تا همین اواخر، ضریب ولتاژ کمتر بها داده می شد. بسیاری از طراحان این مدارها را از منظر فناوری لوله می بینند و بنابراین فرصت های بزرگی را از دست می دهند. به خوبی شناخته شده است که چه راه حل موفقیت آمیزی استفاده از سه گانه و چهار برابر ولتاژ در تلویزیون ها بود. خوشبختانه، ما مجبور نیستیم مشکلات اشعه ایکس را در SMPS حل کنیم، اما یک مدار ضرب‌کننده ولتاژ اغلب می‌تواند برای کاهش بیشتر اندازه مفید باشد، زمانی که به حد آشکار با روش‌های مرسوم با استفاده از سوئیچینگ فرکانس بالا و ترانسفورماتورهای 60 هرتز رسیدیم. حذف شده. در موارد دیگر، ضرب‌کننده‌های ولتاژ می‌توانند روشی زیبا برای تولید ولتاژ خروجی اضافی با استفاده از یک ترانسفورماتور ثانویه ارائه دهند.

بسیاری از کتاب های درسی به تفصیل در مورد مضرات ضرب کننده های ولتاژ صحبت می کنند. گفته می شود که آنها پایداری ولتاژ ضعیفی دارند و بیش از حد پیچیده هستند. بیان این کاستی ها مبنایی دارد، اما مبتنی بر تجربه استفاده از مدارهای لوله ای است که همیشه با ولتاژهای سینوسی با فرکانس 60 هرتز کار کرده اند. خواص ضرب‌کننده‌های ولتاژ زمانی که با موج مربعی به جای ولتاژ سینوسی کار می‌کنند، و به ویژه هنگامی که در فرکانس‌های بالا کار می‌کنند، بسیار بهبود می‌یابد. در فرکانس سوئیچینگ 1 کیلوهرتز و حتی بیشتر از آن در 20 کیلوهرتز، ضریب ولتاژ سزاوار ارزیابی مجدد قابلیت های خود است. با توجه به اینکه برای یک نوسان مربع، مقادیر میانگین اوج و ریشه مساوی هستند، خازن‌های مدار ضرب‌کننده در مقایسه با نوسانات موج سینوسی، زمان انباشت بار بسیار بیشتری دارند. این باعث افزایش پایداری ولتاژ و بهبود فیلتراسیون می شود. مشخص است که پایداری بسیار خوبی با ولتاژ سینوسی امکان پذیر است، اما فقط به دلیل خازن های بزرگ. برخی از مدارهای مفید چند برابر کننده ولتاژ در شکل 1 نشان داده شده است. 16.4. دو تصویر مختلف از یک مدار مشابه در شکل (الف) نشان می دهد که نحوه ترسیم نمودار گاهی اوقات می تواند گمراه کننده باشد.

اگرچه پایداری دیگر مسئله بزرگی در ضرب‌کننده‌های ولتاژ نیست، اما در سیستمی که یک یا چند حلقه فیدبک از تثبیت نهایی ولتاژ خروجی DC مراقبت می‌کنند، پایداری بسیار خوب لازم نیست. به طور خاص، برخی از ضرب کننده های ولتاژ در چرخه وظیفه اینورتر 50 درصد عملکرد بسیار خوبی دارند. ضریب های ولتاژ مناسب به عنوان منبع تغذیه تنظیم نشده توصیه می شود که معمولاً قبل از مدار تثبیت حلقه فیدبک است. به طور معمول این استفاده با مبدل DC/DC مرتبط است. به عنوان مثال، ولتاژ شبکه 60 هرتز را می توان اصلاح و دو برابر کرد. این ولتاژ DC سپس در یک مبدل DC-DC با قدرت بالا استفاده می شود که می تواند به عنوان یک تنظیم کننده سوئیچینگ طراحی شود. توجه داشته باشید که این روش اجازه می دهد تا ولتاژ خروجی بالا بدون ترانسفورماتور در فرکانس 60 هرتز کار کند.

یک ضریب ولتاژ ایجاد یک اینورتر خوب را آسان تر می کند. ترانسفورماتور اینورتر با نسبت تبدیل تقریباً واحد بهترین کار را دارد. انحرافات قابل توجه از این مقدار، به ویژه با افزایش ولتاژ، اغلب منجر به ظهور یک اندوکتانس نشتی نسبتاً بزرگ در سیم پیچ های ترانسفورماتور می شود که باعث عملکرد ناپایدار اینورتر می شود. بنابراین، کسانی که با اینورترها و مبدل ها آزمایش کرده اند، به خوبی می دانند که محتمل ترین شکست در عملکرد حتی یک مدار ساده، نوساناتی است که فرکانس آنها با فرکانس محاسبه شده متفاوت است. و اندوکتانس نشتی می تواند به راحتی منجر به تخریب ترانزیستورهای سوئیچینگ شود. این مشکل را می توان با استفاده از یک ضرب کننده ولتاژ برای استفاده از ترانسفورماتور با نسبت تبدیل تقریباً واحد اجتناب کرد.

