Схема удвоения напряжения постоянного тока: Удвоитель напряжения постоянного тока

Содержание

Удвоитель напряжения постоянного тока

Вместе с каналом «Обзоры посылок и самоделки от jakson» будем собирать схему.
Автор видео ищет интересные применения микросхеме-таймеру NE 555, на раз это удвоитель напряжения. Это, пожалуй, одна из самых простых, доступных схем без использования трансформаторов, катушек, других деталей, которые порой трудно найти.

Микросхема и другие радиодетали в этом китайском магазине.

Схема может увеличить напряжение постоянного тока с 12 до 24 V, но при этом есть один недостаток, ток не высокий, буквально до 50 мА. Понадобится подобный удвоитель напряжения только для устройств с малым потреблением. Но бывает еще одна его версия с использованием транзисторов, там уже ток будет повыше.

Схема удвоителя напряжения 12-24 вольта

Товары для изобретателей Ссылка на магазин.

Из деталей, которые понадобятся для сборки и пайки, это таймер NE 555, 2 резистора один на 15К, другой на 27 К, 2 неполярных конденсатора на 0,01 мкФ, 3 полярных конденсатора, 2 из которых имеют емкость 330 мкФ, один на 470 мкФ. Ну, последнее, это 2 диода, указано 1N4001, но на самом деле для сборки этой схемы подойдет, большинство других диодов.

Электроника для самоделок вкитайском магазине.

Все детали, которые понадобятся, отставил в сторонку. Будем все собирать на макетной печатной плате. Сначала не совсем уверен в работоспособности, тем более в надежности этой схемы, поскольку брал ее из непроверенного источника. Но на данный момент единственный способ проверить — это ее собрать. Самому интересно будет ли она работать.

Рассмотрим как собирать подобные устройства, поскольку новички часто задают подобный вопрос в личных сообщениях, поэтому решил его разъяснить.

Начнем с того, что собирается все довольно-таки просто и, пожалуй, подобные схемы не намного сложнее каких-нибудь радиоконструкторов.

Все линии, примыкающие к деталям, к выводам, являются проводниками, они всегда параллельны или составляют между собой угол в 90 градусов, иначе быть не может. В местах их соединений используются точки, а там, где соединений нет, точки соответственно тоже не будет, то есть эти 2 проводника между собой не соединяются. Все детали в схеме имеют свое обозначение, отличаются по форме. Перечень всех маркировок вы сможете найти в интернете, они там все будут подписаны. Бывает так, что маркировка одной, той же детали в разных случаях может отличаться, поскольку это зависит от автора, от источника. Например, те же самые резисторы могут отличаться зигзагами, поэтому все детали подписаны, например R1, R2 это резисторы, C1, C2 – конденсаторы, VD1, VD2 – диоды. Указаны номиналы. Так устроены не все схемы. Бывает, что эти номиналы указаны в отдельной таблице. Но в любом случае, каждая будет подписана своей маркировкой, номером. Хотя бывает, что, этого нет. Но, в таком случае, у всех будет подписан номинал.

По поводу номиналов на примере резисторов, конденсаторов.
Начнем с резисторов. Написано 15К. 15К – это 15 Кило, то есть буква «К» в конце обозначает «Килоом», если буквы «К» не будет – это «ом». В общем, все просто. Соответственно, 27К – 27 Килоом. Далее, конденсаторы. Уже немного сложнее. В нашем случае – это микрофарады, поскольку только они указываются с цифрой после запятой. Например, нанофарады, пикофарады так не указываются. Ну, также они обычно указываются буквами nf, pf, то есть нанофарады, пикофарады. Это то, что касается маркировки неполярных конденсаторов. А полярные конденсаторы всегда указываются в микрофарадах. По крайней мере, иного способа указаний ни разу не встречал. Хотя, возможно, в некоторых специфических схемах, используются большие величины. По крайней мере, пикофарады, нанофарады для обозначения полярных конденсаторов не используют.

Далее про полярности деталей. У некоторых она есть, у других нет. Например, у резисторов, неполярных конденсаторов полярности нет, то есть нет разницы — каким образом их устанавливать, куда какой вывод подсоединять, что не скажешь о полярных или как по-другому их называют электролитических конденсаторов, диодов. У этих деталей есть 2 разных вывода, один положительный, другой отрицательный. Например, в этой схеме у конденсаторов положительный вывод отмечен плюсом. Но опять же бывают другие, там маркировка немного отличается. Ну, соответственно другой контакт является отрицательным. А если ориентироваться по детали, например, если это новый конденсатор, то длинная ножка — это плюсовой контакт, короткая – минусовой. Или если деталь не новая, то проще будет ориентироваться по полоске со стороны минусового контакта. Такая белая полоска, ну, соответственно с минусом.

У диодов то же самое, только там положительный, отрицательный вывод называется по-другому – анод, катод. Анод – это положительный контакт, катод – отрицательный. Если ориентироваться по корпусу диода, то со стороны серой полоски находится отрицательный контакт, то есть катод. Действует такая же аналогия, как, с конденсаторами: если деталь новая, то положительный контакт будет длиннее.
Последняя деталь удвоителя напряжения – микросхема. В нашем случае 8-контактная. Каждый ее вывод пронумерован. Зачастую микросхема обозначается прямоугольной фигурой. Также бывают варианты треугольной. Опять же зависит от автора, источника.

Далее с 5 минуты на видео про сборку простого удвоителя напряжения. В представленной модели постоянный ток увеличивается с 12 до 24 вольт.

Удвоитель постоянного напряжения схема

В приложениях с высокими входными и выходными напряжениями безындуктивные емкостные преобразователи зарядовые насосы значительно улучшают КПД и сокращают размеры решения по сравнению с традиционными понижающими или повышающими топологиями, основанными на дросселях. Плотность энергии, запасаемой в конденсаторах, намного выше, чем в дросселях, благодаря чему плотность мощности в преобразователях, основанных на зарядовых насосах, увеличивается в 10 раз. Однако область применения зарядовых насосов традиционно ограничивалась приложениями малой мощности, что обусловлено проблемами, связанными с запуском, защитой, управлением затворами и стабилизаций выходного напряжения. Этот мощный высоковольтный контроллер коммутируемых конденсаторов с фиксированным коэффициентом преобразования напряжения, содержащий четыре драйвера затворов, при подключении внешних N-канальных MOSFET может использоваться в конфигурациях делителя, удвоителя или инвертора напряжения.

