Language
Country/Area
No result found
Магия умножителей напряжения: секрет, как превратить низкое напряжение в высокое?
В современных электронных устройствах преобразование напряжения является одной из важнейших технологий. Умножители напряжения используются повсеместно — в мобильных телефонах, компьютерах и других небольших устройствах. Эти удивительные схемы способны преобразовывать постоянный ток низкого напряжения в необходимое высокое напряжение, что не только эффективно, но и может удовлетворить энергетические потребности различных устройств. В этой статье мы подробно рассмотрим принципы работы умножителей напряжения и их различные применения, чтобы помочь читателям понять секреты, стоящие за ними.
Основные принципы умножителя напряжения
Умножитель напряжения — это электронная схема, которая, заряжая конденсаторы и переключая эти заряды определенным образом, способна создавать на выходе, в идеале, в два раза большее входное напряжение. Простейший умножитель напряжения похож на выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в усиленное постоянное напряжение. В основном он основан на переключении диодов, которые работают в зависимости от входного переменного напряжения.
Умножитель напряжения — это тип умножителя напряжения, и несколько схем умножителя могут быть наложены друг на друга для дальнейшего повышения выходного напряжения.
Обычные схемы умножителей напряжения
Трасса Виллар
Схему Вилларда изобрел Пол Урсих Виллард. Ее структура проста и состоит только из конденсатора и диода. Хотя эта схема проста и гибка, ее выходной сигнал имеет плохие характеристики флуктуации. Основная функция этой схемы — сгладить отрицательный полупериод переменного тока до нуля, чтобы последний положительный полупериод не нуждался в улучшении и мог по-прежнему генерировать высокое напряжение. Данная конструкция широко используется в источниках отрицательного высокого напряжения в микроволновых печах.
Трасса Грайнахера
Схема Грайнахера представляет собой значительное улучшение схемы Вилларда, обеспечивая значительно меньшую пульсацию, несмотря на добавление дополнительных компонентов. В этой конструкции ячейка Вилларда подключена к пиковому детектору, который в первую очередь способен сохранять пиковое напряжение тока, устраняя при этом большую часть колебаний, что является значительным улучшением по сравнению с этой конструкцией.
Схемы Грайнахера используются в таком оборудовании, как телевизоры, для подачи питания на компоненты, требующие высокого напряжения, особенно в черно-белых или цветных телевизорах.
Трасса Делона
Схема Делона использует мостовую топологию и поэтому известна как двухполупериодный удвоитель напряжения. Такая конструкция когда-то была очень распространена в дисплейной технике, особенно в старых дисплеях, где для решения проблемы производственных затрат требовались высоковольтные источники питания и умножители напряжения для замены других методов подачи питания.
Применение схем с переключаемыми конденсаторами
Схема коммутируемого конденсатора преобразует напряжение источника постоянного тока в переменное напряжение через предварительную коммутационную цепь, а затем умножает его. Эта система особенно важна в низковольтных аккумуляторных устройствах, поскольку многим интегрированным устройствам требуется более высокое напряжение питания, чем обеспечивает аккумулятор.
Управляя коммутационными устройствами от внешнего тактового сигнала, можно одновременно обрабатывать более эффективные схемы коммутируемых конденсаторов во время проходов генерации и умножения.
Зарядный насос Диксона
Зарядовый насос Диксона каскадно соединяет несколько диодов и конденсаторов для увеличения напряжения и использует последовательность тактовых импульсов для управления конденсаторами. Такая конструкция особенно популярна в интегральных схемах, поскольку стирает грань между переменным и постоянным током, что упрощает подачу высоких напряжений, необходимых для работы устройств.
Перекрестно-связанные коммутируемые конденсаторы
Эта технология особенно подходит для приложений с очень низким напряжением. Например, беспроводные устройства, такие как Bluetooth, используют для питания небольшие батареи. В этих схемах не возникает проблем с диодами, поэтому их выходные потери меньше. Проблемы управления умножителями напряжения
В мире цифровых схем практические технические задачи часто идут рука об руку с простыми концепциями проектирования. Даже умножитель напряжения с превосходными характеристиками может иметь выходной сигнал, на который могут повлиять перепады напряжения в его компонентах. Если взять в качестве примера литиевые батареи, то если входное напряжение относительно слишком низкое, то достигаемое повышенное напряжение также будет ограничено. Заключение
Технология удвоения напряжения позволяет нам создавать более гибкие варианты электропитания в приложениях, особенно в современных цифровых средах. Однако технические проблемы в этом процессе все еще требуют дальнейшего изучения и исследования. Как эта технология повлияет на наш образ жизни и привычки потребления электроэнергии в будущем?