برنج. 16.4. مدارهای ضرب کننده ولتاژ هر دو نمودار در شکل (الف) از نظر الکتریکی یکسان هستند. به گزینه های اتصال زمین قابل قبول و ممنوع برای مدارهای مختلف توجه کنید - در برخی موارد، ژنراتور و بار ممکن است نقطه اتصال زمین یکسانی نداشته باشند.

هنگامی که با ولتاژهای سینوسی سروکار داریم، باید به خاطر داشته باشیم که ضرب کننده های ولتاژ بر روی مقدار ولتاژ پیک کار می کنند. بنابراین، یک به اصطلاح دوبرابر ولتاژ که با ولتاژ ورودی دارای مقدار مؤثر 100 ولت کار می کند، خروجی ولتاژ مدار باز 2 x 1.41 x 100 = 282 V تولید می کند. بنابراین، اگر مقدار خازن بزرگ باشد و بار آن زیاد باشد. نسبتاً سبک است، پس نتیجه بیشتر شبیه سه برابر کردن مقدار ولتاژ موثر ورودی است. استدلال مشابه برای سایر ضرب کننده ها معتبر است.

اگر ظرفیت همه خازن‌ها و ولتاژ سینوسی در ورودی را برابر در نظر بگیریم، ضریب‌های ولتاژ باید دارای مقدار (ocr حداقل 100 باشند، جایی که (0 = 2K /، فرکانس کاری بر حسب هرتز بیان می‌شود، ظرفیت خازن برابر است). بر حسب فاراد، و مقاومت موثر بر حسب اهم، مربوط به بار امپدانس پایینی است که می توان وصل کرد. در این حالت، ولتاژ خروجی حداقل 90 درصد حداکثر ولتاژ DC قابل دستیابی خواهد بود و نسبتاً کمی تغییر می کند. ولتاژ موج، مقدار cocr می تواند به طور قابل توجهی کمتر از 100 باشد.

هنگام انتخاب مدار چند برابر کننده ولتاژ، باید به اتصال به زمین توجه شود. در شکل 16.4، نماد ژنراتور معمولا سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور را نشان می دهد. توجه داشته باشید که اگر یکی از پایانه های بار باید به زمین باشد، در مدارهای نیمه موج امکان اتصال یک ترمینال ترانسفورماتور وجود دارد، اما در مدارهای تمام موج این امکان وجود ندارد. مدارهای تمام موج برای تولید منابع خروجی دوقطبی مفید هستند که در آنها یک خروجی مثبت به زمین و دیگری منفی است و هر خروجی دارای نصف ولتاژ خروجی کامل است.

مدارهای نشان داده شده در شکل. 16.4 (A) یکسان هستند و یکسو کننده های تمام موج با دو برابر شدن ولتاژ هستند. طرح در شکل B یکسو کننده نیمه موج با دو برابر شدن ولتاژ است. طرح شکل. C به عنوان یک تریلر نیم موج کار می کند. یک چهارگانه تمام موج در شکل نشان داده شده است. D و چهار برابر نیم موج در شکل 1. E. چنین ضرب کننده های ولتاژ به طور گسترده ای در منابع تغذیه فلای بک تلویزیون استفاده می شود که لوله های تصویر با ولتاژ بالا را ارائه می دهند. همچنین در شمارنده های گایگر، لیزرها، جداکننده های الکترواستاتیک و غیره استفاده می شود.

اگرچه ضرب‌کننده‌های ولتاژ تمام موج پایداری بهتر و ریپل کمتری نسبت به ضرب‌کننده‌های ولتاژ نیمه‌موج دارند، اما عملاً وقتی از امواج مربعی با فرکانس بالا استفاده می‌شود، تفاوت‌ها کم می‌شوند. استفاده از خازن های بزرگ همیشه می تواند پایداری ولتاژ را بهبود بخشد و ریپل را کاهش دهد. به طور کلی، در فرکانس های 20 کیلوهرتز و بالاتر، وجود یک نقطه زمین مشترک برای ضرب کننده های نیمه موج تأثیر تعیین کننده ای در انتخاب طراح دارد.

