интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

Умножитель переменного и постоянного тока. Схема умножителя напряжения переменного тока


Умножитель напряжения постоянного тока унпт воробьева

Умножитель напряжения постоянного тока УНПТ Воробьева относится к электронике. Может быть применен как синхронизируемый источник высокого напряжения с низким выходным сопротивлением, большой мощностью импульса и управляемым коэффициентом умножения. Последовательно-волновой способ коммутации секций умножения позволяет применять компоненты, рассчитанные только на исходное напряжение. Выходное многокиловольтное напряжение может превышать в десятки и сотни раз исходное. Принцип работы - параллельный заряд накопительных конденсаторов секций, затем включение их в последовательную цепь, синхронно с сигналом управления. Коэффициент умножения варьируется длительностью управляющего импульса и изменением исходного напряжения извне. Технический результат - преодоление зависимости высоковольтных ключевых конденсаторных умножителей от параметров компонентов. Изобретен технологичный, компактный, легко адаптируемый, универсальный, синхронизируемый, гибкий в управлении, мощный модуль умножения напряжения без индуктивности. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Описание

Умножитель напряжения постоянного тока УНПТ Воробьева относится в основном к ЭЛЕКТРОНИКЕ для решения проблем получения регулируемого и синхронизируемого высокого напряжения широкого диапазона потенциалов и мощности без использования индуктивности в течение одного импульса управления. Умножитель найдет применение также и в других областях техники, а именно:

АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ - конденсаторные стартерные системы, системы зажигания ДВС с кардинально лучшими показателями, чем основанные на трансформаторах Тесла и т.д.

АВИАЦИЯ - источник питания реактивных двигателей ионолетов, системы зажигания, сигнальная светотехника и т.д.

ВОЕННАЯ техника - электроразрядное оружие, электроразрядные системы боевого охранения объектов, боевые электрошокеры и т.д.

ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - узлы питания систем оптической накачки твердотельных лазеров, системы генерирования импульсов очень большой электрической мощности и т.д.

СТАНКОСТРОЕНИЕ - узлы питания электроэрозионных станков, электроэрозионные маркеры, системы поджига пламенных нагревателей и т.д.

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА - замена механических умформеров, системы поджига люминесцентных приборов, приборы проверки электроизоляции оборудования и инструмента и т.д.

ЭЛЕКТРОАКУСТИКА - решение проблемы управления электростатическими и ионными излучателями звука и т.д.

БЫТОВАЯ ТЕХНИКА - ионизаторы воздуха, шокеры и т.д.

и других областях техники. Умножитель был разработан изготовлен и опробован как система зажигания автомобиля в условиях отсутствия аналогичных электронных схем, работающих в многокиловольтном диапазоне напряжений без индуктивности.

