วิธีปรับปรุงตัวคูณแรงดันไฟฟ้ามีวิธีอะไรบ้าง?

ฉันกำลังทำงานกับแหล่งจ่ายไฟ Nixie แต่ฉันต้องการปรับปรุง

• ฉันมีแบตเตอรี่ 4x9V เป็นชุดรวมเป็น 36V เพื่อสลับเป็นตัวคูณ
• ตัวจับเวลา A (TTL) 555ใช้งานได้ดีจากแบตเตอรี่ 9V แรกเท่านั้นที่สร้างคลื่นสี่เหลี่ยม 8.5 โวลต์ 10kHz (หรือความถี่ใด ๆ ที่คุณต้องการ ภาษี 50%
• 555 เอาท์พุทไดรฟ์ประตูนั้นN-ช่อง BS170 MOSFET
• MOSFETท่อระบายน้ำที่เชื่อมต่อถึง 36V ผ่านตัวต้านทาน1.2kΩประมาณ ความต้านทานนี้จะต้องต่ำที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ที่จะผลักดันในปัจจุบัน:
• Cockcroft-Walton ตัวทวีคูณ 6 ขั้นตอนซึ่งสร้างเอาต์พุตที่ดี ~ 220VDC โดยไม่โหลด น่าเสียดายที่มันมีค่าประมาณ 155VDC เมื่อโหลดโดยตัวต้านทาน47kΩในซีรีย์ที่มีหลอด

สิ่งที่ฉันชอบเกี่ยวกับวงจรนี้:

• มันทำงาน™
• มันสามารถสร้างได้จากชิ้นส่วนที่พบได้บ่อยมากที่ฉันมีอยู่ในมือเช่น:
• มันไม่จำเป็นต้องมีตัวเหนี่ยวนำ
• มันไม่ต้องการ IC พิเศษเช่นตัวแปลงบูสต์
• มันต้องมีเพียงตัวเก็บประจุและไดโอดที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าเพื่อจัดการแต่ละขั้นตอนไม่ใช่เต็มรูปแบบ
• มันขัดข้อง Multisim

สิ่งที่ฉันไม่ชอบเกี่ยวกับวงจรนี้:

• แรงดันไฟฟ้าขาออกลดลงเหลือ ~ 155VDC ภายใต้โหลดเพียง ~ 600μA
• ฉันโง่เกินกว่าที่จะคิดวิธีที่ดีกว่าในการสลับ 36V ข้ามตัวคูณ:
• ในขณะที่เอาท์พุทตัวจับเวลา 555 สูงฉันต้องเสียมากกว่า 1W ทั่วตัวต้านทานการระบายน้ำเพื่อขับตัวคูณ
• แรงดันไฟฟ้าอินพุตทวีคูณถูกขัดขวางโดยตัวต้านทานการระบายน้ำ

ฉันสามารถ:

• ทำการปรับปรุงที่สามารถเปิดใช้งาน ~ 10mA ให้มีแหล่งจ่ายน้อยกว่า 40V หรือไม่

ฉันเหนื่อย:

• การแทนที่ส่วนไดรเวอร์ MOSFET ด้วยสิ่งนี้:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ฉันได้ลองทรานซิสเตอร์สองสามตัวลองอินเวอร์เตอร์นี้ ดังที่แสดงให้เห็นว่าประตูของอินเวอร์เตอร์นั้นถูกดึงได้สูงถึง 36V โดยตัวต้านทาน10kΩ เป็นไปได้ไหมที่เวลาชาร์จประตูเป็นสิ่งที่ทำลายทรานซิสเตอร์?

แก้ไข: ฉันเพิ่งตระหนักว่าการจัดอันดับสูงสุดสำหรับแรงดันไฟฟ้าเกตแหล่งที่มาของอินเวอร์เตอร์ FET ทั้งสองคือ± 20V นั่นจะอธิบายว่าทำไมพวกเขาจึงทอด อืมอาจจะแทนที่จะเป็น 10k single เดียวฉันสามารถสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเพื่อแยกแต่ละประตูได้หรือไม่?

• อ่านบทความ Wikipediaเกี่ยวกับวิธีการปรับปรุง:

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ CW แบบทวีคูณที่มีจำนวนมากของขั้นตอนจะใช้เฉพาะในกรณีที่จำเป็นต้องใช้กระแสไฟขาออกที่ค่อนข้างต่ำ เอฟเฟกต์เหล่านี้สามารถชดเชยบางส่วนได้โดยการเพิ่มความจุในช่วงล่างโดยการเพิ่มความถี่ของกำลังไฟฟ้าเข้าและโดยใช้แหล่งจ่ายไฟ AC ที่มีรูปคลื่นหรือรูปสามเหลี่ยม

• เรียน Nixie ออกแบบแหล่งจ่ายไฟที่นิยมอื่น ๆเช่นนี้

ฉันสงสัยว่าการเปลี่ยน 36V ในตัวคูณมีประสิทธิภาพมากขึ้นจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ

