Thiết bị mạch điện tử được sử dụng để nâng điện áp lên bậc 2x bằng cách sạc tụ điện từ điện áp đầu vào thấp hơn được gọi là bộ nghi ngờ điện áp.
Dòng điện tích được chuyển đổi theo cách mà trong mọi tình huống lý tưởng, điện áp được tạo ra ở đầu ra chính xác bằng hai lần điện áp ở đầu vào.
Bộ nhân điện áp đơn giản nhất sử dụng điốt
Dạng đơn giản nhất của mạch nghi ngờ điện áp là một loại chỉnh lưu lấy đầu vào ở dạng điện áp Dòng điện xoay chiều (AC) và tạo ra điện áp (DC) cường độ gấp đôi làm đầu ra.
Các điốt đơn giản được sử dụng làm phần tử chuyển mạch và một đầu vào ở dạng điện áp xoay chiều đơn thuần được sử dụng để điều khiển các điốt này ở trạng thái chuyển mạch.
Cần có thêm một mạch dẫn động để điều khiển tốc độ chuyển mạch trong trường hợp bộ đôi điện áp đang được sử dụng là loại DC sang DC vì chúng không thể chuyển đổi theo cách trên.
Các mạch chuyển đổi điện áp DC sang DC hầu hết đều yêu cầu một thiết bị bổ sung khác được gọi là phần tử chuyển mạch có thể được điều khiển dễ dàng và trực tiếp như trong bóng bán dẫn.
Do đó, khi nó sử dụng phần tử chuyển mạch, nó không phải phụ thuộc vào điện áp hiện tại trên bộ chuyển mạch như trường hợp ở dạng đơn giản của AC sang DC.
Bộ nghi ngờ điện áp là một loại mạch nhân điện áp. Hầu hết các mạch bộ nghi ngờ điện áp với một vài trường hợp ngoại lệ có thể được xem ở dạng hệ số nhân bậc cao ở một giai đoạn. Ngoài ra, số lượng nhân điện áp lớn hơn đạt được khi có các tầng giống hệt nhau đang được sử dụng cùng nhau.
Villard Circuit
Mạch Villard có cấu tạo đơn giản bao gồm một diode và một tụ điện. Một mặt mà mạch Villard mang lại lợi ích về mặt đơn giản, mặt khác nó cũng được biết là tạo ra đầu ra có đặc điểm gợn sóng được coi là rất kém.
Hình 1. Mạch Villard
Về cơ bản, mạch Villard là một dạng mạch kẹp diode. Các chu kỳ cao âm được sử dụng để sạc tụ điện đến điện áp đỉnh AC (Vpk). Dạng sóng AC làm đầu vào cùng với chồng chất DC ổn định của tụ điện tạo thành đầu ra.
Giá trị DC của dạng sóng được thay đổi bằng cách sử dụng tác động của mạch lên nó. Vì diode kẹp các đỉnh âm của dạng sóng AC đến giá trị 0V (trong điều kiện thực tế là –VF, là điện áp phân cực thuận nhỏ của diode) nên các đỉnh dương của dạng sóng đầu ra có giá trị là 2Vpk.
Đỉnh-đỉnh rất khó làm mịn vì nó có kích thước rất lớn của giá trị 2Vpk và do đó nó chỉ có thể được làm mịn khi mạch được chuyển đổi thành bất kỳ dạng phức tạp nào khác một cách hiệu quả.
Điện áp cao âm được cung cấp cho magnetron bằng cách sử dụng mạch này (bao gồm diode ở dạng đảo ngược) trong lò vi sóng.
Mạch Greinacher
Bộ nghi ngờ điện áp Greinarcher đã được chứng minh là tốt hơn mạch Villard bằng cách tự cải thiện đáng kể bằng cách thêm một số thành phần bổ sung với một chi phí nhỏ.
Trong điều kiện tải hở mạch độ gợn sóng được tìm thấy giảm rất nhiều, hầu hết các lần về trạng thái bằng không nhưng điện trở của tải và giá trị của tụ điện đang sử dụng đóng vai trò quan trọng và ảnh hưởng đến hiện đang được vẽ.
Hình 2. Mạch Greinacher
Giai đoạn tế bào Villard được theo sau bởi mạch để hoạt động bằng cách sử dụng giai đoạn phát hiện phong bì hoặc bộ phát hiện đỉnh.
Tác dụng của bộ tách sóng đỉnh là sao cho phần lớn gợn sóng bị loại bỏ trong khi đầu ra của điện áp đỉnh được giữ nguyên như vậy.
Heinrich Greinacher là người đầu tiên phát minh ra mạch này vào năm 1913 (được xuất bản năm 1914) để cung cấp điện áp 200-300V mà ông cần cho ionometer của mình, đây lại là một phát minh mới của ông.