Блок-схема умножителя напряжения постоянного тока УНПТ Воробьева содержит набор каскадно включенных секций умножения (см. фиг.7). Умножитель напряжения состоит из запирающего ключа исходного напряжения на транзисторе VT1, ключа управления на транзисторе VT2 и секций умножения VT2, VT3, C3\VT2.1, VT3.1, C3.1\.........\VT2.n, VT3.n, С3.n, соединенных каскадно, т.е. первая над второй, вторая над третьей и т.д. Все транзисторы одного типа структуры МОЗРЕТ(МДП). Запирающий ключ исходного напряжения (см. фиг.1) состоит из ключа на транзисторе VT1, ограничительного стабилитрона VD1, резистора смещения R1, оптрона управления U1, конденсатора питания С1, отсекающего диода VD2. Конденсатор С1 заряжается через диод VD2 от исходного источника напряжения. VD2 отсекает С1 от исходного источника при провалах его напряжения в момент заряда накопительных конденсаторов умножителя или в результате внешнего управления уровнем исходного напряжения. Резистор R1 и ограничительный стабилитрон VD1 обеспечивают стабильность напряжения смещения на затворе VT1 при колебаниях исходного напряжения от 7v до Uисх.тах. Оптрон U1 закорачивает переход затвор-исток VT1, закрывая его, при протекании тока через светодиод оптрона. Отсекающий ключ служит для исключения подпитки нагрузки умножителя от источника исходного напряжения. Ключ управления на транзисторе VT2 (см. фиг.1), являющийся также ключом параллельного включения первой секции умножения, состоит из цепи смещения затвора на резисторе R2 и стабилитроне VD3, питаемой от накопительного конденсатора С2, управляющего оптрона U2 и отсекающего диода VD4. Диод VD4 устраняет перегруз по току цепочку зарядных диодов VD7\VD7.1\....\VD7.n при коротком замыкании в нагрузке или работе на разрядник (напр. свеча зажигания). При изменении извне уровня исходного напряжения с 7v до Uисх.тах. напряжение на затворе остается стабильным. Этому способствует высокое входное сопротивление транзистора и высокий номинал резистора смещения (как и во всей схеме в диапазоне десятки-сотни килоом). Оптрон U2 закорачивает переход затвор-исток VT2, закрывая его, при протекании тока через светодиод оптрона. Светодиоды оптронов U1 и U2 включены последовательно, обеспечивая синхронность управления ключами VT1 и VT2 внешними устройствами. Оптроны U1, U2 обеспечивают гальваническую развязку внешних устройств управления от умножителя. Секция умножения напряжения (фиг.1) состоит из ключа параллельного включения VT2, ключа последовательного включения конденсаторов VT3, цепи смещения затвора VT3 на резисторе R5 и ограничительно-коммутационном стабилитроне VD5, цепи смещения затвора параллельного ключа VT2.1 следующей секции на резисторе R7 и ограничительно-коммутационном стабилитроне VD6, зарядного резистора R6, ограничительного резистора R3, резистора выравнивания напряжения и коммутации R4, накопительного конденсатора С3 и зарядного диода VD7. Все детали умножителя, имеющие одинаковые номера, но разные расширения (например, R4, R4.1, R4.2 и т.д.), выполняют в схеме одинаковые функции, тип и номинал. VD5...VD5.n и VD6...VD6.n работают либо как ограничительные стабилитроны, либо как обычные диоды, закорачивая и подпирая минусом переходы затвор-исток своих ключей в разные фазы работы умножителя. Резисторы R4...R4.n выравнивают напряжение на закрытых ключах VT2...VT2.n в фазе последовательного включения и переключают VD6...VD6.n в режим ограничения напряжения или коммутации. Последняя секция умножения лишена R7.n, VD6.n, так как нет следующего ключа параллельного включения секций. Количество секций равно N.

Работа схемы.

В работе умножителя различаются три фазы:

- отключенное состояние, когда ток светодиодов управляющих оптронов длительное время не выключается. Соединенные в последовательную цепь конденсаторы успевают разрядиться;

- устойчивая фаза параллельного заряда накопительных конденсаторов С3...С3.n. Ток светодиодов оптронов не течет;

- фаза последовательного включения конденсаторов С3...С3.n. Переход в эту фазу происходит в момент включения тока светодиодов управляющих оптронов.

Фаза параллельного заряда.

В этой фазе ток в цепи светодиодов оптронов не течет. Переходы коллектор-эмиттер оптронов закрыты. Ключи VT1 и VT2 (см. фиг.1) открыты своими цепями смещения. Схема переключается как показано на Фиг.5. Ключ VT1 подает питание (Uисх.) на схему. Ключ VT2, открывшись, накоротко соединяет анод VD6 и R6 с - Uисх. Начинается заряд С3 по цепи: - +Uисх., VD7, С3, VD5, R6, - Uисх. Стабилитрон VD5 открывается как обычный диод, закорачивая переход затвор-исток VT3, закрывая его, дополнительно подпирая минусом. Ток заряда, проходя по R6, создает падение напряжения, экспоненциально уменьшающееся от Uисх.max. до 10v (зависит от расчета схемы), которое приложено к цепи R7, VD6. VD6 работает как стабилитрон и подает открывающее напряжение на затвор ключа параллельного включения VT2.1 следующей секции. Ключ VT2.1, открываясь, включает заряд С3.1 и закрывает VT3.1. Напряжение на VD6.1 включает следующую секцию и т.д. до последней секции умножителя.

Происходит последовательно-волновое переключение всех секций умножителя в режим параллельного заряда накопительных конденсаторов. Когда конденсаторы С3, С3.1...С3.n зарядятся, ключи VT2, VT2.1...VT2.n остаются открытыми, так как получают питание цепей смещения затворов с делителей R5, R6\ R5.1, R6.1\...\R5.n, R6.n (расчетное). Питаясь токами утечки транзисторов VT3,...VT3.n и заряженных конденсаторов С3,...С3.n, диоды VD5,...VD5.n остаются открытыми. Ключи VT3, VT3.1,...VT3.n остаются закрытыми. Такое состояние умножителя сохраняется, пока не возникнет ток в цепи светодиодов управляющих оптронов. Умножитель готов генерировать высоковольтный импульс в любой момент.