با اتصال تعداد زیادی از مراحل ابتدایی می توان ولتاژهای DC بسیار بالایی را بدست آورد. اگرچه این روش جدید نیست، اما در واقع اجرای آن با استفاده از دیودهای نیمه هادی نسبت به یکسو کننده های لوله قبلی، که به دلیل مسائل عایق و هزینه به دلیل مدارهای رشته ای پیچیده بودند، ساده تر شده است. دو نمونه از ضرب کننده های ولتاژ چند مرحله ای در شکل نشان داده شده است. 16.5. آنها مقدار دامنه ولتاژ AC ورودی را هشت برابر می کنند. در نمودار در شکل. 16.5A، ولتاژ در هیچ خازن از 2K تجاوز نمی کند. ویژگی متمایز مدار نشان داده شده در شکل. 16.5 ولت نقطه زمین مشترک برای ورودی و خروجی است. با این حال، درجه بندی ولتاژ خازن ها باید به تدریج با نزدیک شدن به خروجی مدار افزایش یابد. اگرچه در فرکانس 60 هرتز این منجر به افزایش اندازه و هزینه می شود، اما در فرکانس های بالا این معایب کمتر حساس هستند. دیودهای هر دو مدار باید حداکثر ولتاژ ورودی E را تحمل کنند، اما برای اطمینان، باید از دیودهایی با درجه ولتاژ حداقل چندین برابر بیشتر از E استفاده شود. این مدارها معمولاً از خازن هایی استفاده می کنند که ظرفیت یکسانی دارند. هرچه ظرفیت خازن بزرگتر باشد، پایداری بهتر و ریپل کمتر است. با این حال، خازن های با ظرفیت بالا، نیازهای بیشتری را از نظر مقادیر حداکثر جریان بر روی دیودها تحمیل می کنند.

نمودار نشان داده شده در شکل. 16.6 ثابت کرده است که برای کاربردهای الکترونیک بسیار مفید است. توجه داشته باشید که از یک قطار پالس تک قطبی کار می کند. این یک مدار ضرب‌کننده ولتاژ Cockroft-Walton است که اغلب در مقالات یافت می‌شود. اگرچه همه خازن ها می توانند ظرفیت یکسان و ولتاژ نامی E یکسان داشته باشند، بهتر است از روش زیر استفاده کنید:

ابتدا ظرفیت خازن خروجی را محاسبه می کنیم

که در آن /q جریان خروجی بر حسب آمپر است و / مدت زمان پالس تک قطبی بر حسب میکروثانیه است. اجازه دهید = 40 میلی آمپر به عنوان مثال. اگر فرکانس را 20 کیلوهرتز فرض کنید، t نصف 20 کیلوهرتز متقابل است، یا

حداکثر مقدار ریپل به عنوان ولتاژ V در نظر گرفته می شود. بنابراین، مقدار 100 میلی ولت را می توان معقول در نظر گرفت

برنج. 16.5. دو گزینه برای ضریب ولتاژ چند مرحله ای. (الف) در این مدار هیچ خازنی ولتاژی بالاتر از 2E ندارد. (ب) یکی از ویژگی های این مدار، نقطه زمین مشترک برای ورودی و خروجی است.

با نزدیک شدن به ورودی مدار، ظرفیت خازن ها به تدریج در مقایسه با ظرفیت آخرین خازن C^ چندین برابر افزایش می یابد. این محاسبات ساده هستند، اما اگر به آنها توجه کافی نداشته باشید، ممکن است نادرست باشند. اعداد کنار خازن های مدار را در شکل 1 علامت بزنید. 16.6. اینها ضرایبی هستند که برای بدست آوردن مقدار واقعی ظرفیت، باید ظرفیت C^ را در آنها ضرب کرد. بنابراین، ظرفیت خازن مشخص شده با شماره 2 برابر با 2C^ یا در مثال ما 10 μF x 2 = 20 μF است. ظرفیت خازن 5C^ یا 50μF است. و اولین خازن دارای ظرفیت IIC^ یا PO μF است.

این اعداد از کجا می آیند؟ آنها مقادیر نسبی جریان را در طول یک مدار نشان می دهند. اگر هیچ عددی در کنار خازن های نشان داده شده در شکل وجود نداشته باشد. 16.6، می توانید آنها را با استفاده از عبارت (2/1-1) تعیین کنید. در اینجا n نشان دهنده ضریب ضرب ولتاژ ورودی است. بدیهی است که در یک ضریب شش برابری، l = 6. شما با خازن ورودی شروع می کنید و 2n-\ = 11 را پیدا می کنید. سپس در امتداد ردیف پایین خازن ها ادامه دهید و 2/1-3، 2/2-5 را دریافت کنید. 2/1 به ترتیب -7، 2/2-9 و در نهایت برای – (2/2-11). سپس طبق این روش با اولین خازن سمت چپ در ردیف بالا شروع می کنیم. این بار، ضرب کننده های C^ عبارتند از: 2/2-2، 2/2-4، 2/2-6، 2/2-8 و در نهایت برای خازن انتهای سمت راست 2/2-10.

برنج. 16.6. ضریب ولتاژ در شش، که از منبع پالس های تک قطبی کار می کند. معنی اعداد کنار خازن ها در متن توضیح داده شده است.