Yêu cầu phát minh ra mạch điện này để có được điện áp lớn như vậy đã nảy sinh vì nguồn điện cung cấp bởi các trạm phát điện Zurich chỉ là 110V AC và do đó không đủ.
Heinrich đã phát triển ý tưởng này nhiều hơn vào năm 1920 và mở rộng nó để tạo ra một loạt các số nhân. Hầu hết mọi người thường gọi dòng số nhân do Heinrich Greinacher phát minh ra như một dòng thác Villard, điều này không chính xác và không đúng.
Dòng số nhân này còn được gọi là Cockroft-Walton theo tên các nhà khoa học John Cockroft và Ernest Walton, những người đã chế tạo máy gia tốc hạt và đã khám phá lại mạch một cách độc lập vào năm 1932.
Việc sử dụng hai tế bào Greinacher có các cực tính đối diện nhau nhưng được điều khiển từ cùng một nguồn AC có thể mở rộng khái niệm về loại cấu trúc liên kết này thành mạch bốn bộ điện áp.
Hai đầu ra riêng lẻ được sử dụng để lấy đầu ra trên chúng. Việc nối đất của đầu vào và đầu ra đồng thời trong mạch này là hoàn toàn không thể như trường hợp của mạch cầu.
Mạch cầu
Loại cấu trúc liên kết được sử dụng bởi mạch Delon để tăng gấp đôi điện áp được gọi là cấu trúc liên kết cầu.
Một trong những ứng dụng phổ biến của loại mạch delon này là trong máy thu hình có ống tia âm cực. Mạch delon trong các máy thu hình này được sử dụng để cung cấp e.h.t. cung cấp điện áp.
Hình 3: Bộ ghép bốn điện áp - hai tế bào Greinacher có cực tính đối lập
Có nhiều nguy cơ và vấn đề an toàn liên quan đến việc tạo ra điện áp lớn hơn 5 kV cùng với việc máy biến áp không kinh tế cao, hầu hết trong các thiết bị là thiết bị trong nước.
Nhưng một e.h.t. 10kV là yêu cầu cơ bản của máy thu hình đen trắng trong khi máy thu hình màu đòi hỏi nhiều hơn e.h.t.
Có nhiều cách và phương tiện khác nhau mà e.h.t. của các kích thước như vậy đạt được chẳng hạn như: tăng gấp đôi điện áp trên máy biến áp nguồn trong cuộn dây e.h.t trên nó bằng cách sử dụng bộ kép điện áp hoặc bằng cách đặt bộ kép điện áp vào dạng sóng trên cuộn dây flyback.
Hai đầu dò đỉnh bao gồm nửa sóng trong mạch có chức năng tương tự như các tế bào dò đỉnh được tìm thấy trong mạch Greinacher.
Các nửa chu kỳ đối lập với nhau của dạng sóng tới được sử dụng cho hoạt động của mỗi trong số hai tế bào dò đỉnh. Đầu ra luôn được coi là gấp đôi điện áp đầu vào đỉnh vì các đầu ra do chúng tạo ra mắc nối tiếp.
Hình 4. Bộ nghi ngờ điện áp cầu (Delon)
Mạch tụ điện đã chuyển mạch
Điện áp của nguồn một chiều có thể được tăng gấp đôi bằng cách sử dụng các mạch đi-ốt-tụ điện đủ đơn giản và đã được mô tả trong phần trên bằng cách đặt trước bộ nghi ngờ điện áp bằng cách sử dụng mạch chopper.
Do đó, điều này có hiệu quả trong việc chuyển đổi DC thành AC trước khi nó đi qua bộ nghi ngờ điện áp. Để đạt được và xây dựng các mạch hiệu quả hơn, các thiết bị chuyển mạch được điều khiển từ đồng hồ bên ngoài hoạt động thành thạo cả về cắt và nhân và có thể đạt được trên cơ sở đồng thời.
Hình 5.
Bộ nghi ngờ điện áp tụ điện chuyển mạch đạt được bằng cách chuyển đổi đơn giản các tụ điện tích điện từ song song sang nối tiếp Các loại mạch này được gọi là mạch tụ điện chuyển mạch.
Các ứng dụng được cung cấp bởi điện áp thấp là các ứng dụng đặc biệt sử dụng cách tiếp cận này vì các mạch tích hợp có yêu cầu cung cấp một lượng điện áp cụ thể lớn hơn những gì pin thực sự có thể cung cấp hoặc sản xuất.
Trong hầu hết các trường hợp, luôn có sẵn tín hiệu xung nhịp trên bo mạch của mạch tích hợp và do đó, điều này làm cho nó không cần thiết phải có bất kỳ mạch bổ sung nào khác hoặc chỉ cần một ít mạch để tạo ra nó.