Фаза последовательного включения.

Умножение напряжения. См. фиг.6.

Фаза последовательного включения возможна только после фазы параллельного включения. В момент возникновения тока светодиодов управляющих оптронов открываются транзисторы оптронов и закорачивают переходы исток-затвор ключей VT1, VT2, закрывая их. VT1 обрывает цепь исходного напряжения. VT2, закрывшись, устраняет перемычку - анод VD6, R6 и «корпусной» конец R4. К делителю R5, R6 добавляется резистор R4. Напряжение на R6 падает ниже 4v (расчетное). Стабилитрон VD6 открывается как обычный диод, и смещение исток-затвор ключа параллельного включения следующей секции VT2.1 исчезает. VT2.1 закрывается. На резисторе R5 в новом включении напряжение становится значительно меньше, чем на С3, в результате чего С3 начнет разряжаться через R5 и VD5. Стабилитрон VD5 работает как ограничитель напряжения и подает открывающий потенциал на затвор VT3, открывая его. Конденсаторы С2 и С3 соединены последовательно. Ключ VT2.1, закрывшись, включает ключ VT3.1. Конденсаторы С2, С3, С3.1 соединяются последовательно. Через резистор R6 начинают течь два равных встречных тока: - минус С2, R4, VD6, R6, VD5, открытый VT3, R3, плюс С2 и минус С3, VD5, R6, R4.1, VD6.1, R6.1, VD5.1, открытый VT3.1, R3.1, плюс С3, в результате падение напряжения на R6 становится равным нулю (в идеале). Таким образом цепь параллельных ключей изолируется от цепи последовательных ключей. Баланс поддерживается выравнивающими резисторами R4,...R4.n. Процесс последовательно-волнового переключения продолжается, пока все накопительные конденсаторы умножителя не включатся последовательно. Диоды VD7,...VD7.n закрыты обратным смещением конденсаторов. Переход умножителя из фазы параллельного включения в фазу последовательного соединения аналогично происходит, когда конденсаторы еще не зарядились полностью, что позволяет управлять коэффициентом умножения, манипулируя длительностью импульса управления.

При работе на нагрузку с очень высоким сопротивлением возможно отказаться от запирающего ключа исходного напряжения VT1, как показано на фиг.3. Универсальной является схема умножителя, как показано на фиг.4.

Изменение уровня исходного напряжения в широких пределах (если средняя величина достаточно высокая) также является способом управления уровнем выходного напряжения умножителя.

Высокое входное сопротивление полевых транзисторов позволяет использовать резисторы в схеме, номиналом десятки или сотни килоом, что способствует высокому КПД умножителя. Очень низкое сопротивление ключей и конденсаторов как источников тока позволяет получать на выходе импульсы очень большой мощности. Резисторы R3,...R3.n ограничивают разрядный выходной ток до допустимых значений конкретно примененных ключей, чем обеспечивают защиту умножителя от перегрузки током при аварийных замыканиях в нагрузке. Последовательно-волновое переключение секций умножения позволяет использовать компоненты, электрическая прочность которых рассчитана только на исходное напряжение. Выходное напряжение умножителя может превышать допустимое напряжение используемых компонентов в десятки и сотни раз. Однотипность ключей, минимальный ассортимент типов и номиналов компонентов, широкий диапазон рабочих напряжений и допустимой мощности позволяет легко унифицировать умножитель при производстве. Гибкость управления, легкая синхронизация и гальваническая изолированность позволяют легко адаптировать умножитель в любой аппаратуре. Макет умножителя был опробован как система зажигания двигателя внутреннего сгорания. При этом энергия искры превосходила по всем параметрам классическую систему зажигания на трансформаторе Тесла (катушка зажигания) и почти не зависела от состояния запальной свечи. Получаемое выходное напряжение превышало допустимое напряжение каждого элемента схемы в двадцать раз.

