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La magie des multiplicateurs de tension : comment transformer la basse tension en haute tension ?
Dans les appareils électroniques modernes, la conversion de tension est l’une des technologies les plus critiques. Que ce soit dans les téléphones portables, les ordinateurs ou autres petits appareils, les multiplicateurs de tension sont utilisés partout. Ces circuits étonnants sont capables de convertir le courant continu basse tension en haute tension requise, ce qui est non seulement efficace mais peut également répondre aux besoins énergétiques de différents appareils. Cet article examinera en profondeur les principes de fonctionnement des multiplicateurs de tension et leurs diverses applications pour aider les lecteurs à comprendre les secrets qui se cachent derrière eux.
Principes de base du multiplicateur de tension
Un multiplicateur de tension est un circuit électronique qui, en chargeant des condensateurs et en commutant ces charges d'une manière spécifique, est capable de produire en sortie, idéalement, le double de la tension d'entrée. Le multiplicateur de tension le plus simple est similaire à un redresseur, qui convertit une tension alternative en une tension continue amplifiée. Il repose principalement sur l'action de commutation des diodes, qui fonctionnent en fonction de la tension alternative d'entrée.
Un multiplicateur de tension est un type de multiplicateur de tension et plusieurs circuits multiplicateurs peuvent être superposés pour améliorer encore la tension de sortie.
Circuits multiplicateurs de tension commune
Circuit de VillardLe circuit de Villard a été inventé par Paul Ursich Villard. Sa structure est simple et se compose uniquement d'un condensateur et d'une diode. Bien que ce circuit ait l'avantage d'être simple et flexible, sa sortie présente de faibles performances de fluctuation. La fonction principale de ce circuit est d'aplatir le demi-cycle négatif du courant alternatif à zéro, de sorte que le dernier demi-cycle positif n'a pas besoin d'être amélioré et peut toujours générer une haute tension. Cette structure est largement utilisée dans l’alimentation haute tension négative des fours à micro-ondes.
Circuit de Greinacher
Le circuit Greinacher est une bonne amélioration du circuit Villard, offrant une ondulation nettement plus faible malgré l'ajout de composants supplémentaires. Dans cette structure, la cellule Villard est connectée à un détecteur de crête, qui est d'abord capable de stocker la tension de crête du courant tout en éliminant la plupart des fluctuations, ce qui constitue une amélioration significative par rapport à cette conception.
Circuit DelonLes circuits Greinacher sont utilisés dans des équipements tels que les téléviseurs pour alimenter des composants nécessitant des tensions élevées, notamment dans les téléviseurs noir et blanc ou couleur.
Le circuit Delon utilise une topologie de pont et est donc connu sous le nom de doubleur de tension à onde complète. Cette conception était autrefois très courante dans la technologie d'affichage, en particulier dans les écrans plus anciens, où des alimentations haute tension et des multiplicateurs de tension étaient nécessaires pour remplacer d'autres méthodes d'alimentation afin de résoudre les coûts de production.
Applications des circuits à condensateurs commutés
Le circuit à condensateur commuté convertit la tension de la source CC en tension CA via un circuit de pré-commutation, puis la multiplie. Ce système est particulièrement important dans les applications alimentées par batterie basse tension, car de nombreux appareils intégrés nécessitent une tension d’alimentation supérieure à celle fournie par la batterie.
En pilotant les dispositifs de commutation à partir d'une horloge externe, des circuits à condensateurs commutés plus efficaces peuvent être traités simultanément pendant les passes de génération et de multiplication.
Pompe de charge Dickson
Une pompe de charge Dickson met en cascade plusieurs diodes et condensateurs pour augmenter la tension et utilise un train d'impulsions d'horloge pour piloter les condensateurs. Cette conception est particulièrement populaire dans les circuits intégrés, brouillant la frontière entre le courant alternatif et le courant continu, facilitant ainsi la fourniture des hautes tensions requises par les appareils.
Condensateurs commutés à couplage croisé
Cette technologie est particulièrement adaptée aux applications très basse tension. Par exemple, les appareils sans fil tels que les appareils Bluetooth utilisent de petites batteries pour les alimenter. Ces circuits n'impliquent pas de problèmes de diodes, leurs pertes de sortie sont donc plus faibles.
Les défis de la conduite de multiplicateurs de tensionDans le monde des circuits numériques, les défis techniques pratiques vont souvent de pair avec des concepts de conception simples. Même un multiplicateur de tension avec d’excellentes performances peut voir sa sortie affectée par des chutes de tension dans ses composants. Prenons l’exemple des batteries au lithium : si la tension d’entrée est relativement trop faible, la tension améliorée qui peut être obtenue sera également limitée.
ConclusionLa technologie de doublement de tension nous permet de créer des options d’alimentation plus flexibles dans les applications, en particulier dans les environnements numériques modernes. Toutefois, les défis techniques de ce processus nécessitent encore une exploration et des recherches plus approfondies. Comment cette technologie affectera-t-elle notre mode de vie et nos habitudes de consommation d’électricité à l’avenir ?
