مضاعفات الجهد - التصنيف وشرح دايغرام بلوك

جرب أداة القضاء على المشاكل





ما هي مضاعفات الجهد؟

يشير مضاعف الجهد إلى دائرة كهربائية تتكون من ثنائيات ومكثفات تضاعف أو تزيد الجهد وتحول أيضًا التيار المتردد إلى تيار مستمر ، ويتم مضاعفة الجهد وتصحيح التيار باستخدام مضاعف الجهد . يتم تصحيح التيار من التيار المتردد إلى التيار المستمر بواسطة الصمام الثنائي ويتم تحقيق زيادة في الجهد من خلال تسريع الجسيمات عن طريق دفع الجهد العالي الناتج عن المكثفات.

مضاعف الجهد

مضاعف الجهد



مزيج من الصمام الثنائي والمكثف يجعل مدخل التيار المتردد لدائرة مضاعفة الجهد الأساسي يتم إعطاؤه إلى الدائرة من مصدر طاقة حيث يؤدي تصحيح التيار وتسريع الجسيمات بواسطة المكثف إلى زيادة جهد التيار المستمر. يمكن أن يكون جهد الخرج أعلى بعدة مرات من جهد الدخل ، لذا يجب أن تمتلك دائرة الحمل مقاومة عالية.


في دائرة مضاعف الجهد هذه ، يقوم الصمام الثنائي الأول بتصحيح الإشارة ويكون ناتجها مكافئًا لجهد الذروة من المحول المعدل كمقوم نصف موجة. تحقق علامة التيار المتردد عن طريق المكثف بالإضافة إلى ذلك الصمام الثنائي الثاني ، وفي منظور التيار المستمر الذي يوفره المكثف ، فإن هذا يجعل الناتج من الصمام الثنائي الثاني يجلس فوق الأول. على طول هذه الخطوط ، يكون الناتج من الدائرة ضعف ذروة الجهد للمحول ، أقل من قطرات الصمام الثنائي.



يمكن الوصول إلى مجموعة متنوعة من الدوائر والأفكار لتوفير قدرة مضاعفة الجهد لأي متغير تقريبًا. إن تطبيق نفس القاعدة المتمثلة في وضع مقوم واحد أعلى البديل واستخدام اقتران سعوي يمكّن نوعًا من نظام الخطوة من التقدم.

تصنيف مضاعف الجهد:

يعتمد تصنيف مضاعف الجهد على نسبة جهد الدخل إلى جهد الخرج وفقًا لذلك تم أيضًا إعطاء الأسماء

  • مضاعفات الجهد
  • ثلاثي الجهد
  • الجهد رباعي

مضاعفة الجهد:

تتكون دائرة مضاعف الجهد من صمامين ثنائيين ومكثفين حيث تشترك كل مجموعة من دارة مكثف الصمام الثنائي في تغيير إيجابي وسلبي ، كما يؤدي توصيل مكثفين إلى مضاعفة جهد الخرج لجهد دخل معين.


الجهد مزدوج

الجهد مزدوج

وبالمثل ، فإن كل زيادة في تركيبة من مكثف الصمام الثنائي تضاعف جهد الدخل حيث يعطي الجهد الثلاثي Vout = 3 Vin والجهد الرباعي يعطي Vout = 4 Vin.

حساب الجهد الناتج

بالنسبة لمضاعف الجهد ، يعد حساب جهد الخرج مهمًا بالنظر إلى تنظيم الجهد ، كما أن تموج النسبة المئوية مهم.

صوت = (الجذر التربيعي 2 × فين × ن)

أين

Vout = جهد الخرج لمضاعف جهد المرحلة N

N = لا. من المراحل (رقم مكثف مقسومًا على 2).

تطبيقات الجهد الناتج

  • أنابيب أشعة الكاثود
  • نظام الأشعة ، الليزر
  • مضخات أيون
  • نظام كهرباء
  • أنبوب موجة السفر

مثال

ضع في اعتبارك سيناريو يتطلب جهد خرج 2.5 Kv مع إدخال 230 فولت ، وفي هذه الحالة ، يلزم مضاعف جهد متعدد المراحل حيث يعطي D1-D8 ثنائيات و 16 مكثفًا 100 uF / 400v يجب توصيلها لتحقيق 2.5 ك.ف.

باستخدام الصيغة

الناتج = مربع 2 × 230 × 16/2

= الجذر التربيعي 2 × 230 × 8

= 2.5 كيلو فولت (تقريبًا)

في المعادلة أعلاه ، يشير 16/2 إلى عدم وجود مكثفات / 2 يعطي عدد المراحل.

2 أمثلة عملية

1. مثال عملي لدائرة مضاعف الجهد لإنتاج تيار مستمر عالي الجهد من إشارة التيار المتردد.