1. Умножитель напряжения постоянного тока УНПТ реализует принцип параллельного заряда конденсаторов с последующим последовательно-волновым переключением заряженных конденсаторов в последовательное соединение, используя транзисторы структуры MOSFET, и составлен из секции управления, которая состоит из ключа управления на транзисторе VT2, ключа отключения исходного напряжения на транзисторе VT1, ограничительных стабилитронов VD1 и VD3, резисторов смещения R1 и R2, оптронов внешнего управления U1 и U2, конденсатора питания цепи смещения С1, отсекающего диода VD2, накопительного конденсатора С2, зарядно-отсекающего диода VD4 и клемм исходного напряжения +U, -U, причем исток транзистора VT2, сток транзистора VT1, анод стабилитрона VD3, эмиттер транзистора оптрона U2, резистор коммутации и выравнивания напряжения R4 первой секции умножения и минус конденсатора С2 соединены в одной точке с клеммой "ноль", а плюс конденсатора С2 соединен с резистором смещения R2, ограничительным резистором первой секции R3, катодом диода VD4 в одной точке, а анод диода VD4 соединен с анодом зарядного диода первой секции VD7, анодом диода VD2 и клеммой + Uисх. в одной точке, тогда как катод диода VD2 соединен с плюсом конденсатора С1 и одним концом резистора R1 в одной точке, а второй конец резистора R1 соединен с затвором ключа на транзисторе VT1, катодом стабилитрона VD1 и коллектором транзистора оптрона U1 в одной точке, а эмиттер транзистора оптрона U1 соединен с анодом стабилитрона VD1, истоком транзистора VT1, минусом конденсатора С1 и клеммой Uисх. в одной точке, тогда как второй конец резистора R2 соединен с затвором ключа на транзисторе VT2, катодом стабилитрона VD3 и коллектором транзистора оптрона U2 в одной точке, а светодиоды оптронов U1 и U2 соединены последовательно в цепи внешнего управления умножителем, а также умножитель состоит из набора каскодно включенных секций умножения, каждая из которых содержит два взаимозависимых ключа и конденсатор, причем секций в умножителе может быть N, а первая секция умножения составлена из ключа на транзисторе VT2, выполняющим также функцию ключа управления секции управления, ключа на транзисторе VT3, резисторов смещения R5 и R7, ограничительно-коммутационных стабилитронов VD5 и VD6, резистора ограничения тока заряда R6, резистора ограничения тока разряда R3, резистора коммутации и выравнивания напряжения R4, зарядного конденсатора СЗ и диода зарядки VD7, причем исток ключа последовательного включения на транзисторе VT3 соединен с анодом стабилитрона VD5 и минусом конденсатора СЗ в одной точке, а затвор ключа на транзисторе VT3 соединен с катодом стабилитрона VD5, резисторами R5, R6 и R7 в одной точке, тогда как сток ключа на транзисторе VT3 соединен с резистором ограничения тока разряда R3, второй конец которого соединен с плюсом накопительного конденсатора С2 секции управления, а второй конец резистора R5 соединен с плюсом конденсатора С3, катодом зарядного диода VD7, ограничительным резистором R3.1 второй секции умножения и анодом зарядного диода VD7.1 второй секции умножения в одной точке, тогда как второй конец резистора R7 соединен с катодом стабилитрона VD6, затвором ключа на транзисторе VT2.1 второй секции умножения, и с одним концом резистора коммутации и выравнивания напряжения R4 в одной точке, а второй конец резистора R4 соединен с минусом накопительного конденсатора С2 секции управления, тогда как второй конец резистора ограничения тока заряда R6 соединен с анодом стабилитрона VD6, истоком ключа на транзисторе VT2.1 второй секции умножения, стоком ключа на транзисторе VT2, и резистором коммутации и выравнивания напряжения R4.1 второй секции в одной точке, тогда как вторая секция умножения, составленная по аналогичной схеме, состоит из ключа на транзисторе VT2.1, ключа на транзисторе VT3.1, резисторов смещения R5.1 и R7.1, ограничительно-коммутационных стабилитронов VD5.1 и VD6.1, резистора ограничения тока заряда R6.1, резистора ограничения тока разряда R3.1, резистора коммутации и выравнивания напряжения R4.1, зарядного конденсатора С3.1 и диода заряда VD7.1, причем исток ключа последовательного включения на транзисторе VT3.1 соединен с анодом стабилитрона VD5.1 и минусом конденсатора С3.1 в одной точке, а затвор ключа на транзисторе VT3.1 соединен с катодом стабилитрона VD5.1, резисторами R5.1, R6.1 и R7.1 в одной точке, тогда как сток ключа на транзисторе VT3.1 соединен с резистором ограничения тока разряда R3.1 второй конец которого соединен с плюсом конденсатора СЗ первой секции умножения, а второй конец резистора R5.1 соединен с плюсом конденсатора С3.1, катодом зарядного диода VD7.1, ограничительным резистором R3.2 оконечной секции умножения и анодом зарядного диода VD7.2 оконечной секции умножения в одной точке, тогда как второй конец резистора R7.1 соединен с катодом стабилитрона VD6.1, затвором ключа на транзисторе VT2.2 оконечной секции умножения, и со вторым концом резистора коммутации и выравнивания напряжения R4.1 в одной точке, тогда как второй конец резистора ограничения тока заряда R6.1 соединен с анодом стабилитрона VD6.1, истоком ключа на транзисторе VT2.2 оконечной секции умножения, стоком ключа на транзисторе VT2.1, и резистором выравнивания напряжения R4.2 оконечной секции умножения в одной точке, тогда как оконечная секция умножения, составленная по аналогичной схеме, состоит из ключа на транзисторе VT2.2, ключа на транзисторе VT3.2, ограничительно-коммутационного стабилитрона VD5.2, резистора смещения R52, резистора ограничения тока заряда R6.2, резистора ограничения тока разряда R3.2, резистора выравнивания напряжения R4.2, зарядного конденсатора С3.2 и диода зарядки VD7.2, причем исток ключа последовательного включения на транзисторе VT3.2 соединен с анодом стабилитрона VD5.2 и минусом конденсатора С3.2 в одной точке, а затвор ключа на транзисторе VT3.2 соединен с катодом стабилитрона VD5.2, с резистором R5.2, и резистором R6.2 в одной точке, тогда как сток ключа на транзисторе VT3.2 соединен с резистором ограничения тока разряда R3.2, второй конец которого соединен с плюсом конденсатора С3.1 второй секции умножения, а второй конец резистора смещения R5.2 соединен с плюсом конденсатора С3.2, катодом зарядного диода VD7.2, резистором выравнивания напряжения R4.2 и выходной клеммой умножителя +U*N в одной точке, а второй конец резистора ограничения заряда R6.2 соединен со стоком ключа на транзисторе VT2.2, в одной точке, а также выходная клемма умножителя -U*N соединена с минусом конденсатора С2.

