Умножители напряжений
Область применения – цепи с повышенным напряжением и малой токовой нагрузкой: узлы приемо-передатчиков, блоки для заряда высоковольтных конденсаторов и т.д.
Достоинство таких умножителей – замена недостаточно надежных массогабаритных высоковольтных трансформаторов, но при малых токах нагрузки.
Схемы умножителей напряжений подразделяются на симметричные и несимметричные.
Рассмотрим принцип работы и построение несимметричных схем 1-го и 2-го рода.
Несимметричные схемы умножения 1-го рода
В качестве примера, как наиболее наглядная, дана схема умножения напряжения в 4 раза.
Рис. 1. Схема умножения напряжения в 4 раза
Рассмотрим работу умножителя на рис.1, когда на его вход, на клеммы L1, N подано переменное напряжение U2 от разделительного трансформатора, необходимого для гальванической развязки сетевого и выходного повышенного напряжения данной схемы.
В полупериод, когда в проводе L1 появляется отрицательная полуволна напряжения, конденсаторы С1, С3 и др. с нечетными номерами заряжаются через диоды до амплитудного значения этой полуволны. Конденсаторы с четными номерами (С2, С4 и др.) в этот полупериод разряжены.
При появлении в проводе L1 положительной полуволны конденсатор С1, заряженный до амплитудного значения входного напряжения U2m, последовательно с амплитудой положительной полуволны источника переменного напряжения U2m через диод D2 подключается к конденсатору С2, создавая на нем почти удвоенную амплитуду напряжения 2U2m (с учетом незначительной разрядки в это время конденсатора С1).
Аналогично произойдет заряд конденсатора С4 до 2U2m.
Таким образом, при действии на умножитель переменного напряжения конденсатор С2 будет заряжен до 2U2m, с конденсатора С3 можно будет снять до 3U2m, а с конденсатора С4 – до 4U2m.
|
|
Для получения равенства энергий, накапливаемых каждым конденсатором, емкость их по мере роста их номера в схеме может уменьшаться, а пробивное напряжение – увеличиваться.
Т.к. при отрицательных полуволнах будут заряжены все нечетные конденсаторы, а при положительных полуволнах – все четные, то частота пульсаций на выходе схемы умножения 1-го рода будет равна частоте входного напряжения.
С увеличением тока нагрузки амплитуда пульсаций растет (допускаются значения коэффициента пульсаций не более 3 %).
Недостаток таких схем – наличие достаточно больших токов заряда конденсаторов.
Несимметричные схемы умножения 2-го рода
Как пример дана схема умножения напряжения также в 4 раза.
 |
Рис. 2. Схема умножения напряжения в 4 раза
Принцип работы аналогичен предыдущей схеме на рис.1. Отличие заключается только в том, что все конденсаторы кроме С1 заряжаются только до 2U2m (С1 заряжается до U2m). Рабочее напряжение этих конденсаторов и диодов при значительной кратности умножения может быть значительно ниже, чем в схеме на рис.1. Токи заряда конденсаторов тоже меньше, т.к. определяются только емкостью конденсатора С1. Однако емкости всех конденсаторов схемы на рис.2 при тех же пульсациях приходится увеличивать в 2 раза и более.
Симметричные схемы умножения напряжения
Основное достоинство симметричных схем – удвоение частоты пульсаций выпрямленного напряжения, а основная особенность – схемы с нечетной кратностью не могут быть полностью симметричными.
|
|
Рис. 3. Схемы удвоения напряжения
 |
Рис. 4. Схема умножения напряжения в 4 раза