แก้ไข / สรุป: การสลับ 36V ข้ามตัวคูณมีประสิทธิภาพมากขึ้นไปอีกไกลเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ ตามที่หลายคนแนะนำสิ่งที่เรียกว่า "push-pull" เป็นวิธีแก้ไขปัญหาอย่างรวดเร็วที่นี่ อินเวอร์เตอร์ CMOS พร้อมประตูแยกที่แยกกันทำให้ปั๊มประจุมีประสิทธิภาพมากขึ้น:

แหล่งจ่ายอยู่ที่ ~ 216VDC เมื่อโหลดด้วยสองหลอดการปรับปรุงครั้งใหญ่:

คุณจำเป็นต้องทิ้ง Rd จากแผนผังแรกของคุณและใช้เอาต์พุตพุชแบบ pull-impedance ต่ำเช่นเดียวกับในแผนผังที่สองของคุณ อย่างไรก็ตามตามที่คุณพูดถูกต้อง 36v จะได้รับ 20v Vgs FETs มี fets เพียงไม่กี่ตัวที่มี Vgsmax มากกว่า 20v และไม่มีความรู้ของฉันที่มีมากกว่า 30v

ในบรรดาตัวเลือกที่จะใช้

a) ตัวเปลี่ยนระดับที่เหมาะสมในการควบคุมประตู FET, ไบโพลาร์ขนาดเล็กจะทำงานได้ดีที่นี่
b) หม้อแปลงไดรฟ์เกต (แม้ว่าโดยปกติจะใช้สำหรับการใช้งานพลังงานที่สูงกว่า)
ค) ไดรฟ์แบบผลักดัน 18v จากแบตเตอรี่สองก้อน ดึงแบบนี้ ...

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ฉันได้แสดง 4 ขั้นตอนที่นี่ส่วนขยายไปยังระยะเพิ่มเติมเห็นได้ชัด

ตอนนี้ฉันไม่ได้เชื่อมต่อตัวเก็บประจุด้านบน มีสองตัวเลือก

a) Cockcroft Walton stylee ที่ซึ่งคุณถูก จำกัด ด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงสุด ที่นี่คุณจะต้องเชื่อมต่อ C5 กับทางแยก D1 / D2 สิ่งนี้ช่วยให้แรงดันไฟฟ้าต่ำผ่านตัวเก็บประจุแต่ละตัว แต่ส่งผลให้เกิดความต้านทานเอาต์พุตสูง ยังเป็นที่รู้จักกันในนามวิลลาร์ดน้ำตกแม้คิดค้นโดย Greinacher

b) สไตล์ปั๊มของ Dickson ซึ่งส่งผลให้เกิดความต้านทานเอาต์พุตที่ต่ำกว่ามาก C5 เชื่อมต่อกลับไปยังจุดสิ้นสุดการขับเคลื่อนของ C2 ซึ่งหมายความว่า C5 ต้องมีระดับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า แต่ถ้าคุณสามารถใช้แคปที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมในราคาถูกมีให้ใช้กันทั่วไปคือ 250v หรือ 400v การกำหนดค่านี้จะมีแรงดันไฟฟ้าตกกระแสต่ำกว่ามาก

$R_D$$\gg 36V$

แต่ให้แน่ใจว่า

• $V_{DS,max}$
• $I_{D,max}$

36 V ที่ประตูจะทำลายอุปกรณ์ คุณจำเป็นต้องค้นหาวงจรขับมอสเฟตที่เหมาะสม

$|V_{GSS}| < 20~V$

$R_1$$3.3 ~k\Omega$

ในฐานะที่เป็นตัวคูณแรงดันเอาท์พุทในปัจจุบันมีความสัมพันธ์ตรงกันข้ามกับแรงดันเอาท์พุท ดังนั้นเพื่อเพิ่มเอาต์พุตปัจจุบันคุณมีสองทางเลือกโดยไม่ต้องใช้ทอพอโลยี:

1) เพิ่มไดรฟ์ปัจจุบัน: 555 สามารถส่ง 200ma และ bs170 ของคุณไม่กี่ ma คุณสามารถลองผู้ติดตามอีซีแอลเป็นบัฟเฟอร์; หรือไดรเวอร์เฉพาะ

2) เพิ่มแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์: เรียกใช้ทุกสิ่งที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุดเท่าที่จะทำได้

ถ้าฉันเป็นคุณฉันจะลองขับทวีคูณโดยตรงกับ 555 ก่อน ถ้านั่นยังไม่เพียงพอในปัจจุบันให้ลองนึกถึงแนวทางอื่นเช่นตัวแปลงแบบก้าวขึ้น

คุณใช้แบตเตอรี่ชนิดใด ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ 9V นั้นค่อนข้างสูง ฉันคิดว่าอัลคาไลน์ปกติสามารถให้ได้ประมาณ 3 แอมป์เพราะสิ่งนั้น 36V * 3A / 220V อยู่ที่ประมาณ 500mA ที่เอาต์พุตโดยไม่พิจารณาการสูญเสียในวงจร ฉันคิดว่ารีชาร์จสามารถทำงานได้ดีขึ้น