Поиск данных по Вашему запросу:

Удвоитель постоянного напряжения схема

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

Удвоитель напряжения. Схема

Схемы умножителей напряжения

Удвоитель напряжения: особенности и принцип работы. Как удвоить напряжение постоянного тока

Умножители напряжения

Умножитель напряжения

170-ваттный удвоитель напряжения на плате размером 23 x 16. 5 мм

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Умножитель напряжения своими руками

Удвоитель напряжения. Схема

В данной схеме удвоителя напряжения, конденсатор С1 заряжается через диод VD1 1N каждый положительный полупериод. Емкость C2 заряжается через диод VD2 каждую отрицательную половину цикла до вольт. Поскольку оба конденсатора подключены последовательно, то на выходе мы получим постоянное напряжение в вольта. Эта схема будет работать при любом входном переменном напряжении с учетом правильного подбора диодов и конденсаторов. Резистор на Ом предназначен для ограничения бросков тока при использовании конденсаторов большой емкости.

Его значение не является критичным. Так же в качестве источника переменного напряжения может быть использовано напряжение, снятое с вторичной обмотки выпрямительного трансформатора. Такой вариант был применен в конструкции проверки динистора DB3. Поскольку схема удвоителя напряжения построенная без трансформатора, то необходимо соблюдать крайнюю осторожность дабы не получить поражение электрическим током.

Уважаемые подскажите пожалуйста,смогу ли применить эту схему удвоителя напряжения,в схеме цветомузыкальной приставки? К сожалению схему сюда скинуть не знаю как. Если подскажете,с удовольствием выложу,для получения более квалифицированного ответа.

Получать уведомления по электронной почте об ответе на свой комментарий. Отправить сообщение об ошибке. Похожие записи: Экономичный двухполярный импульсный блок питания своими руками Компактный импульсный источник питания Компактный импульсный блок питания на 5 вольт. Ответить а сколько схема будет потреблять Ответить Добавить комментарий Отменить ответ Ваш электронный адрес не будет опубликован.

Схемы умножителей напряжения

Удвоитель напряжения означает, что напряжение на его выходе в два раза выше чем на выходе обычного выпрямителя. Удвоители, также как и обычные выпрямители, бывают двух типов: однополупериодные и двухполупериодные. На рисунке справа представлена схема обычного однополупериодного удвоителя с положительным напряжением на выходе. Однополупериодным умножителям напряжения присущи теже недостатки, что и аналогичным выпрямителям. Можно увидеть, что частота заряда конденсатора C1 равна частоте входного напряжения.

То есть, с помощью удвоителя напряжения можно получить В постоянного тока из В переменного тока источника, а с помощью.

Удвоитель напряжения: особенности и принцип работы. Как удвоить напряжение постоянного тока

До недавнего времени умножители напряжения недооценивали. При частоте переключения 1 кГц, и тем более при 20 кГц, умножитель напряжения заслуживает переоценки его возможностей. Некоторые полезные схемы умножителей напряжения показаны на рис. А показывает, что способ начертания схемы может иногда вводить в заблуждение. Умножитель напряжения облегчает создание хорошего инвертора. Трансформатор инвертора лучше всего работает с коэффициентом трансформации около единицы. Так, те, кто экспериментировали с инверторами и преобразователями хорошо знают, что наиболее вероятным сбоем в работе даже простой схемы являются колебания, частота которых отличается от расчетной.

Умножители напряжения

Новые книги Шпионские штучки: Новое и лучшее схем для радиолюбителей: Шпионские штучки и не только 2-е издание Arduino для изобретателей. Обучение электронике на 10 занимательных проектах Конструируем роботов. Руководство для начинающих Компьютер в лаборатории радиолюбителя Радиоконструктор 3 и 4 Шпионские штучки и защита от них. Сборник 19 книг Занимательная электроника и электротехника для начинающих и не только Arduino для начинающих: самый простой пошаговый самоучитель Радиоконструктор 1 Обновления Подавитель сотовой связи большой мощности.

Перейти к содержимому. Пройдя короткую регистрацию , вы сможете создавать и комментировать темы, зарабатывать репутацию, отправлять личные сообщения и многое другое!

Умножитель напряжения

Синхронный транзисторный выпрямитель. Требования к монтажу импульсных источников питания и электромагнитные помехи. Умножители напряжения нашли широкое применение в современной электронной технике. Под умножителем напряжения подразумевают устройство, которое позволяет получить от переменного напряжения — высоковольтное постоянное. К примеру, умножители напряжения используют в телевизионной технике, в электрошоковых устройствах, в медицинских приборах и т.

170-ваттный удвоитель напряжения на плате размером 23 x 16.5 мм

Схема простейшего удвоителя напряжения использованием микросхемы NE показана на рисунке. Базы двух транзисторов Q1 и Q2 подключены напрямую к выходу мультивибратора контакт 3. Отрицательный вывод конденсатора C3 в этот первоначальный момент замыкается на землю через Q2, и с С3 будет снято входное напряжение питания. При втором импульсе с выхода мультивибратора с C4 будет снято напряжение и плюс напряжение с C3 плюс входного напряжения питания , что в два раза больше входного напряжения. Эта схема удвоителя напряжения может выдавать ток до 50mA. Фактическое напряжение на выходе будет около 19V при питании 12V DC на входе, а также напряжение на выходе будет немного нестабильно. Во всяком случае, для слаботочных уст-тв этого тока будет достаточно.

Схемы на NE Здесь представлены маломощного удвоителя напряжения на базе таймера NE, >Схема удвоитель постоянного напряжения>.

By Кощей , April 29, in Дайте схему! Есть ли такая схема не мудрёная и без микросхем. Обычный умножитель не предлагать, он повышает только переменное и преобразует в постоянное, а нужно повысить именно постоянное. Мы принимаем формат Sprint-Layout 6!

