Gerilim Çarpanları nedir?
Voltaj çarpanı, voltajı çoğaltan veya artıran ve ayrıca AC'yi DC'ye dönüştüren, voltajın çoğaltılması ve akımın düzeltilmesi kullanılarak yapılan diyotlar ve kapasitörlerden oluşan bir elektrik devresini ifade eder. gerilim çarpanı . Akımın AC'den DC'ye doğrultulması bir diyot ile sağlanır ve voltajda bir artış, kondansatörlerin ürettiği yüksek potansiyeli harekete geçirerek partiküllerin hızlandırılmasıyla sağlanır.
Gerilim Çarpanı
Bir diyot ve kapasitör kombinasyonu, temel bir voltaj çarpan devresi yapar AC girişi, akımın düzeltilmesi ve kapasitör tarafından partikül hızlanmasının artırılmış bir DC çıkışı verdiği bir güç kaynağından devreye verilir. Çıkış voltajı, giriş voltajına göre birçok kez daha yüksek olabilir, bu nedenle yük devresi yüksek empedansa sahip olmalıdır.
Bu voltaj katlama devresinde, birinci diyot sinyali düzeltir ve çıkışı, yarım dalga doğrultucu olarak doğrultulmuş transformatörden gelen tepe voltajına eşdeğerdir. Kondansatör aracılığıyla bir AC işareti ek olarak ikinci diyotu elde eder ve kondansatör tarafından sağlanan DC'nin perspektifinde bu, ikinci diyottan gelen çıktının birincinin üstüne oturmasını sağlar. Bu hatlar boyunca, devreden gelen çıkış, transformatörün tepe voltajının iki katıdır, diyot düşmesi düşürülür.
Pratik olarak herhangi bir değişkene sahip bir voltaj çoğaltıcı kapasitesi sağlamak için devre ve fikir çeşitlerine erişilebilir. Bir redresörü bir alternatifin üstüne oturtmak ve kapasitif kuplaj kullanmak şeklindeki aynı kuralı uygulamak, ilerlemek için bir tür adım sistemini güçlendirir.
Gerilim Çarpanının Sınıflandırılması:
Voltaj çarpanının sınıflandırılması, giriş voltajının çıkış voltajına oranına dayanmaktadır, buna göre isimler de verilmiştir.
- Gerilim katlayıcılar
- Gerilim Tripler
- Dörtlü gerilim
Gerilim İkiye Katlama:
Voltaj katlama devresi, iki diyot ve iki kapasitörden oluşur; burada diyot kapasitör devresinin her bir kombinasyonu pozitif ve negatif değişikliği paylaşır, ayrıca iki kapasitörün bağlantısı belirli bir giriş voltajı için çift çıkış voltajına yol açar.
Gerilim İkili
Benzer şekilde, diyot-kapasitör kombinasyonundaki her artış, voltaj Tripler'ın Vout = 3 Vin ve voltaj dörtlüsü Vout = 4 Vin verdiği giriş voltajını çoğaltır.
Çıkış Voltajının Hesaplanması
Bir voltaj çarpanı için çıkış voltajı hesaplaması, voltaj regülasyonu ve yüzde dalgalanma dikkate alındığında önemlidir.
Vout = (sqrt 2 x Vin x N)
Nerede
Vout = N kademeli voltaj çarpanının çıkış voltajı
N = hayır. Kademe sayısı (2'ye bölünmüş kapasitör sayısıdır).
Çıkış Gerilimi Uygulamaları
- Katot ışını tüpleri
- X-ışını sistemi, Lazerler
- İyon pompaları
- Elektrostatik sistem
- Dalga tüpü
Misal
230 v girişle 2,5 Kv çıkış voltajının gerekli olduğu bir senaryo düşünün; bu durumda, D1-D8'in diyotlar verdiği ve 100 uF / 400v 16 kapasitörün bağlanacağı çok aşamalı bir voltaj çarpanı gereklidir. 2.5 Kv çıkış.
Formülü kullanarak
Vout = sqrt 2 x 230 x 16/2
= sqrt 2 x 230 x 8
= 2,5 Kv (yaklaşık)
Yukarıdaki denklemde, 16/2 kapasitör olmadığını gösterir / 2 kademe sayısını verir.
