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La magia de los multiplicadores de voltaje: ¿Cómo convertir el bajo voltaje en alto voltaje?
En los dispositivos electrónicos modernos, la conversión de voltaje es una de las tecnologías más críticas. Ya sea en teléfonos móviles, ordenadores u otros dispositivos pequeños, los multiplicadores de tensión se utilizan en todas partes. Estos sorprendentes circuitos pueden convertir la corriente continua de bajo voltaje en el alto voltaje requerido, lo que no solo es eficiente sino que también puede satisfacer las necesidades energéticas de diferentes dispositivos. Este artículo profundizará en los principios de funcionamiento de los multiplicadores de voltaje y sus diversas aplicaciones para ayudar a los lectores a comprender los secretos detrás de ellos.
Principios básicos del multiplicador de tensiónUn multiplicador de tensión es un circuito electrónico que, cargando condensadores y conmutando esas cargas de una manera específica, es capaz de producir en la salida, idealmente, el doble de la tensión de entrada. El multiplicador de voltaje más simple es similar a un rectificador, que convierte un voltaje de CA en un voltaje de CC potenciado. Se basa principalmente en la acción de conmutación de los diodos, que funcionan de acuerdo con el voltaje de CA de entrada.
Un multiplicador de voltaje es un tipo de multiplicador de voltaje, y se pueden superponer múltiples circuitos multiplicadores para mejorar aún más el voltaje de salida.
Circuitos multiplicadores de voltaje comunes
Circuito VillardEl circuito de Villard fue inventado por Paul Ursich Villard. Su estructura es sencilla y consta únicamente de un condensador y un diodo. Aunque este circuito tiene la ventaja de ser simple y flexible, su salida tiene un rendimiento de fluctuación deficiente. La función principal de este circuito es aplanar el semiciclo negativo de la corriente alterna a cero, por lo que no es necesario mejorar el último semiciclo positivo y aún puede generar un alto voltaje. Esta estructura se utiliza ampliamente en el suministro de energía de alto voltaje negativo en hornos microondas.
Circuito GreinacherEl circuito Greinacher es una buena mejora respecto al circuito Villard, ya que proporciona una ondulación significativamente menor a pesar de la adición de componentes adicionales. En esta estructura, la celda Villard está conectada a un detector de pico, que primero puede almacenar el voltaje pico de la corriente mientras elimina la mayoría de las fluctuaciones, lo que constituye una mejora significativa con respecto a este diseño.
Los circuitos Greinacher se utilizan en equipos como televisores para proporcionar energía a componentes que requieren altos voltajes, particularmente en televisores en blanco y negro o en color.Circuito Delon
El circuito Delon utiliza una topología de puente y, por lo tanto, se conoce como doblador de voltaje de onda completa. Este diseño alguna vez fue muy común en la tecnología de pantallas, especialmente en pantallas más antiguas, donde se requerían fuentes de alimentación de alto voltaje y multiplicadores de voltaje para reemplazar otros métodos de suministro de energía para resolver los costos de producción.
Aplicaciones de circuitos con condensadores conmutados
El circuito de condensador conmutado convierte el voltaje de la fuente de CC en voltaje de CA a través de un circuito de preconmutación y luego lo multiplica. Este sistema es particularmente importante en aplicaciones impulsadas por baterías de bajo voltaje porque muchos dispositivos integrados requieren un voltaje de suministro superior al proporcionado por la batería.
Al controlar los dispositivos de conmutación desde un reloj externo, se pueden procesar circuitos de condensadores conmutados más eficientes simultáneamente durante los pasos de generación y multiplicación.
Bomba de carga Dickson
Una bomba de carga Dickson conecta en cascada múltiples diodos y capacitores para aumentar el voltaje y utiliza un tren de pulsos de reloj para activar los capacitores. Este diseño es particularmente popular en circuitos integrados, ya que difumina la línea entre corriente alterna y corriente continua, lo que hace más fácil proporcionar los altos voltajes que requieren los dispositivos.
Condensadores conmutados de acoplamiento cruzado
Esta tecnología es especialmente adecuada para aplicaciones de muy baja tensión. Por ejemplo, los dispositivos inalámbricos, como los Bluetooth, utilizan pequeñas baterías para funcionar. Estos circuitos no implican problemas de diodos, por lo que sus pérdidas de salida son menores.
Desafíos de la conducción de multiplicadores de tensiónEn el mundo de los circuitos digitales, los desafíos técnicos prácticos a menudo van de la mano con conceptos de diseño simples. Incluso un multiplicador de voltaje con excelente rendimiento puede ver su salida afectada por caídas de voltaje en sus componentes. Si tomamos las baterías de litio como ejemplo, si el voltaje de entrada es relativamente demasiado bajo, el voltaje mejorado que se puede lograr también será limitado.
ConclusiónLa tecnología de duplicación de voltaje nos permite crear opciones de suministro de energía más flexibles en las aplicaciones, especialmente en entornos digitales modernos. Sin embargo, los desafíos técnicos en este proceso aún requieren más exploración e investigación. ¿Cómo afectará esta tecnología a nuestro estilo de vida y hábitos de consumo de electricidad en el futuro?