Это, пожалуй, одна из самых простых, доступных схем без использования трансформаторов, катушек, других деталей, которые порой трудно найти. Схема может увеличить напряжение постоянного тока с 12 до 24 V, но при этом есть один недостаток, ток не высокий, буквально до 50 мА. Понадобится подобный удвоитель напряжения только для устройств с малым потреблением. Но бывает еще одна его версия с использованием транзисторов, там уже ток будет повыше. Из деталей, которые понадобятся для сборки и пайки , это таймер NE , 2 резистора один на 15К, другой на 27 К, 2 неполярных конденсатора на 0,01 мкФ, 3 полярных конденсатора, 2 из которых имеют емкость мкФ, один на мкФ.

Забыли пароль? Изменен п.

Удвоитель напряжения применяется для получения из пониженного переменного напряжения более высокого напряжения постоянного тока. Схема удвоителя напряжения довольно проста и, как правило, состоит всего из четырех компонентов — двух выпрямительных диодов и двух электролитических конденсаторов. В данной схеме удвоителя напряжения, конденсатор С1 заряжается через диод VD1 1N каждый положительный полупериод. Емкость C2 заряжается через диод VD2 каждую отрицательную половину цикла до вольт. Поскольку оба конденсатора подключены последовательно, то на выходе мы получим постоянное напряжение в вольта.

Таймер Здесь представлены маломощного удвоителя напряжения на базе таймера NE , который может быть легко использованы с устройствами, которые требуют более высокого напряжения, чем напряжение стандартного элемента питания. Все миниатюрные электронные устройства работают от батарей. Некоторые из них нуждаются в более высоком напряжении питания, чем стандартное напряжения батареи.

2 Обсуждаемые простые схемы удвоения напряжения

В этой статье мы узнаем, как сделать пару простых схем удвоения напряжения постоянного тока, используя одиночные микросхемы IC 4049 и IC 555 вместе с несколькими другими пассивными компонентами.

Если вам интересно, как можно использовать простую микросхему IC 555 для создания мощной схемы удвоителя напряжения, то эта статья поможет вам разобраться в деталях и построить конструкцию в домашних условиях.

Содержание

Что такое удвоитель напряжения

В схеме удвоителя напряжения схема генератора подает высокочастотное напряжение в специально расположенную сеть резисторных конденсаторов, что приводит к выходному постоянному току, который в два раза превышает входной постоянный ток питания.

Если вы плохо знакомы с концепцией удвоителя напряжения и желаете изучить ее более подробно, у нас есть хорошая подробная статья на этом веб-сайте, объясняющая различные схемы умножителя напряжения для справки.

Концепция умножителя напряжения была впервые открыта и практически использована британскими и ирландскими физиками Джоном Дугласом Кокрофтом и Эрнестом Томасом Синтоном Уолтоном, поэтому ее также называют Генератор Кокрофта-Уолтона (CW).

В этой статье можно изучить хороший пример конструкции умножителя напряжения, в которой используется концепция генерирования ионизированного воздуха для очистки воздуха в домах.

Схема удвоителя напряжения также представляет собой разновидность умножителя напряжения, в котором диодно-конденсаторный каскад ограничен только парой каскадов, так что на выходе может быть напряжение, которое может в два раза превышать напряжение питания.

Поскольку для всех схем умножения напряжения в обязательном порядке требуется вход переменного тока или пульсирующий вход, схема генератора становится необходимой для достижения результатов.

IC 555 Подробная информация о выводах

Схема удвоителя напряжения с использованием IC 555

Ссылаясь на приведенный выше пример, мы можем видеть схему IC 555, сконфигурированную как каскад нестабильного мультивибратора, который на самом деле является формой генератора и предназначен для производит пульсирующий постоянный ток (ВКЛ/ВЫКЛ) на своем выходном контакте № 3.

Если вы помните, на этом веб-сайте мы обсуждали схему светодиодного фонарика, которая совершенно идентично использует схему удвоения напряжения, хотя секция генератора создана с использованием IC 4049.ворота.

По сути, вы можете заменить каскад IC 555 любой другой схемой генератора и при этом получить эффект удвоения напряжения.

Однако использование IC 555 имеет небольшое преимущество, поскольку эта ИС способна генерировать больший ток, чем любая другая схема генератора на основе ИС, без использования какого-либо внешнего каскада усилителя тока.

Как работает каскад удвоения напряжения

Как видно из приведенной выше схемы, фактическое умножение напряжения реализуется каскадами D1, D2, C2, C3, которые сконфигурированы как полумостовая 2-ступенчатая сеть умножителя напряжения. .

Моделирование этой стадии в ответ на ситуацию с контактом № 3 IC 555 может быть немного сложным, и я все еще пытаюсь заставить его правильно работать в моем мозгу.

Согласно моему мысленному моделированию, работа упомянутого каскада удвоения напряжения может быть объяснена в следующих пунктах:

Когда выходной контакт №3 микросхемы имеет низкий логический уровень или уровень земли, D1 может заряжаться C2, так как он может получить прямое смещение через C2 и отрицательный потенциал контакта № 3, также одновременно C3 заряжается через D1 и D2.
Теперь, в следующее мгновение, как только контакт № 3 становится с высокой логикой или с положительным потенциалом питания, все становится немного запутанным.
Здесь C2 не может разряжаться через D1, поэтому у нас есть выход уровня питания от D1, от C2, а также от C3.
Многие другие интернет-сайты говорят, что в этот момент накопленное напряжение внутри C2 и положительное напряжение от D1 должны объединяться с выходом C3 для создания удвоенного напряжения, однако это не имеет смысла.
Потому что при параллельном объединении напряжений чистое напряжение не увеличивается. Напряжения должны объединяться последовательно, чтобы вызвать желаемое повышение или эффект удвоения.
Единственное логическое объяснение, которое может быть получено, состоит в том, что когда контакт № 3 становится высоким, отрицательный вывод C2 находится на положительном уровне, а его положительный конец также удерживается на уровне питания, он вынужден производить импульс обратного заряда, который суммируется с заряд C3, вызывая мгновенный всплеск потенциала с пиковым напряжением, вдвое превышающим уровень питания.

Если у вас есть лучшее или технически более правильное объяснение, пожалуйста, объясните его в комментариях.