این واقعیت که خازن های نزدیک به ورودی ظرفیت بیشتری نسبت به خازن های نزدیک به خروجی دارند به دلیل انتقال بار است که طبیعتاً باید در ورودی کاملاً بزرگ باشد. در طول یک چرخه، 2/2-1 انتقال شارژ رخ می دهد. با هر یک از این انتقال ها، انرژی طبیعی از دست می رود. این تلفات انرژی در صورتی که ظرفیت خازن ها همانطور که در بالا ذکر شد محاسبه شود به حداقل می رسد.

اولین آزمایش هر چند برابر کننده ولتاژ باید با یک اتوترانسفورماتور متغیر یا دستگاه دیگری باشد که اجازه می دهد ولتاژ ورودی به تدریج افزایش یابد. در غیر این صورت، افزایش جریان ممکن است دیودها را از بین ببرد. سختی این قانون به عواملی مانند ظرفیت خازن، سطح توان، فرکانس، ESR خازن و البته پیک جریان دیودها بستگی دارد. ممکن است لازم باشد یک ترمیستور یا یک مقاومت روشن شده با استفاده از یک رله در ورودی ضرب کننده قرار دهید. از سوی دیگر، در بسیاری از موارد می‌توانید بدون هیچ گونه محافظتی انجام دهید، زیرا دیودهایی که جریان‌های پیک بالا را کنترل می‌کنند، به راحتی در دسترس هستند. گاهی اوقات، حفاظت "نامرئی" است، به عنوان مثال، ترانسفورماتور ورودی به سادگی نمی تواند افزایش جریان زیادی را ایجاد کند.

هنگام کار با ولتاژهای بالا، میزان افت ولتاژ رو به جلو در دیودها قابل توجه نیست. در ولتاژهای پایین، افت ولتاژ انباشته شده روی دیودها می تواند از دستیابی به ولتاژ خروجی مورد نیاز جلوگیری کرده و راندمان را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. چند برابر کننده ولتاژ مطمئن شوید که زمان بازیابی معکوس دیودها با فرکانس ولتاژ ورودی سازگار است. در غیر این صورت، ضریب ضرب ولتاژ محاسبه شده "به طور مرموزی" از بین خواهد رفت.

در تمرین رادیویی آماتور، اغلب برای تامین انرژی اجزای کم جریان (ریزمدارهای تخصصی، پیش تقویت‌کننده‌ها و غیره) به چندین ولتاژ نیاز است و منبع برق موجود یک ولتاژ تولید می‌کند. برای اینکه به دنبال ترانسفورماتور با سیم پیچ اضافی نباشید، می توانید از مدارهای ضرب ولتاژ استفاده کنید. نمودار زیر:

ما چندین مدار ضرب ولتاژ دیگر را ارائه می دهیم. مدار دوبرابر کردن ولتاژ فشار کش پل نشان داده شده است. در این مدار فرکانس ریپل ولتاژ یکسو شده برابر با دو برابر فرکانس شبکه (fn=2fc)، ولتاژ معکوس روی دیودها 1.5 برابر بیشتر از ولتاژ اصلاح شده و ضریب استفاده از ترانسفورماتور 0.64 است. می توان آن را به شکل دو مدار نیم موج متصل به سری نشان داد که از یک سیم پیچ ترانسفورماتور کار می کنند و به یک بار مشترک متصل می شوند. اگر نقطه وسط (نقطه اتصال خازن ها) به سیم مشترک وصل شود، یک منبع دوقطبی با ولتاژ خروجی ±U بدست می آید.
مدار دوم دو برابر شدن ولتاژ در شکل 2 نشان داده شده است که در زیر مشاهده می کنید:
در آن ورودی (سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور) و خروجی یک نقطه مشترک دارند که در برخی موارد ممکن است مفید واقع شود. در اینجا، در طول نیم چرخه منفی ولتاژ ورودی، خازن C1 از طریق دیود VD2 به ولتاژی برابر با مقدار دامنه U-1 شارژ می شود. در طول نیم چرخه مثبت، دیود VD2 بسته می شود و خازن C1 به صورت سری به سیم پیچ ثانویه T1 متصل می شود، بنابراین خازن C2 از طریق دیود VD1 شارژ می شود تا مقدار ولتاژ دو برابر شود. با افزودن یک دیود و خازن دیگر به این مدار، گزینه هایی برای تریلرهای ولتاژ به دست می آید که در شکل های زیر ارائه شده است:
مدار در شکل 2 را می توان آبشاری کرد و ولتاژهای بسیار بالایی به دست آورد. چنین ضریب آبشاری در شکل نشان داده شده است:

در این مدار، تمام خازن ها به استثنای C1 برای دو برابر شدن ولتاژ Ui (Uc = 2Ui) شارژ می شوند و C1 فقط به Ui شارژ می شود. بنابراین، ولتاژ کاری خازن ها و دیودها بسیار کم است. حداکثر جریان عبوری از دیودها با عبارت زیر تعیین می شود:

lmax=2.1IH ,
که در آن lH جریان مصرف شده توسط بار است.