رسم تخطيطي يوضح دائرة مضاعف الجهد

رسم تخطيطي يوضح دائرة مضاعف الجهد

يتكون النظام من وحدة مضاعف جهد 8 مراحل. تستخدم المكثفات لتخزين الشحنة بينما تستخدم الثنائيات للتصحيح. عندما يتم تطبيق إشارة التيار المتردد ، نحصل على جهد عبر كل مكثف ، والذي يتضاعف تقريبًا مع كل مرحلة. وهكذا عن طريق قياس الجهد عبر 1شارعمرحلة مضاعف الجهد والمرحلة الأخيرة نحصل على المطلوب الجهد العالي . نظرًا لأن الناتج جهد عالي جدًا ، فلا يمكن قياسه باستخدام مقياس متعدد بسيط. لهذا السبب ، يتم استخدام دائرة مقسم الجهد. يتكون مقسم الجهد من 10 مقاومات متصلة في سلسلة. يتم أخذ الإخراج عبر آخر مقاومين. وبالتالي يتم ضرب الناتج الذي تم الحصول عليه في 10 للحصول على الناتج الفعلي.

2. مولد ماركس

مع تطور إلكترونيات الحالة الصلبة ، أصبحت أجهزة الحالة الصلبة أكثر ملاءمة لتطبيقات الطاقة النبضية. يمكنهم تزويد أنظمة الطاقة النبضية بالاكتناز والموثوقية ومعدل التكرار العالي والعمر الطويل. يؤدي ارتفاع مولدات الطاقة النبضية باستخدام أجهزة الحالة الصلبة إلى إزالة قيود المكونات التقليدية ويعد بتكنولوجيا الطاقة النبضية لاستخدامها على نطاق واسع في التطبيقات التجارية. ومع ذلك ، فإن أجهزة تبديل الحالة الصلبة مثل MOSFET أو الترانزستور ثنائي القطب المعزول بالبوابة (IGBT) المتوفرة الآن مصنفة حتى بضعة كيلو فولت فقط.

تتطلب معظم أنظمة الطاقة النبضية معدلات جهد أعلى بكثير. معدل ماركس عبارة عن دائرة فريدة مخصصة لمضاعفة الجهد ، كما هو موضح أدناه. تقليديا ، استخدمت فجوات شرارة كمفاتيح ومقاومات كعوازل. لذلك ، كان لها عيوب من انخفاض معدل التكرار وقصر العمر وعدم الكفاءة. في هذا البحث ، تم اقتراح مولد ماركس الذي يستخدم أجهزة الحالة الصلبة للجمع بين مزايا كل من مفاتيح أشباه الموصلات الكهربائية ودوائر ماركس. وهي مصممة لزرع أيونات مصدر البلازما (PSII) [1] وللمتطلبات التالية: 555 عداد الوقت يعمل

مولد ماركس الحديث باستخدام MOSFET

لقراءة الجهد والفترة الزمنية ، يرجى الرجوع إلى فرز شاشة CRO.

  • من الوحدة التجريبية للجهد المنخفض أعلاه ، نجد مدخلات 15 فولت ، ودورة عمل 50٪ عند النقطة A تذهب (–Ve) أيضًا فيما يتعلق بالأرض. ومن ثم يجب استخدام ترانزستور عالي الجهد للجهد العالي. خلال هذا الوقت ، يتم شحن جميع المكثفات C1 و C2 و C4 و C5 كما تظهر عند C حتى 12 فولت لكل منها.
  • ثم من خلال دورة التبديل المناسبة C1 و C2 و C4 و C5 ، يتم توصيل سلسلة من خلال MOSFETs.
  • وهكذا نحصل على جهد نبضي (-Ve) يبلغ 12 + 12 + 12 + 12 = 48 فولت عند النقطة D

تطبيق مولدات ماركس - تيار مستمر عالي الجهد بواسطة مبدأ مولد ماركس

كما نعلم من خلال مبدأ ماركس للمولدات ، يتم ترتيب المكثفات بالتوازي لشحنها ثم توصيلها بسلسلة لتطوير جهد عالي.

يتكون النظام من مؤقت 555 يعمل في وضع مستقر يوفر نبضة خرج مع دورة عمل بنسبة 50٪. يتكون النظام من مرحلة الضرب الكلية المكونة من 4 مراحل ، حيث تتكون كل مرحلة من مكثف ، و 2 صمامات ثنائية ، و MOSFET كمفتاح. تستخدم الثنائيات لشحن المكثف. نبضة عالية من تعمل 555 ساعة الثنائيات وكذلك optoisolators التي بدورها توفر نبضات تحفيز لكل MOSFET. وبالتالي فإن المكثفات متصلة بالتوازي أثناء شحنها حتى جهد الإمداد. ينتج عن النبض المنطقي المنخفض من المؤقت أن تكون مفاتيح MOSFET في حالة إيقاف التشغيل وبالتالي يتم توصيل المكثفات في سلسلة. تبدأ المكثفات في التفريغ ويتم إضافة الجهد عبر كل مكثف ، مما ينتج عنه جهدًا يزيد 4 مرات عن جهد التيار المستمر.