ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าคืออะไร?
ตัวคูณแรงดันหมายถึงวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยไดโอดและตัวเก็บประจุซึ่งคูณหรือเพิ่มแรงดันไฟฟ้าและยังแปลง AC เป็น DC การคูณแรงดันและการแก้ไขกระแสทำได้โดยใช้ ตัวคูณแรงดันไฟฟ้า . การแก้ไขกระแสไฟฟ้าจาก AC เป็น DC ทำได้โดยไดโอดและการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าทำได้โดยการเร่งอนุภาคโดยการขับเคลื่อนศักย์สูงที่ผลิตโดยตัวเก็บประจุ
ตัวคูณแรงดันไฟฟ้า
การรวมกันของไดโอดและตัวเก็บประจุทำให้วงจรตัวคูณแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานอินพุต AC ถูกกำหนดให้กับวงจรจากแหล่งพลังงานที่การแก้ไขกระแสและการเร่งอนุภาคโดยตัวเก็บประจุจะให้เอาต์พุต DC แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าขาออกอาจสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าหลายเท่าดังนั้นวงจรโหลดต้องมีความต้านทานสูง
ในวงจรแรงดันสองเท่านี้ไดโอดตัวแรกจะแก้ไขสัญญาณและเอาต์พุตจะเทียบเท่ากับแรงดันไฟฟ้าสูงสุดจากหม้อแปลงที่แก้ไขเป็นวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่น เครื่องหมาย AC โดยใช้ตัวเก็บประจุจะทำให้ไดโอดตัวที่สองเพิ่มขึ้นและในมุมมองของ DC ที่ตกแต่งโดยตัวเก็บประจุจะทำให้เอาต์พุตจากไดโอดตัวที่สองอยู่ด้านบนของตัวแรก ตามแนวเหล่านี้เอาต์พุตจากวงจรจะเป็นสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของหม้อแปลงและไดโอดจะลดลง
สามารถเข้าถึงวงจรและความคิดที่หลากหลายเพื่อสร้างความจุตัวคูณแรงดันไฟฟ้าของตัวแปรใด ๆ การใช้กฎเดียวกันในการวางวงจรเรียงกระแสหนึ่งตัวไว้ด้านบนของทางเลือกอื่นและการใช้การเชื่อมต่อแบบ capacitive จะช่วยให้ระบบขั้นตอนประเภทหนึ่งสามารถก้าวไปข้างหน้าได้
การจำแนกประเภทของตัวคูณแรงดันไฟฟ้า:
การจำแนกประเภทของตัวคูณแรงดันจะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าต่อแรงดันขาออกตามชื่อที่ได้รับเช่นกัน
- ตัวปรับแรงดันไฟฟ้า
- แรงดันไฟฟ้า Tripler
- แรงดันไฟฟ้าสี่เท่า
แรงดันไฟฟ้าสองเท่า:
วงจรแรงดันไฟฟ้าสองเท่าประกอบด้วยไดโอดสองตัวและตัวเก็บประจุสองตัวซึ่งการรวมกันของวงจรไดโอด - ตัวเก็บประจุจะแบ่งการเปลี่ยนแปลงในเชิงบวกและเชิงลบนอกจากนี้การเชื่อมต่อของตัวเก็บประจุสองตัวจะนำไปสู่แรงดันเอาต์พุตสองเท่าสำหรับแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่กำหนด
แรงดันไฟฟ้าสองเท่า
ในทำนองเดียวกันการเพิ่มขึ้นของการรวมกันของไดโอด - คาปาซิเตอร์จะคูณแรงดันไฟฟ้าขาเข้าโดยที่แรงดันไฟฟ้า Tripler ให้ Vout = 3 Vin และแรงดันสี่เท่าให้ Vout = 4 Vin