2. Умножитель напряжения по п.1, секция умножения которого отличается тем, что затвор ключа VT3 соединен с катодом стабилитрона VD5 и дополнительным резистором R.X в одной точке, а второй конец резистора R.X соединен с резисторами R5, R6, R7 и катодом дополнительного диода VD.X в одной точке, а анод VD.X соединен с истоком VT3, анодом VD5 и минусом накопительного конденсатора С3 в одной точке, причем дополнительный резистор R.X и дополнительный диод VD.X включаются во все секции умножения.

www.findpatent.ru

Умножитель напряжения — WiKi

Несимметричный умножитель из двух секций

Умножи́тель напряже́ния (или каска́дный генера́тор[1]) — устройство для преобразования низкого переменного(пульсирующего) напряжения в высоковольтное постоянное напряжение. В отдельных каскадах переменное напряжение выпрямляется, а выпрямленные напряжения включаются последовательно и суммируются. Связь каскадов с источниками питания осуществляется через ёмкости или посредством взаимной индукции. Питание каскадов может быть как последовательным, так и параллельным.

  Двухполупериодный умножитель напряжения   Умножитель напряжения УН 9-27 1,3 (обозначения: 9 кВ входное напряжение, 27 кВ — выходное, выходной ток — 1,3 мА).   Умножитель напряжения УН 9/27 в телевизоре производства СССР серии 3УСЦТ.

Умножитель напряжения преобразует переменное, пульсирующее напряжение в высокое постоянное напряжение. Умножитель строится из лестницы конденсаторов и диодов. В отличие от трансформатора такой метод не требует тяжёлого сердечника и усиленной изоляции, так как напряжения на всех ступенях равны.

Используя только конденсаторы и диоды, генераторы такого типа могут преобразовывать относительно низкое напряжение в очень высокое, при этом оказываясь много легче и дешевле по сравнению с трансформаторами. Ещё одним преимуществом является возможность снять напряжение с любой ступени схемы, так же как в многоотводном трансформаторе.

В отсутствии нагрузки, на выходе n секционного несимметричного умножителя создаётся напряжение: Uвых = 2·Uвх · n где

  • n — число каскадов
  • Uвх — амплитуда входящего переменного напряжения,
  • Uвых — выходящее постоянное напряжение.

