Apa sajakah cara untuk meningkatkan pengganda tegangan?


18

Saya sedang mengerjakan catu daya Nixie, tetapi saya ingin memperbaikinya.

  • Saya memiliki baterai 4x9V secara seri dengan total 36V untuk diaktifkan di pengganda.
  • A (TTL) timer 555 berjalan astable dari hanya baterai 9V pertama yang menghasilkan gelombang persegi 8,5 ish volt, 10kHz (atau frekuensi apa pun yang Anda inginkan, saya kira), kira-kira. 50% tugas.
  • Output 555 mendorong gerbang N-channel BS170 MOSFET .
  • The MOSFET saluran terhubung hingga 36V melalui resistor sekitar 1.2kΩ. Perlawanan ini harus serendah mungkin untuk mendorong arus ke:
  • pengganda Cockcroft-Walton 6-tahap , yang menghasilkan keluaran 220VDC yang bagus tanpa beban. Sayangnya, itu merosot ke sekitar 155VDC ketika dimuat oleh resistor 47kΩ secara seri dengan tabung.

Skema

IN-14 didorong dari pengali 36V

Hal yang saya sukai dari sirkuit ini:

  • Ini Bekerja ™
  • Itu dapat dibangun oleh bagian-bagian yang sangat umum yang mungkin saya miliki, misalnya:
  • Tidak memerlukan induktor.
  • Tidak memerlukan IC khusus seperti boost converter.
  • Ini hanya membutuhkan kapasitor dan dioda dengan nilai tegangan untuk menangani setiap tahap, bukan shebang penuh.
  • Ini crash Multisim.

Hal yang tidak saya sukai dari sirkuit ini:

  • Tegangan output melorot ke ~ 155VDC hanya di bawah ~ beban 600μA.
  • Saya terlalu bodoh untuk memikirkan cara yang lebih baik untuk beralih 36V di pengganda:
  • Sementara output timer 555 tinggi, saya membuang lebih dari 1W melintasi resistor drain hanya untuk menggerakkan pengali.
  • Tegangan input pengali terhambat oleh resistor pembuangan.

Bagaimana bisa saya:

  • melakukan perbaikan yang dapat memungkinkan ~ 10mA dipasok dengan kurang dari 40V penurunan output pasokan?

Saya telah mencoba:

  • Mengganti bagian driver MOSFET dengan sesuatu seperti ini:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Saya bersulang beberapa transistor mencoba inverter ini. Seperti yang ditunjukkan, gerbang inverter ditarik hingga 36V oleh resistor 10kΩ. Mungkinkah waktu pengisian gerbang adalah yang menghancurkan transistor?

EDIT: Saya baru menyadari bahwa peringkat maksimum untuk sumber tegangan gerbang pada kedua FET inverter adalah ± 20V. Itu akan menjelaskan mengapa mereka digoreng. Hmm, mungkin bukannya 10kΩ tunggal, saya bisa membuat pembagi tegangan untuk mendorong setiap gerbang secara terpisah?

Karena alasan ini, pengganda CW dengan sejumlah besar tahapan hanya digunakan jika arus keluaran yang relatif rendah diperlukan. Efek-efek ini dapat dikompensasi sebagian dengan meningkatkan kapasitansi pada tahap yang lebih rendah, dengan meningkatkan frekuensi daya input dan dengan menggunakan sumber daya AC dengan bentuk gelombang persegi atau segitiga.

  • mempelajari desain catu daya Nixie populer lainnya, seperti ini .

Saya menduga bahwa beralih 36V di pengganda lebih efisien akan pergi jauh ke arah peningkatan kinerja.