2 Pratik Örnekler
1. AC sinyalinden Yüksek voltajlı DC üretmek için Voltaj Çoğaltıcı devresinin Çalışma Örneği.
Gerilim Çoğaltıcı Devresini Gösteren Blok Şema
Sistem, 8 aşamalı bir voltaj çoğaltıcı biriminden oluşur. Kapasitörler şarjı depolamak için kullanılırken, diyotlar düzeltme için kullanılır. AC sinyali uygulandığında, her bir kapasitörde yaklaşık olarak her aşamada iki katına çıkan bir voltaj elde ederiz. Böylece 1 üzerindeki voltajı ölçerekstvoltaj katlayıcı aşaması ve son aşama, gerekli olanı alıyoruz yüksek voltaj . Çıkış çok yüksek bir voltaj olduğundan, basit bir multimetre kullanarak ölçmek mümkün değildir. Bu nedenle bir voltaj bölücü devre kullanılır. Voltaj bölücü, seri olarak bağlanmış 10 dirençten oluşur. Çıkış, son iki direnç üzerinden alınır. Elde edilen çıktı böylece gerçek çıktıyı elde etmek için 10 ile çarpılır.
2. Marx Jeneratör
Katı hal elektroniğinin gelişmesiyle birlikte, katı hal cihazları darbeli güç uygulamaları için gittikçe daha uygun hale geliyor. Darbeli güç sistemlerine kompaktlık, güvenilirlik, yüksek tekrar oranı ve uzun ömür sağlayabilirler. Katı hal cihazları kullanan darbeli güç jeneratörlerinin yükselmesi, geleneksel bileşenlerin sınırlamalarını ortadan kaldırır ve darbeli güç teknolojisinin ticari uygulamalarda yaygın olarak kullanılmasını vaat eder. Bununla birlikte, şu anda mevcut olan MOSFET veya Yalıtılmış Kapı Bipolar Transistörü (IGBT) gibi katı hal anahtarlama cihazları yalnızca birkaç kilo Volta kadar derecelendirilmiştir.
Darbeli güç sistemlerinin çoğu, çok daha yüksek voltaj değerleri gerektirir. Marx modülatörü, aşağıda gösterildiği gibi voltaj çarpımı için tasarlanmış benzersiz bir devredir. Geleneksel olarak, anahtarlar olarak kıvılcım boşlukları ve izolatörler olarak dirençler kullanırdı. Bu nedenle, düşük tekrar oranı, kısa ömür ve verimsizlik gibi dezavantajları vardı. Bu yazıda, katı hal cihazlarını kullanan Marx jeneratörü, hem güç yarı iletken anahtarlarının hem de Marx devrelerinin avantajlarını birleştirmek için önerilmiştir. Plazma Kaynaklı İyon İmplantasyonu (PSII) [1] ve aşağıdaki gereksinimler için tasarlanmıştır: 
MOSFET kullanan modern Marx jeneratörü
Voltajı ve süreyi okumak için lütfen CRO ekran sıralamasına bakın.
- Yukarıdaki düşük voltajlı demo ünitesinden, A noktasında 15 volt,% 50 görev döngüsünün girişini de toprağa göre (–Ve) bulduk. Bu nedenle, yüksek voltaj için yüksek voltajlı bir transistör kullanılmalıdır. BU SÜRE BOYUNCA TÜM KAPASİTÖRLER C1, C2, C4, C5 C de görüldüğü gibi 12 volta kadar ŞARJ EDİLİR.
- Ardından uygun anahtarlama döngüsü C1, C2, C4, C5 ile MOSFET'ler aracılığıyla seri bağlanır.
- Böylece D noktasında 12 + 12 + 12 + 12 = 48 voltluk bir (-Ve) darbe voltajı elde ederiz.
Marx Jeneratörlerinin Uygulanması - Marx jeneratör ilkesine göre Yüksek Gerilim DC
Marx Jeneratör prensibinden bildiğimiz gibi, kapasitörler şarj etmek için paralel olarak düzenlenir ve daha sonra yüksek voltaj oluşturmak için serilere bağlanır.
Sistem,% 50 görev döngüsüne sahip bir çıkış darbesi sağlayan kararsız modda çalışan bir 555 zamanlayıcıdan oluşur. Sistem, her aşama bir kapasitör, 2 diyot ve anahtar olarak bir MOSFET'den oluşan toplam 4 aşamalı bir çarpma aşamasından oluşur. Diyotlar, kondansatörü şarj etmek için kullanılır. Yüksek nabız 555 saat çalıştırılır diyotlar ve ayrıca optoizolatörler sırayla her MOSFET'e tetikleme darbeleri sağlar. Böylece kapasitörler, besleme voltajına kadar şarj olurken paralel bağlanır. Zamanlayıcıdan gelen düşük mantık darbesi, MOSFET anahtarlarının kapalı durumda olmasına ve dolayısıyla kapasitörlerin seri olarak bağlanmasına neden olur. Kondansatörler boşalmaya başlar ve her kondansatördeki voltaj eklenir ve giriş DC voltajından 4 kat daha fazla voltaj üretir.
