Схемы выпрямления с умножением напряжения

Для повышения выпрямленного напряжения при заданном напряжении на вторичной обмотке трансформатора применяют схемы выпрямления с одновременным умножением напряжения. Их часто применяют также для упрощения конструкции повышающего трансформатора, так как умножением напряжения можно уменьшить коэффициент трансформации, а следовательно, и размеры обмоток трансформатора будут уменьшены. Практически чаще всего используют схемы с удвоением напряжения, но принципиально возможна любая кратность умножения.

Схемы удвоения напряжения
Рис. 1. Схемы удвоения напряжения:
а — двухтактная с трансформатором; б — графики напряжений; в — однотактная бестрансформаторная схема

На рис. 1а показана наиболее употребительная схема удвоения напряжения. Ее можно представить как сочетание двух однотактных схем выпрямления, соединенных последовательно по постоянному току. Каждая из однотактных схем создает на одном из конденсаторов С1 или С2 выпрямленное напряжение, равное 0,5Uo, а сопротивление нагрузки Rn подключено к конденсаторам C1 и С2, соединенным последовательно так, что нагрузка находится под напряжением Uo. При этом во время одного полупериода ток идет через вентиль В1 и заряжает конденсатор С1, а во время другого полупериода ток идет через вентиль В2 и заряжает конденсатор С2. В те части полупериодов, когда ток отсекается и через вентили не проходит, конденсаторы поочередно разряжаются на нагрузку. Все ранее оказанное о пульсации выпрямленного тока в схемах с емкостной нагрузкой остается в силе и в этом случае.
При отсутствии тока нагрузки, т. е. при очень большом сопротивлении нагрузки, конденсаторы почти не разряжаются и напряжение на каждом из них может стать равным амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформатора, а суммарное напряжение на последовательно соединенных конденсаторах будет равно
Uo макс = U2 макс = 2*1,41U2,
где U2 — действующее напряжение на вторичной обмотке трансформатора. При включенной нагрузке это напряжение меньше Uo макс.
Величина пульсации напряжения на нагрузке зависит от емкости конденсаторов С1 и С2, а также от сопротивления нагрузки Rn - Очевидно, что чем больше ток нагрузки, тем больше должна быть емкость конденсаторов, иначе каждый из конденсаторов быстро разрядится и пульсация напряжения на нагрузке станет чрезмерной. Этим и объясняется, что такая схема выпрямления применяется при малых токах нагрузки и относительно высоких напряжениях.
Сравнив схемы, приведенные на рис. 1а и 1б, можно сделать вывод, что обе они действуют приблизительно одинаково: в той и другой выпрямляются токи обеих полуволн напряжения и пульсация выпрямленного напряжения происходит с удвоенной частотой по сравнению с частотой тока питания. Таким образом, схема рис. 1а — двухтактная. Для нее действительны графики, приведенные на рис. 1б.
На рис. 1в приведена однотактная бестрансформаторная схема удвоения напряжения. Ее также можно применять в сочетании с трансформатором. Действие схемы сводится к следующему. В течение части положительного полупериода выпрямляемого тока конденсатор C1 заряжается через вентиль В1 до напряжения Uмакс - В полупериод, когда вентиль В1 не проводит тока вследствие отрицательной полярности напряжения, приложенного к его аноду, ток протекает через вентиль B2 и конденсатор С2, причем в этой цепи действуют два последовательно включенных напряжения: напряжение на входе выпрямителя и напряжение на конденсаторе С1. В результате в предельном случае Конденсатор С2 может зарядиться до напряжения 2Uмакс. При заряде конденсатора С2 происходит разряд конденсатора С1. Если эти процессы закончатся к моменту, когда наступит следующий положительный полупериод выпрямляемого тока, то вентиль В1 отопрется и конденсатор С1 снова зарядится, т. е. описанный процесс повторится. Таким образом, напряжение на конденсаторе С2 будет каждый период повышаться при его заряде и понижаться при разряде на сопротивление нагрузки. Следовательно, частота пульсаций выпрямленного напряжения равна частоте выпрямляемого тока.
Описанный процесс выпрямления с удвоением напряжения верен только с качественной стороны, так как количественные соотношения напряжений на конденсаторах зависят от их емкости и постоянных времени заряда и разряда, а также от соотношения этих времен с периодом выпрямляемого тока. Часто конденсатор С2 используется в режиме накопления; при этом напряжение на нем достигает максимального значения не за один период выпрямляемого тока, а за несколько периодов. В таком случае между конденсатором С2 и сопротивлением нагрузки включается Г-образный RC-фильтр с большой постоянной времени заряда.