При подключении нагрузки, конденсаторы будут периодически разряжаться и заряжаться. В результате, напряжение на выходе схемы окажется несколько ниже, чем 2·n·Uвх и не будет оставаться постоянным.

В общем случае соблюдается соотношение:

UBых = 2n UBX−IHωC⋅(23n3+14n2−16n){\displaystyle 2n\ U_{BX}-{\frac {I_{H}}{\omega C}}\cdot ({\frac {2}{3}}n^{3}+{\frac {1}{4}}n^{2}-{\frac {1}{6}}n)} 

где

ω{\displaystyle \omega }  — частота входного напряжения, IH{\displaystyle I_{H}}  — ток через нагрузку, C{\displaystyle C}  — емкость конденсатора.

Можно заметить, что при малых значениях n{\displaystyle n}  выходное напряжение растет почти пропорционально числу каскадов. При увеличении n{\displaystyle n}  этот рост замедляется и затем вообще прекращается. Очевидно, что делать умножители с числом каскадов большим, чем то, при котором достигается максимум умножения, не имеет смысла.

Несмотря на свои теоретические недостатки и ограничения, умножитель напряжения стал такой же классикой в электронной схемотехнике для получения высокого постоянного напряжения как и двухполупериодный выпрямитель (диодный мост) для получения постоянного тока из переменного. На принципиальных электрических схемах его даже не рисуют подробно, а изображают в виде специального значка. Промышленность выпускает очень широкий ассортимент модульных «умножителей напряжения» с заранее заданными параметрами, без которых не обходятся большинство устройств с ЭЛТ, появившихся до изобретения ТДКС: монитор, телевизор, индикатор радара или осциллографа.

На практике умножитель имеет ряд недостатков. Если в умножитель добавляется слишком много секций, напряжение в последних секциях будет ниже ожидаемого, в основном из-за ненулевого импеданса конденсаторов в нижних секциях. Практически невозможно питание умножителя непосредственно напряжением промышленной частоты, так как в этом случае требуются конденсаторы большой ёмкости, что сильно ухудшает массогабаритные показатели устройства. Пульсации выпрямленного тока также усиливаются, что в некоторых случаях неприемлемо. Обычно на вход напряжение подаётся с выхода высокочастотного высоковольтного трансформатора и повышается до нужной величины в умножителе.

Существуют умножители на напряжения от нескольких сотен вольт до нескольких миллионов вольт.

Умножители применяются во многих областях техники, в частности для электрической накачки лазера, в источниках высокого напряжения систем рентгеновского излучения, подсветке жидкокристаллических дисплеев, лампах бегущей волны, ионных насосах, электростатических системах, ионизаторах воздуха, ускорителях частиц, копировальных аппаратах, осциллографах, телевизорах и во многих других устройствах, где необходимо постоянное высокое напряжение с небольшой силой тока.

ru-wiki.org

Умножитель переменного и постоянного тока

 

11Ц 605297

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.09.71 (21) 1700562/24-07 с присоединением заявки № 1700690/07 (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.78. Бюллетень № 16 (45) Дата опубликования описания 24.04.78 (51) М, Кл. Н 02М 7/10

Госуларстееииый комитет

Совета Министров СССР па оеаем изобретений н открытий (53) УДК 621.314.69 (088.8) (72) Автор изобретения

Г. И. Китаев (71) Заявитель (54) УМНОЖИТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к устройствам для преобразования .переменного и постоянного тока в постоянный ток большей величины и может использоваться в качестве источника питания низкоомной.нагрузки, требующей стабилизации тока, например в плазматронах, гальванических ваннах. Наибольшая эффективность использования изобретения — в сверхпроводящих индуктивных накопителях.

Известен умножитель тока, содержащий выпрямитель и реактор (1).

Известен также умножитель тока (2), содержащий две цепи из последовательно соединенных реакторов, связанных с выводами для источника питания, и с цепью встречно включенных вентилей. С источником питания цепи реакторов соединены непосредственно. Каждые два вентиля шунтируют один реактор.

В известных умножителях тока непосредственное соединение реакторных цепей с источником .питания снижает коэффициент умножения тока, поскольку в половине из всех реакторов меняется направление тока. Это также приводит к повышенной пульсации тока.