การคำนวณแรงดันขาออก
สำหรับการคำนวณแรงดันเอาท์พุทตัวคูณแรงดันไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญเมื่อพิจารณาถึงการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและการกระเพื่อมของเปอร์เซ็นต์เป็นสิ่งสำคัญ
Vout = (sqrt 2 x Vin x N)
ที่ไหน
Vout = แรงดันไฟฟ้าขาออกของตัวคูณแรงดันไฟฟ้าขั้นตอน N
N = ไม่ ของขั้นตอน (ไม่ใช่ของตัวเก็บประจุหารด้วย 2)
การใช้แรงดันขาออก
- หลอดแคโทดเรย์
- ระบบเอ็กซ์เรย์เลเซอร์
- ปั๊มไอออน
- ระบบไฟฟ้าสถิต
- เดินทางท่อคลื่น
ตัวอย่าง
พิจารณาสถานการณ์ที่ต้องใช้แรงดันเอาต์พุต 2.5 Kv กับอินพุต 230 v ในกรณีนั้นต้องใช้ตัวคูณแรงดันไฟฟ้าแบบหลายขั้นตอนซึ่ง D1-D8 ให้ไดโอดและ 16 ตัวเก็บประจุ 100 uF / 400v เพื่อเชื่อมต่อเพื่อให้ได้ เอาต์พุต 2.5 Kv
ใช้สูตร
Vout = sqrt 2 x 230 x 16/2
= sqrt 2 x 230 x 8
= 2.5 Kv (โดยประมาณ)
ในสมการข้างต้น 16/2 ระบุว่าไม่มีตัวเก็บประจุ / 2 ให้จำนวนขั้นตอน
2 ตัวอย่างการปฏิบัติ
1. ตัวอย่างการทำงานของวงจรตัวคูณแรงดันไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสตรงแรงดันสูงจากสัญญาณ AC
แผนภาพบล็อกแสดงวงจรตัวคูณแรงดันไฟฟ้า
ระบบประกอบด้วยหน่วยตัวคูณแรงดันไฟฟ้า 8 ขั้นตอน ตัวเก็บประจุถูกใช้เพื่อเก็บประจุในขณะที่ไดโอดใช้สำหรับการแก้ไข เมื่อใช้สัญญาณ AC เราจะได้รับแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเก็บประจุแต่ละตัวซึ่งจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในแต่ละขั้นตอน ดังนั้นโดยการวัดแรงดันไฟฟ้าทั่ว 1เซนต์ขั้นตอนของแรงดันไฟฟ้าสองเท่าและขั้นตอนสุดท้ายเราได้รับสิ่งที่ต้องการ ไฟฟ้าแรงสูง . เนื่องจากเอาต์พุตเป็นแรงดันไฟฟ้าที่สูงมากจึงไม่สามารถวัดได้โดยใช้มัลติมิเตอร์แบบธรรมดา ด้วยเหตุนี้จึงใช้วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า ตัวแบ่งแรงดันประกอบด้วยตัวต้านทาน 10 ตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม เอาต์พุตจะถูกนำมาใช้กับตัวต้านทานสองตัวสุดท้าย ผลลัพธ์ที่ได้จึงคูณด้วย 10 เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แท้จริง
2. เครื่องกำเนิดมาร์กซ์
ด้วยการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โซลิดสเตตอุปกรณ์โซลิดสเตตจึงเหมาะสำหรับการใช้งานพลังงานพัลซิ่งมากขึ้นเรื่อย ๆ พวกเขาสามารถจัดหาระบบไฟฟ้าพัลซิ่งที่มีความกะทัดรัดเชื่อถือได้อัตราการทำซ้ำสูงและอายุการใช้งานยาวนาน การเพิ่มขึ้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพัลซิ่งโดยใช้อุปกรณ์โซลิดสเตตช่วยขจัดข้อ จำกัด ของส่วนประกอบทั่วไปและสัญญาว่าจะใช้เทคโนโลยีพลังงานพัลซิ่งในเชิงพาณิชย์ อย่างไรก็ตามอุปกรณ์สวิตชิ่งโซลิดสเตตเช่น MOSFET หรือ Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) ที่มีจำหน่ายในขณะนี้จะได้รับการจัดอันดับสูงสุดไม่กี่กิโลโวลต์เท่านั้น