ظرفیت خازن مورد نیاز در این مدار با فرمول تقریبی تعیین می شود:

C=2.85N*In/(Kp*Uout) ، Mkf

جایی که N ضریب ضرب ولتاژ است.
IN - جریان بار، میلی آمپر؛
Kp - ضریب موج ولتاژ خروجی مجاز، %؛
ولتاژ خروجی Uvylx، V.

ظرفیت خازن C1 در مقایسه با مقدار محاسبه شده باید 4 برابر افزایش یابد (البته در بیشتر موارد افزایش دو تا سه برابری کافی است). خازن ها باید با حداقل جریان نشتی (نوع K73 و موارد مشابه) باشند.

ولتاژ را می توان با استفاده از یکسو کننده های پل نیز چند برابر کرد. نمودار زیر در شکل 6 آمده است:

در اینجا استفاده از پل های یکسو کننده با اندازه کوچک، به عنوان مثال، سری RB156، RB157 و مشابه راحت است. خازن های SZ...C6 (و بیشتر) - با ظرفیت 0.22 ... 0.56 μF. افزایش ولتاژ در صفحات خازن باید در نظر گرفته شود و ولتاژ کاری آنها باید بر اساس آن انتخاب شود. همین امر در مورد خازن های فیلتر C1، C2 نیز صدق می کند.

در جریان های بار بسیار کم، می توانید از مدار ضرب کننده نیم موج استفاده کنید:

بسته به ولتاژ خروجی مورد نیاز Uout=0.83Uo، تعداد مراحل N با استفاده از فرمول تقریبی تعیین می شود:

N=0.85U0/U1

جایی که U1 ولتاژ ورودی است.

ظرفیت C خازن های C1...SZ محاسبه می شود:
С=34 اینچ*(T+2)/U2
که در آن lH جریان بار ضریب است.
U2 - افت ولتاژ در R1 (معمولاً در 3...5٪ از U-1 انتخاب می شود).

ضریب ریپل در ضرب کننده های ولتاژ را می توان با استفاده از فیلترهای ترانزیستوری کاهش داد (شکل 8).
که به طور قابل توجهی موج و نویز ولتاژ خروجی را کاهش می دهد و با تمام شاخص های وزن و اندازه کوچک مشخص می شود. امروزه ترانزیستورهای پرقدرت با ولتاژ مجاز 1.5 کیلو ولت و بالاتر در جریان بار تا 10 آمپر تولید می شوند. دیودها از شرایط Uobr = 1.5U0 و Imax = 2Iout - ظرفیت C خازن C1, C2 انتخاب می شوند. با استفاده از فرمول تقریبی محاسبه می شود:

С=125In/U0

مقاومت مقاومت R1 در محدوده 20 ... 100 اهم انتخاب شده است. ظرفیت خازن SZ از عبارت زیر تعیین می شود:

С3=0.5*10^6/(m*fc*R1)

جایی که m تعداد فازهای یکسو کننده است (m=2).
fc - فرکانس کاری ضریب (fc=50 هرتز).

مقاومت R2 به صورت تجربی (در محدوده 51 ... 75 کیلو اهم) انتخاب می شود، زیرا به بهره فعلی ترانزیستور VT1 بستگی دارد. این فیلتر می تواند از ترانزیستورهای داخلی KT838، KT840، KT872، KT834 و موارد مشابه استفاده کند.

در مورد مقاله مولتیپلایزرهای ولتاژ بحث کنید

با توجه به نیاز به اطمینان از استحکام الکتریکی، ابعاد و وزن ترانسفورماتورهای فشار قوی بسیار بزرگ می شود. بنابراین، استفاده از چند برابر کننده ولتاژ در منابع تغذیه با ولتاژ بالا کم توان راحت تر است. ضرب کننده های ولتاژ بر اساس مدارهای یکسوسازی با پاسخ بار خازنی ایجاد می شوند. اصل عملکرد چنین مدارهایی به این صورت است که خازن های متصل به سری به طور جداگانه از سیم پیچ ثانویه نسبتا کم ترانسفورماتور از طریق دریچه ها (دیودها) شارژ می شوند، اما از آنجایی که نسبت به بار، خازن ها به صورت سری به هم متصل می شوند، کل ولتاژ برابر با مجموع ولتاژهای همه خازن ها خواهد بود، سپس ولتاژ خروجی مدار در مقایسه با ولتاژ یکسوساز معمولی چند برابر می شود.