С целью устранения указанных недостатков предлагается умножитель тока, содержащий две цепи из последовательно соединенных реакторов, подсоед|иненных к источнику питания посредством вентилей, а сами реакторные цепи соединены двумя цепями из встречно включспных вентилей, каждые два из которых шунтируют два реактора каждой цепи. Для умножения постоянного тока каждая цепь реакторов подсоедпнена к каждому полюсу питания через поочередно работающие коммутирующие элементы, например встречно включенные управляемые вентили.

Для использования умножителя тока в качестве инвертора тока, т. е. в обратимом рсжиме, реакторные цепи соединяют управляемыс вентили. Для повышения мощности умножителя и дальнейшего снижения пульсации тока питание осуществляется многофазным током прп параллельном соединении на

15 нагрузке.

Такое выполненье умножителя тока обеспечивает в каждом реакторе одно постоянное направление тока, что позволяет существенно увеличить степень использования энергии, на20 копленной в реакторах, т. е. увеличить коэффициент умножения и уменьшить пульсацию.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого умножителя тока.

Умчожитель содержит цепь из реакторов 1

25 и 2 и цепь пз реакторов 3 и 4.

Цепи подсоединены к источнику питания через вснтил.. 5 н 6, 7 и 8 и через клеммы 9 и

10. Между собой реакторные цепи соединены цспями пз вентилей 11 — 14. Нагрузка 15 под30 ключсна к клеммам 16 и 17, 5

На фиг, 2 показана схема умножителя тока в трехфазном исполнении.

Клеммы 18 — 23, подсоединенные в цепь lleременного тока, являются входными клеммами трех однофазных умножителей. Нагрузка

15 параллельно соединена с выходом трех умножителей.

Умножитель тока, показанный на фиг. 3, содержит две цепи реакторов 24, 25 и 26, 27, каждая из которых подсоединена к одному полюсу питания постоянным током на клеммы

28 и 29 соответственно через коммутирующие элементы, например управляемые вентили 30, 31 и 32, 33.

Соединение реакторных цепей между собой и подключение нагрузки выполнено так же, как в умножителе на фиг. 1.

Умножение выпрямленного тока в умножи= теле (фиг. 1) осуществляется следующим обр азом.

При по".î>êèòåëüíîé полуволне переменного тока ток проходит с клеммы 9 через вентиль

5, реактор 1, нагрузку 15, реактор 4 и вентиль 8 на клемму 10.

Прп другой полуволче ток проходит по аналогичным элементам в такой же цепи: вентиль 7, реактор 2, нагрузка 15, реактор 3 и вен-.иль 6. Но в этом случае через чагрузку дополнительно будет протекать ток от реактора 1 чсрсз вентиль 11 и ток от реактора 4 через вентиль 14 и ток в нагрузке увеличивается в несколько раз за счет использования энергии, запасенной в реакторах.

Умножитель на фиг. 1 обладает свойством обратимости, т. е. может стать ннвертором тока. Для этого источник питания постоянным током подключается к клеммам 16, 17, а вентили 11 — 14 должны быть управляемыми с соотвстствуIolIll,MII коммутирующими устройствами.

Умножение тока в трехфазных умножителях (фиг. 2), а также инвертирование осуществляется аналогичным образом. Причем коэффициент умножения увеличивается пропорционально числу фаз, которых может быть любое число.

Зо

4

Умиожение постоянного тока в умножителе на фиг. 3 достигается периодической работой управляемых вентилей, с помощью которых подается ток в реакторы для пополнения запаса электромагнитной энергии.

Использование умножителя тока обеспечи= вает выпрямление переменного тока с увеличением в несколько раз тока в нагрузке по сравнению с потребляемым током. Например, умножитель тока, показанный на фиг. 1, при экспериментальной проверке дал увеличение тока в нагрузке в 3,5 раза при отсутствии практически пульсации тока. Коэффициент умножения трехфазного устройства будет больше в 3 раза. Выпрямление с умножением тока в нагрузке позволяет облегчить конструкцию преобразовательных трансформаторов.

Ф ор мул а изо бр етен ия

1. Умножитель переменного и постоянного тока, содержащий две цепи из реакторов, связанных с выводами для источника питания и с цепью встречно включенных вентилей, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента умножения и уменьшения пульсации тока, он снабжен второй цепью встречно включенных вентилей, а каждый реактор включен между точками соединения одноименных электродов смежных вентилей каждой из цепей, образованных встречно включенными вентилями.