Сколько тока?

Вывод №3 микросхемы предназначен для подачи максимального тока 200 мА, поэтому можно ожидать, что максимальный пиковый ток будет на этом уровне 200 мА, однако пики будут сужаться в зависимости от значений C2, C3. Конденсаторы с большей емкостью могут обеспечить более полную передачу тока на выходе, поэтому убедитесь, что значения C2, C3 выбраны оптимально, около 100 мкФ/25 В будет достаточно.0003

Практическое применение

Несмотря на то, что схема удвоения напряжения может быть полезна для многих приложений электронных схем, приложение для хобби может заключаться в подсветке высоковольтного светодиода от источника низкого напряжения, как показано ниже:

На приведенной выше принципиальной схеме мы можем видеть, как схема используется для освещения светодиодной лампы 9 В от источника питания 5 В, что обычно было бы невозможно, если бы 5 В подавались непосредственно на светодиод.

Связь между частотой, ШИМ и уровнем выходного напряжения

Частота в любой схеме удвоителя напряжения не имеет решающего значения, однако более высокая частота поможет вам получить лучшие результаты, чем более медленные частоты.

Аналогично для диапазона ШИМ, рабочий цикл должен составлять примерно 50%, более узкие импульсы вызовут меньший ток на выходе, тогда как слишком широкие импульсы не позволят соответствующим конденсаторам разряжаться оптимально, что опять же приведет к неэффективной выходной мощности.

В обсуждаемой нестабильной схеме IC 555 резистор R1 может быть где угодно между 10K и 100K, этот резистор вместе с C1 определяет частоту. Следовательно, C1 может быть от 50 нФ до 0,5 мкФ.

R2 принципиально позволит вам управлять ШИМ, поэтому его можно превратить в переменный резистор через потенциометр на 100 кОм.

Еще один удвоитель напряжения 555

Схема, показанная ниже, представляет собой еще один удвоитель напряжения постоянного тока на основе IC 555, который создает выходное постоянное напряжение, почти вдвое превышающее напряжение питания.

Выход 555 подключен к схеме удвоителя напряжения, состоящей из конденсаторов C4 и C5, а также диодов D1 и D2. Пока выход не загружен, схема обеспечивает выходное напряжение, которое почти вдвое превышает напряжение питания. Точное значение вывода:

V _OUT = 2 x V _Пик (V _FD1 + V _FD2)

, где V _Peak представляет собой квадратный вайв пикового генератора и v _{FD1898888888888 гг.} указывают на прямое падение напряжения на диодах умножителя D1 и D2 (примерно 600 милливольт).

Как только выход схемы загружается, выходное напряжение падает. Любой источник постоянного тока от 5 до 15 вольт может работать со схемой удвоителя напряжения, показанной выше. Это может дать выходное напряжение в диапазоне примерно от 10 до 30 вольт из-за эффекта удвоения напряжения. Применение в схеме дополнительных каскадов умножителя приведет к более высокому напряжению.

Использование вентилей NOT IC 4049

Следующая схема на основе CMOS IC может использоваться для удвоения любого напряжения источника постоянного тока (до 15 В постоянного тока). Представленная конструкция удвоит любое напряжение от 4 до 15 В постоянного тока и сможет работать с нагрузками при токе не более 30 мА.

Как видно на диаграмме, в этой схеме удвоителя постоянного напряжения используется только одна ИС 4049 для достижения предлагаемого результата.

IC 4049 Выводы

Работа схемы

IC 4049 имеет шесть логических элементов, которые эффективно генерируют обсуждаемые действия по удвоению напряжения. Два вентиля из шести сконфигурированы как осциллятор.

Крайний левый угол диаграммы показывает секцию осциллятора.

Резистор 100 кОм и конденсатор 0,01 К составляют основные компоненты, определяющие частоту.
Частота обязательно требуется, если необходимо реализовать действия по ступенчатому изменению напряжения, поэтому здесь также становится необходимым участие генератора.

Эти колебания становятся полезными для инициализации зарядки и разрядки набора конденсаторов на выходе, что представляет собой умножение напряжения на наборе конденсаторов таким образом, что результат становится удвоенным приложенным напряжением питания.

Однако желательно, чтобы напряжение от генератора не подавалось непосредственно на конденсаторы, а через группу затворов ИС, расположенных параллельно.

Вместе эти параллельные вентили обеспечивают хорошую буферизацию приложенной частоты от вентилей генератора, так что результирующая частота сильнее по отношению к току и не колеблется при относительно более высоких нагрузках на выходах.

Но, учитывая технические характеристики КМОП-ИС, нельзя ожидать, что выходной ток может превышать 40 мА.

Более высокие нагрузки приведут к снижению уровня напряжения до уровня питания.

Значения выходного конденсатора могут быть увеличены до 100 мкФ для получения более высоких уровней эффективности схемы.

При подаче питания на ИС на 12 В от этой ИС может быть получено около 22 В на выходе 4049на основе схемы удвоителя напряжения.

Список деталей

R1 = 68K,
C1 = 680PF,
C2, C3 = 100 UF/ 25V,
D1, D2 = 1N4148,
N1, N4, N4, N4, N4, N4, N4, N4, N4, N4, N4, N4, N4, N4, N4, N4, N4. ,
Светодиоды Белые = 3 шт.

Цепи утроения и учетверения напряжения

Выходные напряжения, которые можно получить от следующей схемы утроения напряжения постоянного тока, могут находиться в диапазоне от 15 до 45 вольт.

Схема учетверения напряжения постоянного тока, показанная на следующем рисунке, может использоваться для создания выходных напряжений в диапазоне от 20 до 60 вольт.

Цепь удвоителя отрицательного напряжения

Схема генератора отрицательного напряжения постоянного тока показана на следующем рисунке, который может создавать выходное напряжение примерно одинаковой амплитуды (удвоенное), но с отрицательной полярностью.

Он также работает на частоте 3 Гц и питает выходной каскад, состоящий из конденсаторов C4 и C5, а также диодов D1 и D2. Двойной выход этой схемы можно использовать для питания ИС, которым требуется как положительная, так и отрицательная мощность от источника питания с одной полярностью.