مقاومت داخلی مدار چند برابر با تعداد مراحل افزایش می یابد، بنابراین باید بارهای با مقاومت بالا را تحمل کند. رایج ترین آنها مدارهای ضرب ولتاژ متقارن و نامتقارن تک فاز هستند.

مدارهای ضرب ولتاژ متقارن با مدارهای نامتقارن در نحوه اتصال آنها به سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور متفاوت است.

مدارهای ضرب نامتقارن تک فاز یک اتصال سری از چندین مدار یکسو یک سر یکسان با پاسخ خازنی هستند.

در مدار نشان داده شده در شکل، هر خازن بعدی با ولتاژ بالاتری شارژ می شود. اگر EMF سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور از نقطه هدایت شود آبه نقطه ب، سپس اولین شیر باز می شود و خازن C1 شارژ می شود. این خازن ولتاژی برابر با دامنه ولتاژ سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور U2m شارژ می کند. هنگامی که EMF سیم پیچ ثانویه تغییر می کند، جریان شارژ خازن دوم از مدار عبور می کند: نقطه آ, خازن C1, شیر VD2, خازن C2, نقطه ب. در این حالت خازن C2 به ولتاژ شارژ می شود UC2 = U2m+UC1 = 2U2m، از آنجایی که سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور و خازن C1 به صورت سری و هماهنگ به هم متصل شده اند. با تغییر بعدی در جهت EMF سیم پیچ ثانویه، سومین خازن C3 در طول مدار شارژ می شود: نقطه ب, C2, VD3, C3 نقطه آسیم پیچ ثانویه خازن C3 به ولتاژ شارژ می شود UC3 = U2m+UC2≈3U2mو غیره

بنابراین، در هر خازن بعدی، تعدد ولتاژ مطابقت دارد UCN = nU2m.

ولتاژ بالا مورد نیاز از یک خازن Cn حذف می شود.

در مدار نشان داده شده در شکل زیر، بالاترین ولتاژ در خازن ها برابر با دو برابر ولتاژ سیم پیچ ثانویه است.

در نیمه چرخه اول ولتاژ سیم پیچ ثانویه، خازن C1 از طریق شیر VD1 به مقدار دامنه ولتاژ سیم پیچ ثانویه U2m شارژ می شود. در نیم سیکل دوم، ولتاژ سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور تغییر جهت داده و مطابق با ولتاژ خازن C1 روشن می شود. خازن C2 از طریق شیر VD2 تا مجموع این ولتاژها 2U2m شارژ می شود.

در نیم سیکل بعدی، خازن C3 از طریق شیر VD3 شارژ می شود. به ولتاژ شارژ می شود:

UC3 = -UC1 + U2m + UC2 = - U2m+U2m + 2U2m = 2U2m

به راحتی می توان متوجه شد که خازن های باقی مانده مدار به دو برابر ولتاژ سیم پیچ ثانویه شارژ می شوند. در این مدار، بر خلاف مدار اول، ولتاژ ضرب شده نه از یک، بلکه از چندین خازن حذف می شود.

در مدارهای ضرب، با افزایش جریان بار، ولتاژ خروجی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. فرکانس ریپل در مدارهای ضرب در نظر گرفته شده برابر با فرکانس شبکه است.

ولتاژ آخرین خازن مدار ضرب فقط پس از نیم چرخه ولتاژ سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور که مربوط به ضریب ضرب است، یعنی پس از مدتی ظاهر می شود. tt = nT/2، که در آن T دوره ولتاژ اصلاح شده است.

مدار لاتور (دوبرابر شدن ولتاژ)

مدار Latour یک مدار پل است که در آن دو بازوی پل شامل شیرهای VD1 VD2 و دو بازوی دیگر شامل خازن های C1 C2 است. سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور به یکی از مورب های پل و بار به دیگری متصل می شود. مدار دو برابر شدن ولتاژ را می توان به صورت دو مدار نیمه موجی که به صورت سری به هم متصل شده اند و از یک سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتور کار می کنند نشان داد. در نیم سیکل اول، زمانی که پتانسیل نقطه آسیم پیچ ثانویه نسبت به نقطه مثبت است ب، شیر VD1 باز می شود و خازن C1 شروع به شارژ می کند. جریان در این لحظه از سیم پیچ ثانویه VD1 و C1 عبور می کند.

در طول نیم چرخه دوم، خازن C2 شارژ می شود. جریان شارژ خازن C2 از سیم پیچ ثانویه C2 و VD2 عبور می کند.

C1 و C2 در رابطه با مقاومت بار Rn1 به صورت سری به هم متصل می شوند و ولتاژ در سراسر بار برابر با مجموع ولتاژهای UC1 UC2 است.

مدار دوبرابر ولتاژ با توان خروجی تا 50 وات و ولتاژ تصحیح شده 500-1000 ولت و بالاتر استفاده می شود.