Однотакткые схемы выпрямления с умножением напряжения
Рис. 2. Однотактные схемы выпрямления с умножением напряжения:
а —схема утроения напряжения; б — схема учетверения напряжения; в — схема учетверения напряжения с трансформатором

Для утроения выпрямленного напряжения можно использовать схему, показанную на рис. 2а. Процесс выпрямления и умножения напряжения в этой схеме протекает следующим образом. Когда анод вентиля В1 имеет положительный потенциал относительно катода, через вентиль протекает ток и конденсатор С1 заряжается до амплитудного значения входного напряжения Uмакс. Во второй полупериод входного напряжения, когда полярность входного напряжения изменяется на противоположную, вентиль В1 запирается, а в цепи вентиля В2 действует удвоенное напряжение, равное сумме входного напряжения и напряжения на конденсаторе С1. В результате конденсатор С2 заряжается до напряжения 2Uмакс через вентиль В2. В следующий (третий) полупериод вентиль B2 оказывается запертым, вентиль В1 отпирается и конденсатор С1 снова заряжается до напряжения Uмакс Одновременно конденсатор С3 заряжается от конденсатора С2 через вентиль В3 до напряжения 2Uмакс. В результате к нагрузке оказываются подключенными последовательно соединенные конденсаторы С1 и С3, которые создают на ней напряжение, приблизительно равное 3Uмакс. Для этого требуется время, равное 1,5 Т, т. е. три полупериода выпрямляемого тока. Частота пульсации напряжения на конденсаторах равна частоте выпрямляемого тока.
Очевидно, что приведенные рассуждения верны только при правильном выборе емкостей конденсаторов и их постоянных времени заряда и разряда. При этом напряжение на нагрузке оказывается меньше указанного (3Uмакс) так как конденсаторы успевают несколько разрядиться.
На рис. 2б приведена однотактная схема выпрямления с одновременным умножением выпрямленного напряжения в четыре раза. Процессы выпрямления в этой схеме аналогичны описанным выше. Часть схемы, включающая вентили В1, В2 и конденсаторы С1, С2, подобна схеме удвоения напряжения. В результате действия этой части схемы на конденсаторе С2 возникает напряжение 2Uмакс. Этот конденсатор, разряжаясь через вентили B1, B3 (когда анод вентиля B3 положителен, т е во время заряда конденсатора С1), заряжает конденсатор С3 до напряжения 2Uмакс. В следующий полупериод выпрямляемого тока, когда вентиль В3 запирается, а вентиль В2 отпирается, происходит заряд конденсатора С4 до напряжения 2Uмакс от конденсатора С3 через вентили B4 — В2 - В результате сопротивление нагрузки, подключенное к последовательно соединенным конденсаторам С2 — С4, оказывается под напряжением 4Uмакс.
Сопоставляя описанные схемы, можно видеть, что для умножения в 2 раза требуется иметь в схеме 2 вентиля и 2 конденсатора; для утроения требуется 3 вентиля и 3 конденсатора; для учетверения — 4 вентиля и 4 конденсатора. В самом общем случае кратность умножения определяет необходимое число вентилей и конденсаторов. Например, для умножения в 10 раз потребуются 10 вентилей и 10 конденсаторов. При этом напряжение на выходе выпрямителя нарастает до максимального значения за время — {MT/2} где T — период выпрямляемого тока, М — кратность умножения напряжения (2, 3, 4 и т. д.).
Легко понять, что схема рис. 2в по принципу действия не отличается от описанной схемы рис. 2б. Имеющийся в схеме трансформатор облегчает подбор необходимого значения напряжения на входе выпрямителя.
При использовании схем выпрямления с умножением напряжения особое внимание нужно уделять выбору вентилей и конденсаторов. Применение германиевых или кремниевых вентилей ограничивается тем, что их при последовательном включении необходимо шунтировать сопротивлениями для равномерного распределения обратных напряжений, а это усложняет схемы. Следует также избегать использования электролитических конденсаторов с большим током утечки. Практически невозможно умножение напряжения с кратностью больше двух при применении кенотронов, так как схема усложняется цепями накала. В большинстве случаев используются селеновые вентили в сочетании со схемами умножения напряжения, хотя при этом ограничивается повышение частоты выходного напряжения промежуточного преобразователя.
Выбор схемы выпрямления определяется видом промежуточного преобразователя. Если промежуточным преобразователем служит блокинг-генератор, то схемы умножения выпрямленного напряжения не годятся, и, наоборот, их следует предпочесть другим схемам, если используются генераторы синусоидальных напряжений низкой и высокой частоты.

Rico аватар

диоды выбираются в

диоды выбираются в зависимости от необходимого тока и напряжения, эти параметры должны выбираться с запасом, также необходимо учитывать частоту входного напряжения и соответственно выбирать по быстродействию диодов

Rico аватар

нагрузка естественно

нагрузка естественно увеличится, на конденсаторах будет присутствовать обратное напряжение что вероятней всего приведет к выходу их из строя

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <i> <b> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd> <img> <h1> <h2> <h3> <h4> <h5> <h6> <p> <sub> <sup> <table> <tr> <th> <td>
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.
  • Freelinking helps you easily create HTML links. Links take the form of [[indicator:target|Title]]. By default (no indicator): Link to a local node by title
  • При выводе кода вы можете использовать следущие теги: <code>, <blockcode>, <asm>, <asp>, <c>, <cpp>, <delphi>, <java>, <javascript>, <matlab>, <mpasm>, <mysql>, <pascal>, <php>, <python>, <ruby>, <vb>, <z80>. Код будет выведен в отдельном блоке с использованием подсветки синтаксиса.
  • Для вывода математических формул в формате latex используйте [m]формула[/m]

Подробнее о форматировании

CAPTCHA на основе изображений
Enter the characters shown in the image.


Добавить закладку в Google