Схема преобразователя 12 В в 24 В

Эта практичная небольшая схема имеет выходной ток от 10 до 20 мА и может повысить рабочее напряжение до 175%. Схема прямоугольного генератора была сконфигурирована с использованием вентилей IC1a и IC1b микросхемы CD4093 с двойным входом NAND-триггера Шмитта CMOS IC.

Затвор IC1c настроен как буфер для выхода. Буферизованный выход IC1 питает комплементарные транзисторы Q1 и Q2.

Цепь удвоителя напряжения, состоящая из D1, D2, C2 и C3, управляется выходным прямоугольным сигналом на транзисторных эмиттерах для обеспечения усиленного выходного сигнала.

Цепь повышения напряжения выдает 24 В при токе около 10 мА при напряжении питания 12 В и примерно 18,5 В при токе около 20 мА. Обязательно подключите входы запасного неиспользуемого затвора к линии заземления цепи.

Схемы преобразователя напряжения постоянного тока | Nuts & Volts Magazine

» Перейти к дополнительным материалам

ВВЕДЕНИЕ

обратной полярности; схема, которая питается от шестивольтовой батареи, может, например, включать один каскад операционного усилителя, для которого требуются линии питания +12 В и -6 В. В таких случаях необходимые напряжения могут генерироваться с помощью одной или нескольких специальных схем преобразователя постоянного напряжения.

Большинство электронных преобразователей напряжения постоянного тока работают по тому или иному из четырех основных способов и используют генератор с питанием от постоянного тока для управления либо простой диодно-конденсаторной сетью «умножителя напряжения», либо сетью повышающего трансформатора и выпрямителя, либо преобразователь напряжения с летающим конденсатором или «насос заряда с диодным управлением», который обеспечивает желаемое конечное выходное напряжение или напряжения постоянного тока.

В этой статье объясняются принципы работы и приводятся практические примеры каждого из этих четырех основных типов цепей.

СХЕМЫ «УМНОЖИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ» ПОСТОЯННОГО ТОКА

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
Традиционные схемы преобразователей напряжения с «умножителями напряжения» постоянного тока основаны на простой двухсекционной диодно-конденсаторной выпрямительной сети, которая была первоначально разработана еще в 1930-х годах. для использования в дорогостоящих приложениях преобразования переменного напряжения в постоянное, и до сих пор широко используется.

Чтобы понять основную работу этой схемы и терминологию (которая иногда может быть довольно запутанной), необходимо начать с рассмотрения простой схемы преобразования переменного тока в постоянный:

Простейшей схемой преобразования переменного тока в постоянный является базовый тип однополупериодного выпрямления, показанный на рис. 1 , на котором изображена схема, в которой используется трансформатор со значением вторичного напряжения 250 В (среднеквадратичное значение).

РИСУНОК 1. Основные детали простого источника питания постоянного тока с полуволновым выпрямлением на 250 В.

Здесь переменное напряжение, подаваемое на вход выпрямителя D1, колеблется попеременно выше и ниже значения 0 В, повышаясь до положительного значения В _пик (Vpk) значение +353 В в положительном полупериоде и падение до отрицательного V _{пиковое значение} -353 В в отрицательном полупериоде.

D1 смещен в прямом направлении в течение каждого положительного полупериода и, таким образом, заряжает конденсатор C1 до пикового значения (без учета прямого падения напряжения на D1) +353 В, но смещается в обратном направлении в течение каждого отрицательного полупериода, что, таким образом, не имеет практического значения. влияние на цепь.

Эта схема создает положительное выходное напряжение, но ее можно заставить генерировать отрицательное выходное напряжение, просто поменяв местами полярности D1 и C1.

Очень важно отметить, что схема однополупериодного выпрямителя Рис. Напряжение.

То же основное действие происходит во всех обычных схемах двухполупериодного выпрямителя, которые также дают выходной сигнал, равный пиковому значению вторичного напряжения трансформатора.

В начале 1930-х инженерам понадобился дешевый, надежный и безопасный способ генерирования высококачественных маломощных напряжений постоянного тока из недорогих нелетальных трансформаторов, и они разработали простую двухсекционную схему «умножителя напряжения». эта работа. На рис. 2 показана такая схема, питаемая от вторичной обмотки трансформатора на 250В.

РИСУНОК 2. Основные детали управляемой трансформатором схемы умножения напряжения с удвоением напряжения.

Здесь секция C1-D1 действует как диодный ограничитель, который при подаче нормального переменного тока на вход, который симметрично колеблется относительно значения 0 В, создает выходной сигнал идентичной формы, но имеет пиковую отрицательную точку, ограниченную опорное значение 0 В, как показано на диаграмме.

Пиковое выходное значение этой формы волны равно размаху (V _pp ) значения входного напряжения переменного тока и подается непосредственно на вход простой секции детектора пикового напряжения D2-C2, которая, таким образом, производит выходное напряжение постоянного тока, равное значению V _p-p (а не пиковому значению) входного напряжения переменного тока.

Таким образом, эта схема дает в два раза большее выходное напряжение, чем обычная схема однополупериодного или двухполупериодного выпрямителя, и поэтому известна как умножитель напряжения с «удвоением напряжения».

Схема может генерировать отрицательное (а не положительное) выходное напряжение, просто поменяв полярность C1-D1 и D2-C2.

Один очень важный момент, который следует отметить в отношении базовой схемы Рис. 0В. Таким образом, если эту схему изменить так, чтобы V _ref каким-то образом поднялся до, скажем, +1000 В, выход 706 В C2 будет добавлен к выходу V 9. 0088 ref , чтобы получить конечное выходное напряжение 1706 В, и так далее.

Сердцем схемы Рисунок 2 является реальная цепь удвоителя напряжения C1-D1-D2-C2. Рисунок 3(a) показывает обычную схему этой сети, а Рисунок 3(b) показывает, что она перерисована как «стандартная» секция умножителя напряжения с удвоением напряжения.

РИСУНОК 3. (a) Обычная схема удвоителя напряжения и (b) схема, перерисованная в «стандартном» виде.