2. Умножитель по п. 1, о тл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью и спользования его для умножения постоянного тока, каждая цепь реакторов подсоединена к каждому выводу для источника питания через встречно включенные управляемые вентили.

3. Умножитель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью использования его в качестве инвертора тока, в качестве вентилей использованы управляемые ключи.

Источники информации, приня тые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 165500, кл. Н 02М 7/10, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР ¹ 165226, кл. Н 02М 7/10, 1963.

605297

О"о е .у

Заказ 919/10 Изд. ¹ 409 Тираж 892

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

I 1 .од пи свое

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель А. Борзиков

Редактор H. Старикова Тсхред A. Камышникова Корректоры: И, Позняковская и Л. Брахнина

Умножитель переменного и постоянного тока Умножитель переменного и постоянного тока Умножитель переменного и постоянного тока Умножитель переменного и постоянного тока 

www.findpatent.ru

Умножитель напряжения - Основы | solo-project.com

Для создания повышенного напряжения часто применяются повышающие трансформаторы. Работает простая закономерность: чем больше количество витков вторичной обмотки, тем выше выходное напряжение. Однако с определенного момента трансформатор перестает быть эффективным прибором, поскольку, во-первых, невозможно расположить в окне сердечника слишком большое количество провода, а во-вторых, с увеличением напряжения приходится все больше усиливать электрическую изоляцию.

Уменьшить количество витков можно за счет повышения частоты питающего трансформатор напряжения. Тогда снизится число витков обмоток на каждый вольт. Такой способ часто используют в радиоэлектронных устройствах, например, в телевизорах для создания напряжения фокусировки кинескопа.

Но для работы того же кинескопа также требуется напряжение куда большее. В отличие от фокусирующего, которое максимально составляет 800 В, напряжение второго анода имеет значение от 6 до 25 кВ. Создать его только при помощи трансформатора нереально. Как быть? Для этих целей и существуют умножители напряжения. С их помощью можно многократно повысить любое переменное напряжение до необходимой величины.

пример №1

Пример сборки

Как работает умножитель

Принцип работы умножителя напряжения основан на последовательном заряде конденсаторов при подаче на них переменного напряжения через диоды. Существует несколько схем такого устройства, одна из которых – Коккрофта-Уолтона, является самой распространенной.

Эта схема представляет собой цепочку подсоединенных друг к другу в виде лестницы конденсаторов и диодов. Первая цепочка подключается к выходной обмотке трансформатора. Работает устройство следующим образом: первая отрицательная полуволна через диод заряжает первый конденсатор. Следующая положительная полуволна передает большую часть напряжения на второй конденсатор. Теоретически количество звеньев в такой цепочке может быть бесконечным, причем каждое звено повышает выходное напряжение трансформатора на 141%.

удвоители

Применение

Широкое применение умножители напряжения нашли не только в ядерной физике как источники питания установок, предназначенных для разгона элементарных частиц, но также в некоторых бытовых приборах, например:

  • блоки питания кинескопов и электронно-лучевых трубок;
  • ионизаторы воздуха;
  • осцилляторы для сварочных аппаратов.

Следует знать, что умножитель напряжения имеет некоторые недостатки, например, высокий коэффициент пульсаций и выходное сопротивление тем большее, чем больше ступеней в него входит.

улучшенный удвоитель

удвоитель с диодами

Самостоятельное изготовление

Собрать схему умножителя напряжения не так уж и сложно. Для этого потребуются всего лишь:

  • сетевой трансформатор с подходящими выходными параметрами;
  • несколько конденсаторов;
  • диоды.

Все конденсаторы, за исключением самого первого, должны иметь рабочее напряжение больше, чем 2√2, а первый – не ниже √2 от действующего напряжения выходной обмотки трансформатора. Емкости конденсаторов для экспериментального образца можно взять практически любые, но следует учитывать, что при перезаряде первый конденсатор отдает часть своей энергии, поэтому его емкость должна быть, как минимум, в 2 раза больше, чем у остальных. 

Диоды также должны обладать пробойным напряжением не ниже, чем √2 от действующего напряжения выхода трансформатора. Если не планируется запитывать таким выпрямителем какую-либо нагрузку, величиной прямого тока диодов можно пренебречь.

В случае подключения к выходу выпрямителя нагрузки следует учесть ее мощность. Но тогда придется рассчитать и емкость используемых конденсаторов.

solo-project.com


Каталог товаров