EDIT / RINGKASAN: Mengalihkan 36V melintasi pengali secara lebih efisien berarti meningkatkan kinerja. Seperti yang disarankan beberapa orang, sesuatu yang disebut "push-pull" adalah perbaikan cepat di sini. Inverter CMOS dengan gerbang yang digerakkan secara terpisah membuat pompa pengisian jauh lebih efektif:

555 beralih 36V lebih efektif melalui push-pull

Pasokan sekarang berdiri di ~ 216VDC ketika dimuat dengan dua tabung, peningkatan besar:

Beban yang jauh lebih besar didukung


Anda mungkin mempersingkat dua FET pada konfigurasi push / pull Anda. Akan ada saat di mana kedua perangkat akan hidup dan menembak melalui akan terjadi.
Wesley Lee

@WesleyLee Saya pikir saya mengendarai gerbang dengan voltase melebihi dua kali nilai maksimum absolutnya, tapi saya pikir Anda benar bahkan jika itu bisa menangani voltase itu. Seperti yang saya katakan di OP, 10k & Omega; resistor mungkin mengisi gerbang terlalu lambat, menyebabkan terlalu banyak tembakan.
Yankee

1
Wesley benar. Hanya membatasi drive gerbang tidak akan berhasil. Katakanlah Vgs (on) adalah 5V untuk masing-masing, yang berada di sisi atas untuk semua kecuali FET paling kuno. Yang meninggalkan jarak 25V pada sinyal pertama di mana kedua FET berada. Itu banyak hubungan arus pendek. Mengemudi FET seperti ini dengan kapabilitas daya membutuhkan waktu mati dalam sinyal drive dan dapat mencapai beberapa hingga puluhan mikro-detik.
Asmyldof

1
Perlu diketahui juga bahwa output 2 ~ 5mA di atas baterai mungkin mulai secara signifikan menolak arus puncak yang diperlukan, yang juga akan menyebabkan droop pada output, karena jenis baterai ini terkenal buruk dalam menangani arus yang layak.
Asmyldof

Jawaban:


6

Anda perlu membuang Rd dari skema pertama Anda, dan menggunakan output push-pull impedansi rendah seperti pada skema kedua Anda. Namun, seperti yang Anda katakan dengan benar, 36v akan memanggang gerbang 20v Vgs FET. Ada beberapa fets dengan Vgsmax lebih besar dari 20v, dan tidak ada yang sepengetahuan saya dengan lebih dari 30v.

Di antara opsi yang digunakan

a) pemindah level yang sesuai untuk mengontrol gerbang FET, bipolar kecil akan bekerja dengan baik di sini
b) transformator drive gerbang (meskipun biasanya hanya digunakan untuk aplikasi daya yang lebih tinggi)
c) bagaimana dengan drive tarik-tarik 18v dari dua baterai, tetapi dalam tarik, seperti ini ...

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Saya telah mengilustrasikan 4 tahap di sini, ekstensi ke lebih banyak tahapan sudah jelas.

Sekarang, saya belum menghubungkan kapasitor atas. Ada dua opsi

a) Gaya Cockcroft Walton, di mana Anda dibatasi oleh tegangan maksimum. Di sini, Anda akan menghubungkan C5 ke persimpangan D1 / D2. Hal ini memungkinkan tegangan rendah di setiap kapasitor, tetapi menghasilkan impedansi output yang tinggi. Juga dikenal sebagai cascade Villard, meskipun diciptakan oleh Greinacher.

b) Gaya pompa pengisian Dickson, yang menghasilkan impedansi keluaran yang jauh lebih rendah. C5 menghubungkan kembali ke ujung C2 yang digerakkan. Ini berarti C5 membutuhkan peringkat tegangan yang lebih tinggi, tetapi jika Anda bisa mendapatkan tutup dengan peringkat tegangan yang sesuai dengan harga murah, biasanya tersedia 250v atau bahkan 400v, maka konfigurasi ini memiliki tegangan yang jauh lebih rendah dengan arus.


