppelt
In ähnlicher Weise multipliziert jede Erhöhung einer Kombination von Dioden-Kondensator die Eingangsspannung, wobei der Spannungsverdreifacher Vout = 3 Vin und das Spannungsvierfache Vout = 4 Vin ergibt.
Berechnung der Ausgangsspannung
Für einen Spannungsvervielfacher ist die Berechnung der Ausgangsspannung unter Berücksichtigung der Spannungsregelung wichtig, und die prozentuale Welligkeit ist wichtig.
Vout = (sqrt 2 x Vin x N)
Wo
Vout = Ausgangsspannung des N-Stufen-Spannungsvervielfachers
N = nein. von Stufen (es ist die Anzahl der Kondensatoren geteilt durch 2).
Anwendungen der Ausgangsspannung
- Kathodenstrahlröhren
- Röntgensystem, Laser
- Ionenpumpen
- Elektrostatisches System
- Wanderwellenröhre
Beispiel
Stellen Sie sich ein Szenario vor, in dem eine Ausgangsspannung von 2,5 kV bei einem Eingang von 230 V erforderlich ist. In diesem Fall ist ein mehrstufiger Spannungsvervielfacher erforderlich, bei dem D1-D8 Dioden liefert und 16 Kondensatoren mit 100 uF / 400 V angeschlossen werden müssen, um dies zu erreichen 2,5 kV Ausgang.
Formel verwenden
Vout = sqrt 2 x 230 x 16/2
= sqrt 2 x 230 x 8
= 2,5 kV (ungefähr)
In der obigen Gleichung gibt 16/2 an, dass keine Kondensatoren / 2 die Anzahl der Stufen angeben.
2 Praktische Beispiele
1. Ein Arbeitsbeispiel der Spannungsvervielfacherschaltung zur Erzeugung von Hochspannungs-Gleichstrom aus Wechselstromsignal.
Blockdiagramm, das die Spannungsvervielfacherschaltung zeigt
Das System besteht aus einer 8-stufigen Spannungsvervielfachereinheit. Die Kondensatoren werden zum Speichern der Ladung verwendet, während die Dioden zur Gleichrichtung verwendet werden. Wenn das Wechselstromsignal angelegt wird, erhalten wir an jedem Kondensator eine Spannung, die sich mit jeder Stufe ungefähr verdoppelt. Also durch Messen der Spannung über der 1stStufe des Spannungsverdopplers und die letzte Stufe erhalten wir die erforderliche Hochspannung . Da der Ausgang eine sehr hohe Spannung ist, ist es nicht möglich, ihn mit einem einfachen Multimeter zu messen. Aus diesem Grund wird eine Spannungsteilerschaltung verwendet. Der Spannungsteiler besteht aus 10 in Reihe geschalteten Widerständen. Der Ausgang wird über die letzten beiden Widerstände übertragen. Die erhaltene Ausgabe wird somit mit 10 multipliziert, um die tatsächliche Ausgabe zu erhalten.
2. Marx Generator
Mit der Entwicklung der Festkörperelektronik werden Festkörpergeräte immer besser für Anwendungen mit gepulster Leistung geeignet. Sie könnten den gepulsten Stromversorgungssystemen Kompaktheit, Zuverlässigkeit, hohe Wiederholungsrate und lange Lebensdauer verleihen. Das Aufsteigen von gepulsten Stromerzeugern unter Verwendung von Festkörpervorrichtungen beseitigt die Einschränkungen herkömmlicher Komponenten und verspricht, dass die gepulste Leistungstechnologie in kommerziellen Anwendungen weit verbreitet sein wird. Festkörper-Schaltgeräte wie MOSFET oder Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) sind derzeit jedoch nur für einige Kilovolt ausgelegt.
Die meisten gepulsten Stromversorgungssysteme erfordern viel höhere Spannungswerte. Der Marx-Modulator ist eine einzigartige Schaltung, die für die Spannungsvervielfachung vorgesehen ist, wie unten gezeigt. Traditionell wurden Funkenstrecken als Schalter und Widerstände als Isolatoren verwendet. Daher hatte es Nachteile einer geringen Wiederholungsrate, einer kurzen Lebensdauer und einer Ineffizienz. In diesem Artikel wird vorgeschlagen, dass der Marx-Generator, der Festkörperbauelemente verwendet, die Vorzüge sowohl von Leistungshalbleiterschaltern als auch von Marx-Schaltungen kombiniert. Es wurde für die Plasmaquellen-Ionenimplantation (PSII) [1] und für die folgenden Anforderungen entwickelt: 
Der moderne Marx-Generator mit MOSFET
Informationen zum Ablesen der Spannung und des Zeitraums finden Sie in der CRO-Bildschirmsortierung.
- Von der obigen Niederspannungs-Demoeinheit finden wir den Eingang von 15 Volt, 50% Einschaltdauer am Punkt A geht (–Ve) auch in Bezug auf Masse. Daher muss ein Hochspannungstransistor für Hochspannung verwendet werden. WÄHREND DIESER ZEIT WERDEN ALLE KAPAZITÄTEN C1, C2, C4, C5 GELADEN, wie bei C bis zu jeweils 12 Volt zu sehen.
- Dann werden durch den richtigen Schaltzyklus C1, C2, C4, C5 über die MOSFETs in Reihe geschaltet.
- Somit erhalten wir eine (-Ve) Impulsspannung von 12 + 12 + 12 + 12 = 48 Volt am Punkt D.
Anwendung von Marx-Generatoren - Hochspannungs-Gleichstrom nach dem Marx-Generatorprinzip
Wie wir nach dem Marx-Generator-Prinzip wissen, sind die Kondensatoren zum Aufladen parallel angeordnet und dann in Reihe geschaltet, um eine Hochspannung zu entwickeln.
Das System besteht aus einem 555-Timer, der in einem stabilen Modus arbeitet und einen Ausgangsimpuls mit einem Tastverhältnis von 50% liefert. Das System besteht aus einer 4-stufigen Multiplikationsstufe, wobei jede Stufe aus einem Kondensator, 2 Dioden und einem MOSFET als Schalter besteht. Die Dioden dienen zum Laden des Kondensators. Ein hoher Puls von der 555 Stunden werden betrieben die Dioden und auch die Optoisolatoren, die wiederum jedem MOSFET Triggerimpulse liefern. Somit sind die Kondensatoren parallel geschaltet, wenn sie sich auf die Versorgungsspannung aufladen. Ein niedriger Logikimpuls vom Zeitgeber führt dazu, dass die MOSFET-Schalter ausgeschaltet sind und die Kondensatoren somit in Reihe geschaltet sind. Die Kondensatoren beginnen sich zu entladen und die Spannung an jedem Kondensator wird addiert, wodurch eine Spannung erzeugt wird, die viermal höher ist als die Eingangsgleichspannung.