Главной особенностью удвоителя напряжения является то, что несколько «удвоителей» могут быть легко соединены между собой для получения различных значений умножения напряжения, и такие цепи лучше всего изображать с использованием стандартного представления Рисунок 3(b) .

На рис. 4 , например, показаны три из этих каскадов «удвоения», соединенных между собой для создания действия удвоителя напряжения, в котором конечное выходное напряжение в шесть раз превышает пиковое значение исходного входного напряжения 250 В (среднеквадратичное значение).

РИСУНОК 4. Три «удвоителя», соединенные между собой для увеличения напряжения в 6 раз.

Здесь каждая секция «удвоителя» генерирует отдельный выходной сигнал (на своем конденсаторе C2, C4 или C6) в 706 В, но выход первого удвоителя действует как точка V _ref второго удвоителя, а выход второго удвоителя действует как точка V _ref третьего удвоителя, в результате чего три отдельных выходных напряжения суммируются, чтобы получить окончательный выход постоянного тока +2118 В из входа 250 В переменного тока.

Обратите внимание на схему Рисунок 4 , что входной конденсатор каждой секции питается непосредственно от входного напряжения переменного тока и требует абсолютного минимального номинального напряжения, равного выходному напряжению этой секции по отношению к земле, например, C5 требуется минимальное номинал 2118В.

В середине 1930-х годов для решения этой проблемы была разработана модифицированная версия умножителя напряжения. Известный как умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона, он использует стандартные ступени удвоителя напряжения, соединенные между собой, как показано на рис.0087 Рисунок 5 .

РИСУНОК 5. Эта трехступенчатая схема Кокрофта-Уолтона обеспечивает умножение напряжения в 6 раз.

Эта схема аналогична схеме Рис. 4 , за исключением того, что вход каждого удвоителя (кроме первого) питается от «зажатой» точки переменного напряжения предыдущего удвоителя.

Следовательно, требование «минимального номинального напряжения» для каждого компонента, используемого в каждой ступени удвоения, равно размаху исходного входного напряжения переменного тока.

Слабость умножителя напряжения Кокрофта-Уолтона заключается в том, что его выходное сопротивление довольно велико (оно пропорционально сумме импедансов различных входных конденсаторов), и, таким образом, он может подавать только небольшие выходные токи.

На практике этот тип умножителя напряжения изначально был разработан просто для генерирования очень высокого (примерно до 30 кВ) ускорительного напряжения на конечном аноде электронно-лучевых трубок, что требует очень небольшого тока питания.

Обратите внимание, что 10-ступенчатая схема этого типа — при входе переменного тока 500 В — генерирует выходное постоянное напряжение более 14 кВ, но компоненты, используемые в каждой ступени, имеют требования к минимальному номинальному напряжению менее 1,5 кВ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
Напряжение постоянного тока можно легко преобразовать в напряжение большего значения или обратной полярности, используя источник постоянного тока для питания автономного генератора прямоугольных импульсов с частотой от 1 кГц до 30 кГц, выход которого подается на множитель напряжения, равный единице. из уже описанных основных типов, что, таким образом, обеспечивает желаемое «преобразованное» выходное напряжение постоянного тока. На рис. 6 показана практическая демонстрационная схема этого типа.

РИСУНОК 6. Базовая демонстрационная схема «удвоителя напряжения».

В схеме (рис. 6) используется микросхема таймера типа 555 (которая может обеспечивать достаточно высокие выходные токи) в качестве автономного генератора прямоугольных импульсов, работающего на частоте около 3 кГц (определяется значениями R1-R2-C2) , и напрямую управляет каскадом «удвоителя» C3-D1-D2-C4, который (в идеале) создает выход постоянного тока, равный размаху выходного сигнала прямоугольной волны, который (в идеале) равен значению Vcc.

На практике размах прямоугольного сигнала немного меньше, чем Vcc, а «удвоитель» теряет еще 1,2 В при падении напряжения на D1 и D2, в результате чего фактический выходной сигнал (при очень легкой нагрузке) ) примерно на 1,6 В меньше, чем Vcc, например, 8,4 В при напряжении питания 10 В. Схема может использовать любой источник питания в диапазоне от 5В до 15В.

Рисунок 7 показывает гораздо более полезную версию базовой схемы Рисунок 6 «удвоитель напряжения».

РИСУНОК 7. Цепь удвоения напряжения постоянного тока.

В этой версии «удвоитель» C3-D1-D2-C4 подключен к положительной (а не 0 В) линии питания, и его выходное напряжение, таким образом, добавляется к напряжению линии питания, что дает выход постоянного тока. напряжение (при легкой нагрузке) почти в два раза больше Vcc.

На практике прототип схемы дает выходное напряжение почти 19 В при использовании источника питания 10 В.

На Рис. 8 показана схема Рис. 7 , модифицированная для использования с каскадной парой каскадов «удвоения» в известной конфигурации (поскольку она генерирует выходное постоянное напряжение, в четыре раза превышающее базовое пиковое входное напряжение переменного тока). как «четверитель напряжения» 9.0003

РИСУНОК 8. Каскадная схема «удвоителя напряжения».

Здесь выход нового «удвоительного» каскада C5-D3-D4-C6 (который на пару вольт меньше, чем Vcc) добавляется к выходу базовой схемы Рисунок 7 , что дает выход постоянного тока. напряжение (при легкой нагрузке) почти в три раза больше Vcc.

На практике прототип схемы дает выходное напряжение 27 В при использовании источника питания 10 В.

На рис. 9 показан особенно полезный тип схемы умножителя напряжения, которая генерирует отрицательное выходное напряжение, которое (в идеале) почти равно по амплитуде, но противоположно по полярности полярности линии питания ИС, таким образом обеспечивая выход с разделенным питанием. с несимметричного входа.

РИСУНОК 9. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока.

Схема аналогична схеме Рис. 6 , но имеет обратную полярность «удвоителя» D1-D2-C4, так что его выходное напряжение отрицательно по отношению к линии 0 В.

На практике схема-прототип дает выходное напряжение -8,4 В при использовании источника питания 10 В. (Примечание: две из этих каскадных ступеней «удвоения» дают выходное напряжение -17,5 В при использовании источника питания 10 В.)