Do đó, sơ đồ trong Hình 5 hiển thị dưới dạng giản đồ của cấu hình tụ điện chuyển mạch. Trong sơ đồ này, có hai tụ điện được tích điện đến cùng một hiệu điện thế song song.
Đăng các tụ này được chuyển thành nối tiếp sau khi tắt nguồn cung cấp. Như vậy, điện áp đầu ra được tạo ra gấp đôi điện áp nguồn cung cấp hoặc điện áp đầu vào trong trường hợp đầu ra xuất phát từ hai tụ điện mắc nối tiếp.
Có nhiều loại thiết bị chuyển mạch khác nhau có thể được sử dụng trong các mạch như vậy, nhưng thiết bị MOSFET là thiết bị chuyển mạch được sử dụng thường xuyên nhất trong trường hợp mạch tích hợp.
Hình 6. Sơ đồ bộ nghi ngờ điện áp bơm sạc
Sơ đồ trong Hình 6 hiển thị một cách sơ đồ một trong những khái niệm cơ bản khác của “Máy bơm tích điện”. Điện áp đầu vào được sử dụng để sạc Cp đầu tiên, tụ điện của máy bơm sạc.
Sau đó, tụ điện đầu ra, C0 được sạc bằng cách chuyển đổi nối tiếp với điện áp đầu vào, dẫn đến việc nạp C0 gấp đôi lượng điện áp đầu vào. Để sạc đầy C0 thành công, máy bơm sạc có thể được yêu cầu thực hiện nhiều chu kỳ.
Nhưng một khi đã đạt được trạng thái ổn định, điều cần thiết duy nhất đối với tụ điện bơm tích điện, Cp là bơm điện tích với lượng nhỏ tương đương với điện tích được cung cấp từ tụ điện đầu ra, C0 cho tải.
Một gợn sóng được hình thành trên điện áp đầu ra khi C0 được phóng điện một phần vào tải trong khi nó đang được ngắt kết nối khỏi máy bơm sạc. Gợn sóng hình thành trong quá trình này có đặc điểm là thời gian phóng điện ngắn hơn và dễ bị lọc và do đó các đặc điểm này làm cho chúng nhỏ hơn đối với các tần số cho tần số xung nhịp cao hơn.
Do đó, đối với bất kỳ gợn sóng cụ thể nào, các tụ điện có thể được làm nhỏ hơn. Tần số đồng hồ tối đa cho tất cả các mục đích thực tế trong các mạch tích hợp thường rơi vào khoảng hàng trăm kHz.
Bơm phí Dickson
Máy bơm điện tích Dickson, còn được gọi là bộ nhân Dickson bao gồm một chuỗi các tế bào diode / tụ điện trong đó một tàu xung đồng hồ điều khiển tấm dưới cùng của mỗi tụ điện.
Mạch được coi là sự sửa đổi của hệ số Cockcroft-Walton nhưng với ngoại lệ duy nhất là tín hiệu chuyển mạch được cung cấp bởi đầu vào DC với các đoàn tàu xung nhịp thay vì đầu vào AC như trường hợp với hệ số Cockcroft-Walton.
Yêu cầu cơ bản của hệ số nhân Dickson là xung đồng hồ của các pha đối diện với nhau phải điều khiển các ô thay thế. Tuy nhiên, trong trường hợp bộ nghi ngờ điện áp, được mô tả trong Hình 7, chỉ cần một tín hiệu đồng hồ duy nhất vì chỉ có một giai đoạn nhân.
Hình 7. Bộ nghi ngờ điện áp bơm sạc Dickson
Các mạch mà số nhân Dickson được sử dụng chủ yếu và thường xuyên là các mạch tích hợp trong đó điện áp cung cấp như từ bất kỳ pin nào nhỏ hơn mức yêu cầu của mạch.
Thực tế là tất cả các chất bán dẫn được sử dụng trong trường hợp này về cơ bản hoạt động tương tự nhau là một lợi thế cho các nhà sản xuất mạch tích hợp.
Khối logic tiêu chuẩn thường được tìm thấy và sử dụng trong nhiều mạch tích hợp là các thiết bị MOSFET.
Đây là một trong những lý do tại sao điốt nhiều lần được thay thế bằng bóng bán dẫn loại này, nhưng cũng được kết nối với một chức năng ở dạng điốt.
Sự sắp xếp này còn được gọi là MOSFET có dây đi-ốt. Sơ đồ trong hình 8 mô tả bộ nghi ngờ điện áp Dickson sử dụng loại thiết bị MOSFET loại nâng cao kênh n có dây đi-ốt này.
Hình 8. Bộ nghi ngờ điện áp Dickson sử dụng MOSFET có dây đi-ốt
Hình thức cơ bản của máy bơm điện tích Dickson đã trải qua rất nhiều cải tiến và biến thể. Hầu hết những cải tiến này là trong lĩnh vực giảm hiệu ứng tạo ra bởi điện áp nguồn thoát của bóng bán dẫn. Cải tiến này được coi là đáng kể trong trường hợp điện áp đầu vào nhỏ như trong trường hợp pin điện áp thấp.