ระบบไฟฟ้าพัลซิ่งส่วนใหญ่ต้องการแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่ามาก Marx modulator เป็นวงจรเฉพาะสำหรับการคูณแรงดันไฟฟ้าดังที่แสดงด้านล่าง ตามเนื้อผ้าจะใช้ช่องว่างของประกายไฟเป็นสวิตช์และตัวต้านทานเป็นตัวแยก ดังนั้นจึงมีข้อเสียคืออัตราการทำซ้ำต่ำอายุการใช้งานสั้นและไม่มีประสิทธิภาพ ในบทความนี้เครื่องกำเนิดมาร์กซ์ที่ใช้อุปกรณ์โซลิดสเตตถูกเสนอให้รวมข้อดีของสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์กำลังและวงจรมาร์กซ์ ได้รับการออกแบบมาสำหรับการปลูกถ่ายไอออนแหล่งกำเนิดพลาสมา (PSII) [1] และสำหรับข้อกำหนดต่อไปนี้ 
เครื่องกำเนิดมาร์กซ์ที่ทันสมัยโดยใช้ MOSFET
สำหรับการอ่านแรงดันไฟฟ้าและช่วงเวลาโปรดดูการจัดเรียงหน้าจอ CRO
- จากหน่วยสาธิตแรงดันไฟฟ้าต่ำด้านบนเราพบอินพุต 15 โวลต์รอบการทำงาน 50% ที่จุด A ไป (–Ve) เมื่อเทียบกับกราวด์ ดังนั้นจึงต้องใช้ทรานซิสเตอร์ไฟฟ้าแรงสูงสำหรับไฟฟ้าแรงสูง ในช่วงเวลานี้ CAPACITORS C1, C2, C4, C5 ทั้งหมดจะได้รับการชาร์จตามที่เห็นที่ C ไม่เกิน 12 โวลต์แต่ละตัว
- จากนั้นผ่านวงจรการสลับที่เหมาะสม C1, C2, C4, C5 ให้เชื่อมต่อแบบอนุกรมผ่าน MOSFET
- ดังนั้นเราจึงได้รับแรงดันพัลส์ (-Ve) 12 + 12 + 12 + 12 = 48 โวลต์ที่จุด D
การประยุกต์ใช้ Marx Generators - DC แรงดันสูงโดยหลักการกำเนิด Marx
ดังที่เราทราบโดยหลักการ Marx Generator ตัวเก็บประจุจะถูกจัดเรียงแบบขนานเพื่อชาร์จไฟจากนั้นเชื่อมต่อกับอนุกรมเพื่อพัฒนาไฟฟ้าแรงสูง
ระบบประกอบด้วยตัวจับเวลา 555 ที่ทำงานในโหมด astable ซึ่งให้พัลส์เอาต์พุตพร้อมกับรอบการทำงาน 50% ระบบประกอบด้วยขั้นตอนการคูณทั้งหมด 4 สเตจโดยแต่ละสเตจประกอบด้วยตัวเก็บประจุไดโอด 2 ตัวและมอสเฟตเป็นสวิตช์ ไดโอดใช้ในการชาร์จตัวเก็บประจุ ชีพจรสูงจาก 555 ชั่วโมงดำเนินการ ไดโอดและออปโตไอโซเลเตอร์ซึ่งจะให้พัลส์ทริกเกอร์กับมอสเฟตแต่ละตัว ดังนั้นตัวเก็บประจุจึงเชื่อมต่อแบบขนานเมื่อชาร์จถึงแรงดันไฟฟ้า พัลส์ลอจิกต่ำจากตัวจับเวลาส่งผลให้สวิตช์ MOSFET อยู่ในสภาพปิดและตัวเก็บประจุจึงเชื่อมต่อเป็นอนุกรม ตัวเก็บประจุจะเริ่มคายประจุและเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแต่ละตัวทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่าแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงอินพุต 4 เท่า