ЦЕПЬ ГЕНЕРАТОРА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Метод «множителя напряжения» для получения повышенных значений выходного напряжения постоянного тока обычно экономически эффективен только тогда, когда требуется коэффициент множителя менее шести.

В случаях, когда требуются очень большие коэффициенты повышения (например, когда необходимо генерировать сотни вольт через источник питания от 6 до 12 В), часто лучше использовать выход низковольтного генератора или прямоугольного генератора. генератор для привода повышающего трансформатора напряжения, который затем обеспечивает требуемое высокое напряжение (в форме переменного тока) на своей вторичной (выходной) обмотке; это переменное напряжение может быть легко преобразовано обратно в постоянное через простую сеть выпрямитель-фильтр. На рис. 10 показана практическая схема маломощного высоковольтного генератора этого типа.

РИСУНОК 10. Преобразователь постоянного тока в постоянный с 9 В на 300 В.

Схема Рисунок 10 действует как преобразователь постоянного тока, который генерирует выходное напряжение 300 В постоянного тока от источника питания постоянного тока 9 В.

Здесь Q1 и связанная с ним схема действуют как LC-генератор Хартли, с низковольтной первичной обмоткой сетевого трансформатора T1 от 9 В-0-9 В до 250 В (или трансформатора с аналогичным соотношением витков), образующего букву «L». часть генератора, который настраивается через C2.

Напряжение питания повышается примерно до пикового значения 350 В на вторичной обмотке T1, выпрямляется и сглаживается полупериодом через D1-C3. Без постоянной нагрузки на С3 конденсатор может давать мощный, но не смертельный «пояс».

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С «ЛЕТАЮЩИМИ КОНДЕНСАТОРАМИ»

Одним из очень эффективных способов получения хорошего преобразования низкого напряжения с положительного на отрицательное является использование так называемого метода «летающего конденсатора», который используется в популярном специализированном преобразователе напряжения ICL7660. IC (и его аналоги SI7660, LMC7660 и т. д.) и несколькими подобными устройствами.

ICL7660 размещен в корпусе DIL с восемью контактами, как показано на рис. или 0 В), и для генерирования одинакового отрицательного выходного сигнала на контакте 5 (-Vout), т. е. при питании от источника питания +5 В он генерирует выходной сигнал -5 В на контакте 5, тем самым удваивая напряжение питания (т. е. 10 В) доступно между контактами 8 и 5.

РИСУНОК 11. (a) Схема и обозначения выводов, а также (b) упрощенная базовая схема использования микросхемы преобразователя напряжения ICL7660.

Таким образом, микросхема может использоваться либо как генератор отрицательного напряжения, либо как удвоитель напряжения.

ICL7660 может использоваться с любым источником питания постоянного тока от +1,5 В до 10 В, потребляет типичный ток покоя 170 мкА при 10 В и имеет типичный КПД преобразования напряжения +ve в -ve 99,9%, когда его вывод 5 не нагружен. .

Когда выход ИС загружен, он действует (при 10 В) как источник напряжения с выходным сопротивлением около 70 Ом и может обеспечивать максимальный выходной ток около 40 мА; выходное сопротивление обратно пропорционально напряжению питания и обычно составляет около 330 Ом при 2,5 В.

В ICL7660 используется метод преобразования напряжения с «летающим конденсатором», который показан на рис. 11(b) . В микросхеме находится КМОП-генератор прямоугольных импульсов, работающий на базовой частоте около 10 кГц и имеющий симметричный выход половинной частоты (доступный на выводе 2), который многократно переключает встроенный двухполюсный КМОП-переключатель S1, который подключен к «летающий» внешний конденсатор С1.

Действие схемы таково, что, когда S1 переключается на высокий уровень, C1 подключается непосредственно между землей и линиями V+ (как показано на схеме) и, таким образом, заряжается до полного положительного значения напряжения питания.

Однако на следующем тактовом цикле S1 переключается на низкий уровень, и при этом условии C1 подключается — в обратной полярности — непосредственно к внешнему выходному конденсатору C2, таким образом создавая выходное напряжение V- на C2. Эта последовательность переключения постоянно повторяется на половине частоты тактового генератора.

Обратите внимание, что, поскольку ICL7660 использует CMOS, а не биполярные полупроводниковые переключатели в своей схеме «преобразования», IC работает с очень высокой эффективностью преобразования напряжения.

ICL7660 — простое в использовании устройство, но ни одна из его клемм не должна быть подключена к напряжению выше V+ или ниже GND (0 В).

Если микросхема будет использоваться с питанием в диапазоне от 1,5 В до 3,5 В, контакт 6 «LV» (который управляет внутренним регулятором напряжения) должен быть заземлен; при значениях питания более 3,5 В контакт 6 должен оставаться разомкнутым. При напряжении питания более 6,5 В защитный диод должен быть подключен последовательно с контактом 5 OUTPUT.

Цепи На рисунках с 12 по 20 показан выбор практических конструкций, в которых применяются эти правила.

СХЕМЫ ICL7660

Основные области применения ICL7660 — это простой генератор отрицательного напряжения или удвоитель напряжения. в каждом случае C1 является «летающим» конденсатором, а C2 — сглаживающим/накопительным конденсатором, каждый из которых имеет значение 10 мкФ.

Модель Рисунок 12 9Преобразователь напряжения 0096 предназначен для использования с источниками питания от 1,5 В до 3,5 В и требует использования только двух внешних компонентов.

РИСУНОК 12. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 1,5 до 3,5 В.

Схема Рисунок 13 аналогична, но предназначена для использования с источниками питания в диапазоне от 3,5 В до 6,5 В и поэтому имеет контакт 6 заземления.

РИСУНОК 13. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 3,5 В до 6,5 В.

Наконец, схема Рис. 14 предназначена для использования с источниками питания в диапазоне от 6,5 В до 10 В, и поэтому имеет диод D1, включенный последовательно с выходным контактом 5, для защиты от чрезмерного обратного смещения от C2, когда блоки питания сняты.

РИСУНОК 14. Генератор отрицательного напряжения постоянного тока или удвоитель напряжения с питанием от 6,5 до 10 В.