مزیت اصلی مدار افزایش فرکانس ریپل، ولتاژ معکوس کم روی دیودها نسبت به مدار دو فاز و استفاده نسبتاً کامل از ترانسفورماتور است. معایب شامل افزایش مقدار جریان دیود است.

تعریف

چند برابر کننده ولتاژسیستمی است که برای تبدیل ولتاژ جریان متناوب یک منبع ولتاژ کوچک به جریان مستقیم ولتاژ بالا طراحی شده است.

آنها در الکترونیک رادیویی استفاده می شوند: تجهیزات پزشکی و تلویزیون، تجهیزات اندازه گیری، لوازم خانگی و غیره. ضریب ولتاژ متشکل از دیودها و خازن ها است که به روش خاصی به هم متصل می شوند. چند برابر کننده ها قادر به تولید ولتاژ تا ولت هستند، در حالی که جرم و اندازه کوچکی دارند. ضریب ها به راحتی ساخته می شوند و به راحتی قابل محاسبه هستند.

ضرب کننده نیم موج

شکل 1 مدار یک ضرب کننده متوالی نیم موج را نشان می دهد.

در طول نیم چرخه منفی ولتاژ، خازن از طریق دیودی که باز است شارژ می شود. خازن به مقدار دامنه ولتاژ اعمال شده شارژ می شود. در طول نیم سیکل مثبت، خازن از طریق دیود تا یک اختلاف پتانسیل شارژ می شود. سپس در طول نیم چرخه منفی، خازن از طریق دیود تا یک اختلاف پتانسیل شارژ می شود. در طول نیم سیکل مثبت بعدی، خازن به ولتاژ شارژ می شود. در این حالت، ضریب در چندین دوره تغییر ولتاژ شروع می شود. ولتاژ خروجی ثابت است و مجموع ولتاژهای خازن ها و ولتاژهایی است که دائماً در حال شارژ هستند، یعنی مقداری برابر با .

ولتاژ معکوس روی دیودها و ولتاژ عملیاتی خازن ها در چنین ضریب برابر با دامنه کامل ولتاژ ورودی است. هنگام اجرای مولتیپلیزر در عمل باید به عایق بودن المان ها توجه شود تا از تخلیه کرونا که می تواند به دستگاه آسیب برساند، جلوگیری شود. اگر لازم است قطبیت ولتاژ خروجی را تغییر دهید، در هنگام اتصال، قطبیت دیودها را تغییر دهید.

ضریب های سری به ویژه اغلب مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا آنها جهانی هستند و توزیع ولتاژ یکنواخت بین دیودها و خازن ها دارند. با کمک آنها می توانید تعداد زیادی از مراحل ضرب را اجرا کنید.

از ضرب کننده های ولتاژ موازی نیز استفاده می شود. آنها به ظرفیت خازن کمتری در هر مرحله ضرب نیاز دارند. اما عیب آنها افزایش ولتاژ روی خازن ها با افزایش تعداد مراحل ضرب در نظر گرفته می شود که محدودیتی در استفاده از آنها به ولتاژ خروجی حدود 20 کیلو ولت ایجاد می کند. در شکل شکل 2 نمودار یک ضرب کننده ولتاژ موازی نیم موج را نشان می دهد.

برای محاسبه ضریب، باید پارامترهای اصلی را بدانید: ولتاژ AC ورودی، ولتاژ و توان خروجی، ابعاد مورد نیاز (یا محدودیت اندازه)، شرایطی که تحت آن ضریب کار می کند. باید در نظر داشت که ولتاژ ورودی باید کمتر از 15 کیلو ولت، فرکانس 5 تا 100 کیلو هرتز، ولتاژ خروجی کمتر از 150 کیلو ولت باشد. محدوده دما معمولاً 55- است. به طور معمول، توان ضرب تا 50 وات است، اما بیش از 200 وات نیز یافت می شود.

برای ضریب سری، اگر فرکانس ورودی به ضریب ثابت باشد، ولتاژ خروجی با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

ولتاژ ورودی کجاست؛ - فرکانس ولتاژ ورودی؛ N تعداد مراحل ضرب است. C ظرفیت خازن مرحله است. من جریان بار است.