Điện áp đầu ra luôn là bội số tích phân của điện áp đầu vào (hai lần trong trường hợp bộ nghi ngờ điện áp) khi các phần tử chuyển mạch lý tưởng được sử dụng.
Nhưng trong trường hợp sử dụng pin một cell làm nguồn đầu vào cùng với công tắc MOSFET, thì đầu ra trong những trường hợp như vậy sẽ thấp hơn nhiều so với giá trị này vì sẽ có sự sụt giảm điện áp trên các bóng bán dẫn.
Do điện áp giảm cực kỳ thấp ở trạng thái bật của mạch sử dụng các thành phần rời rạc, nên diode Schottky được coi là một lựa chọn tốt làm phần tử chuyển mạch.
Nhưng các nhà thiết kế mạch tích hợp chủ yếu thích sử dụng MOSFET vì nó dễ sử dụng hơn, bù đắp cho sự hiện diện của các bất cập và độ phức tạp cao trong mạch có trong các thiết bị MOSFET.
Để minh họa điều này, chúng ta hãy lấy một ví dụ: điện áp danh định của giai điệu là 1,5V có trong một pin kiềm.
Đầu ra của thiết bị này có thể được tăng gấp đôi lên 3.0V bằng cách sử dụng bộ nghi ngờ điện áp cùng với các phần tử chuyển mạch lý tưởng có điện áp giảm bằng không.
Nhưng điện áp của MOSFET có dây đi-ốt sụt áp của nguồn xả khi nó ở trạng thái bật phải ở mức tối thiểu bằng điện áp ngưỡng cổng thường ở mức 0,9V.
Điện áp đầu ra có thể được nâng lên thành công bằng bộ nghi ngờ điện áp chỉ khoảng 0,6V đến 2,1V.
Việc tăng điện áp của mạch không thể đạt được nếu không sử dụng nhiều giai đoạn trong trường hợp sụt giảm qua bóng bán dẫn làm mịn cuối cùng cũng được xem xét và tính đến.
Mặt khác, điện áp trên sân của một diode Schottky điển hình là 0,3 V. điện áp đầu ra do bộ phân tích điện áp tạo ra sẽ nằm trong khoảng 2,7V nếu nó sử dụng diode Schottky, hoặc 2,4V nếu nó sử dụng diode làm mịn.
Tụ điện chuyển mạch ghép đôi chéo
Các mạch tụ điện chuyển mạch ghép chéo được biết đến với điện áp đầu vào rất thấp. Có thể yêu cầu pin một tế bào trong các thiết bị chạy bằng pin không dây như máy nhắn tin và thiết bị Bluetooth để cung cấp năng lượng liên tục khi nó đã xả xuống dưới một vôn.
Hình 9. Bộ nghi ngờ điện áp tụ điện chuyển mạch ghép nối chéo
Bóng bán dẫn Q2 được tắt trong trường hợp xung nhịp thấp. Đồng thời, transistor Q1 được bật nếu xung nhịp cao và điều này dẫn đến việc nạp điện của tụ C1 thành điện áp Vn. tấm trên cùng của C1 được đẩy lên gấp đôi Vin trong trường hợp Ø1 lên cao.
Để cho phép điện áp này xuất hiện như một đầu ra, công tắc S1 đóng đồng thời. Ngoài ra, cùng lúc C2 được phép sạc bằng cách bật Q2.
Vai trò của các thành phần được đảo ngược trong nửa chu kỳ tiếp theo: Ø1 ở mức thấp, S1 sẽ mở, Ø2 sẽ ở mức cao và S2 sẽ đóng.
Do đó, từ mỗi phía của mạch, điện áp đầu ra được cung cấp bằng 2Vin. tổn thất phát sinh trong mạch này thấp vì thiếu MOSFET có dây đi-ốt và các vấn đề điện áp ngưỡng liên quan đến nó.
Một trong những ưu điểm khác của mạch là nó tăng gấp đôi tần số gợn sóng vì có hai bộ kép điện áp hiện diện cung cấp hiệu quả đầu ra từ đồng hồ pha.
Nhược điểm cơ bản của mạch này là điện dung đi lạc của hệ số nhân Dickinson được tìm thấy là ít đáng kể hơn nhiều so với mạch này và do đó chiếm hầu hết các tổn thất phát sinh trong mạch này.
Lịch sự: https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_doubler
Trước: Đèn LED 10/12 watt với Bộ chuyển đổi 12 V Tiếp theo: Sử dụng tản nhiệt dải nhôm cho đèn LED Hi-watt thay vì PCB