Наличие этого диода снижает доступное выходное напряжение на Vdf, прямое падение напряжения на диоде; чтобы удерживать это падение напряжения на минимальных значениях, D1 должен быть германиевого типа или типа Шоттки.

Полезной особенностью ICL7660 является то, что количество этих ИС (максимум до 10) может быть каскадировано для получения коэффициента преобразования напряжения больше единицы. Таким образом, если три ступени соединены каскадом, они дают конечное отрицательное выходное напряжение -3 В и т. д. На рис. 15 показаны соединения для каскадирования двух из этих ступеней; любые дополнительные ступени должны быть подключены так же, как правая ИС на этой схеме.

РИСУНОК 15. Каскадные ИС для увеличения отрицательного выходного напряжения.

Как уже отмечалось, одна микросхема ICL7660 может использоваться в качестве высокоэффективного удвоителя напряжения, который может, например, генерировать выходное напряжение 10 В с отводом от средней точки при питании от несимметричного входа 5 В.

На рис. 16 показано, как две такие микросхемы могут быть соединены каскадом для получения выходного напряжения 12 В с отводом от средней точки, когда схема питается от несимметричного источника 3 В (например, от двух последовательно соединенных 1,5-вольтовых элементов).

РИСУНОК 16. Каскадные микросхемы , обеспечивающие выходное напряжение 12 В с центральным отводом от источника питания 3 В.

Здесь IC1 используется как базовый удвоитель напряжения, питаемый от источника 3 В, подключенного между контактами 3 и 8, а его выход 6 В (между контактами 5 и 8) используется для питания IC2 через контакты 3 и 8, и Таким образом, IC2 генерирует на выходе (между контактами 5 и 8) 12 В при очень небольшой нагрузке. Этот выход 12 В имеет импеданс источника около 500 Ом и падает примерно на 0,5 В при увеличении тока нагрузки в мА (большая часть этого падения напряжения отражается от -ve выхода IC1, который работает при уровне тока в два раза больше, чем ток нагрузки). выход IC2, как описано ниже).

Важно отметить, что ток питания (аккумулятора), потребляемый любой схемой умножителя напряжения, неизбежно как минимум в n раз больше, чем нагруженный выходной ток схемы, где n — значение «множителя» схемы. Таким образом, если удвоитель напряжения питается от источника 5 В и генерирует выходной сигнал 10 В x 10 мА (= 100 мВт), отсюда следует, что ток питания должен быть не менее 20 мА (= 100 мВт/5 В).

Выходное сопротивление схемы также пропорционально

0229 n значение.

В некоторых приложениях пользователь может захотеть уменьшить частоту генератора микросхемы ICL7660; один из способов сделать это — подключить конденсатор Cx между контактами 7 и 8, как в рис. 17 ; На рис. 18 показано соотношение между значениями Cx и частоты; таким образом, значение Cx 100 пФ снижает частоту в 10 раз, с 10 кГц до 1 кГц; чтобы компенсировать это снижение частоты 10:1 и сохранить эффективность схемы, значения C1 и C2 должны быть увеличены на аналогичный коэффициент (примерно до 100 мкФ каждое).

РИСУНОК 17. Способ уменьшения частоты генератора.

РИСУНОК 18. График зависимости Cx от частоты генератора.

Другим способом снижения частоты генератора является использование контакта 7 для перегрузки генератора через внешний тактовый сигнал, как показано на рис. 19 .

РИСУНОК 19. Внешняя синхронизация ICL7660.

Тактовый сигнал должен подаваться на контакт 7 через последовательный резистор 1K0 (R1) и должен полностью переключаться между двумя значениями шины питания; на схеме вентиль CMOS подключен как инвертирующий буферный каскад, чтобы обеспечить такое переключение.

СХЕМЫ ЗАРЯДНОГО НАСОСА С ДИОДНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

До сих пор в этой статье были описаны три из четырех наиболее широко используемых типов схем преобразования постоянного напряжения.

Четвертый тип преобразователя иногда называют схемой «накачки заряда с диодным управлением», и На рис. положительное выходное напряжение почти вдвое превышает исходное значение напряжения питания.

РИСУНОК 20. Удвоитель напряжения с управляемым диодом зарядным насосом.

Насос состоит из D1-C1-D2-C2 и приводится в действие низкоимпедансным прямоугольным выходом контакта 2 микросхемы. Действие схемы очень простое:

Когда на вывод 2 ICL7660 подается низкий уровень, он подключает нижний конец C1 к линии 0 В, поэтому C1 заряжается почти до полного значения Vcc через диод с прямым смещением. Д1. Когда выходной сигнал 2 снова переключается на высокий уровень, он подтягивает нижний конец C1 к Vcc, тем самым поднимая верхний конец C1 почти в два раза по отношению к значению Vcc, тем самым смещая D1 в обратном направлении и D2 в прямом, и заставляя C1 сбрасывает свой избыточный заряд в C2, который, таким образом, заряжается почти в два раза больше, чем значение Vcc.

Этот процесс постоянно повторяется, при этом C1 автоматически заменяет любые зарядные токи, отбираемые от C2 внешней схемой нагрузки. На практике диоды D1 и D2 снижают доступное выходное напряжение на величину, равную их суммарному прямому падению напряжения, поэтому в идеале они должны быть германиевыми диодами или диодами Шоттки с малыми потерями.

Этот тип схемы «накачки заряда» намного мощнее, чем обычная схема конденсаторно-диодного удвоителя напряжения, и может легко обеспечить выходной ток в 10 миллиампер.

Наконец, чтобы завершить этот обзор схем преобразователя постоянного напряжения, На рисунках 21 – 23 показаны три полезных варианта базовой схемы «накачки заряда».

На рис. 21 показано, как схема подкачки заряда рис. 20 может быть объединена со стандартной схемой генератора отрицательного напряжения ICL7660 рис. 13 или 14 для создания комбинированного умножителя положительного напряжения и преобразователя отрицательного напряжения, обеспечивает двойные шины выходного напряжения от несимметричного входного источника.

РИСУНОК 21. Комбинированный удвоитель напряжения +ve и преобразователь напряжения -ve.

На рис. 22 показано, как можно каскадно объединить два насоса заряда с диодным управлением типа (рис.