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش	اگر نیاز به ولتاژ خروجی 800 ولت، در فرکانس 50 هرتز، با جریان 10 آمپر، با استفاده از 4 مرحله ضریب، به دست آوردن ولتاژ خروجی 800 ولت با جریان 10 آمپر باشد، ظرفیت (C) مرحله چند برابر کننده ولتاژ سری باید چقدر باشد؟
راه حل	برای ضریب ولتاژ سری از فرمول محاسبه ای به شکل زیر استفاده می کنیم:

بیشتر و بیشتر، آماتورهای رادیویی به مدارهای قدرتی که بر اساس اصل ضرب ولتاژ ساخته شده اند علاقه مند شده اند. این علاقه با ظهور خازن های مینیاتوری با ظرفیت بالا در بازار و افزایش هزینه سیم مسی مرتبط است که برای باد کردن کویل ترانسفورماتور استفاده می شود. مزیت اضافی دستگاه های مذکور ابعاد کوچک آنهاست که باعث کاهش چشمگیر ابعاد نهایی تجهیزات طراحی شده می شود. ضریب ولتاژ چیست؟ این دستگاه متشکل از خازن ها و دیودهایی است که به روش خاصی متصل شده اند. در اصل، این مبدل ولتاژ متناوب از منبع ولتاژ پایین به ولتاژ مستقیم بالا است. چرا به یک ضرب کننده ولتاژ DC نیاز دارید؟

منطقه برنامه

چنین دستگاهی کاربرد گسترده ای در تجهیزات تلویزیونی (در منابع ولتاژ آند لوله های تصویر)، تجهیزات پزشکی (برای تامین انرژی لیزرهای پرقدرت) و در فناوری اندازه گیری (ابزار اندازه گیری تشعشع، اسیلوسکوپ ها) پیدا کرده است. بعلاوه در دستگاه های دید در شب، دستگاه های الکتروشوک، لوازم خانگی و اداری (فتوکپی) و ... استفاده می شود که ضریب ولتاژ به دلیل توانایی تولید ولتاژ تا ده ها و حتی صدها هزار ولت، چنین محبوبیتی پیدا کرده است. این با ابعاد کوچک و وزن دستگاه. یکی دیگر از مزیت های مهم دستگاه های مذکور سهولت ساخت آنهاست.

انواع مدار

دستگاه های مورد بررسی به متقارن و نامتقارن تقسیم می شوند، به ضرب کننده های نوع اول و دوم. با اتصال دو مدار نامتقارن یک ضریب ولتاژ متقارن بدست می آید. در یکی از این مدارها، قطبیت خازن ها (الکترولیت ها) و رسانایی دیودها تغییر می کند. ضریب متقارن بهترین ویژگی ها را دارد. یکی از مزیت های اصلی دو برابر شدن فرکانس ریپل ولتاژ اصلاح شده است.

اصل عملیات

عکس ساده ترین مدار یک دستگاه نیمه موج را نشان می دهد. بیایید اصل عملکرد را در نظر بگیریم. هنگامی که یک نیم چرخه منفی ولتاژ اعمال می شود، خازن C1 شروع به شارژ شدن از طریق دیود باز D1 به مقدار دامنه ولتاژ اعمال می کند. در لحظه ای که دوره موج مثبت شروع می شود، خازن C2 (از طریق دیود D2) تا دو برابر ولتاژ اعمال شده شارژ می شود. در آغاز مرحله بعدی نیم چرخه منفی، خازن C3 شارژ می شود - همچنین تا دو برابر مقدار ولتاژ، و هنگامی که نیم چرخه تغییر می کند، خازن C4 نیز به مقدار مشخص شده شارژ می شود. دستگاه طی چندین دوره کامل ولتاژ جریان متناوب راه اندازی می شود. خروجی یک کمیت فیزیکی ثابت است که مجموع نشانگرهای ولتاژ خازن های متوالی C2 و C4 با شارژ دائمی است. در نتیجه، مقداری چهار برابر بیشتر از مقدار ورودی به دست می‌آوریم. این اصلی است که یک ضرب کننده ولتاژ بر اساس آن کار می کند.

محاسبه مدار

هنگام محاسبه، لازم است پارامترهای مورد نیاز را تنظیم کنید: ولتاژ خروجی، توان، ولتاژ ورودی متناوب، ابعاد. برخی از محدودیت ها را نباید نادیده گرفت: ولتاژ ورودی نباید از 15 کیلو ولت تجاوز کند، فرکانس آن از 5-100 کیلوهرتز است، مقدار خروجی نباید از 150 کیلو ولت تجاوز کند. در عمل از دستگاه هایی با توان خروجی 50 وات استفاده می شود، اگرچه طراحی یک ضرب کننده ولتاژ با مقدار خروجی نزدیک به 200 وات واقع بینانه است. مقدار ولتاژ خروجی مستقیماً به جریان بار بستگی دارد و با فرمول تعیین می شود:

خروجی U = N*U در - (I (N3 + +9N2 /4 + N/2)) / 12FC، جایی که

I - جریان بار.

N - تعداد مراحل.

F - فرکانس ولتاژ ورودی؛

C ظرفیت ژنراتور است.

بنابراین، اگر مقدار ولتاژ خروجی، جریان، فرکانس و تعداد مراحل را تنظیم کنید، می توان مقدار مورد نیاز را محاسبه کرد.