1
Ada peningkatan lebih lanjut yang saya gunakan dalam desain saya yang belum saya ilustrasikan dalam skema. Seperti dalam skema Anda, saya telah mendasarkan pengganda dari ground, jadi bawa D1 saya ke ground. Jika alih-alih titik itu dibawa ke rail, maka Anda mendapatkan nilai tegangan output keseluruhan rail gratis. Impedansi keluaran - Cockroft Walton meningkat karena jumlah tahapan yang dikuadratkan, konfigurasi 'all caps back to driver' saya hanya meningkat secara linier dengan jumlah tahapan, penghematan besar untuk sejumlah besar tahapan.
Neil_UK

1
dari halaman itu, ini adalah cara untuk mendorong push-pull MOSFET - talkingelectronics.com/projects/MOSFET/images/PushPull_12v.gif . Menggunakan versi penguat audio (yang dengan 'rantai dioda'?) Terlalu rumit dan memenuhi persyaratan lain.
Neil_UK

1
Dari cockroft-walton, berkonsentrasilah pada rantai dioda sejenak. Sekarang hubungkan bagian bawah ke tanah (atau rel untuk leg-up satu rel gratis) dan bagian atas ke output. Sekarang perhatikan bahwa node alternatif didorong dalam anti-fase. Sekarang lepaskan ujung 'didorong' masing-masing kapasitor, dan bawa mereka kembali dalam dua kelompok. Sekarang kendarai kedua kelompok dalam anti-fase, antiphase itu dapat di-ground dan sinyal AC, seperti pada cockroft-walton asli, atau bisa juga dua sinyal AC anti-fase, yang memberi Anda ayunan tegangan dua kali lebih banyak untuk rel Anda .
Neil_UK

1
Anda tidak harus menggunakan BJT, Anda bisa menggunakan FET. Namun, FET kecil mudah meledak, dan dalam banyak hal, BJT lebih mudah bias untuk hal-hal seperti pemindah level. Bagus sekali untuk menemukan nama 'Pengganda Dickson', itulah yang saya pikirkan.
Neil_UK

2
kapan saja, senang bisa membantu. Ini adalah jenis hal yang kami gunakan untuk membuat pengganda Dickson kecil, dua saluran, tegangan tinggi, output drive sangat tinggi saat ini, mudah dikendarai dengan logika, dan mungil. maximintegrated.com/en/products/power/power-switching/…. Terima jawaban jika Anda menganggapnya berguna
Neil_UK

2

RD36V

Tapi pastikan itu

  • VDS,mSebuahx
  • sayaD,mSebuahx

Saya menghargai solusi yang menggunakan induktor, tetapi saya tidak punya solusi. Terima kasih atas jawaban Anda!
Yankee

3
@Yankee: tip: jika Anda memiliki lampu neon kompak yang rusak, Anda bisa mendapatkan induktor yang bagus yang mungkin cocok untuk keperluan Anda dari electonics yang disembunyikan di dalam soket plastik (induktor kemungkinan bukan bagian yang rusak); pastikan untuk tidak memecahkan tabung gelas. Nilai induktansi mungkin dalam kisaran beberapa mH. Lihat induktor di sebelah kanan dalam gambar ini diberi label "3.5mH"
Curd

1
Itu luar biasa. Saya pasti akan mengingatnya jika saya dalam keadaan darurat. Sayangnya, semua lampu di apartemen saya adalah LED!
Yankee

1

36 V di gerbang akan menghancurkan perangkat. Anda perlu menemukan sirkuit penggerak MOSFET yang tepat.

|VGSS|<20 V

R13.3 kΩ


Push-pull adalah tujuan saya dan ini berhasil. Maaf karena tidak memilih jawaban Anda, saya pergi dengan orang yang membantu saya memahami apa itu push-pull, karena saya belum pernah melihat itu sebelumnya hari ini. Terima kasih atas jawabannya.
Yankee

@Yankee Saya menyarankan push-pull dengan transistor bipolar normal, bukan MOSFET. (Tidak masalah :-)
skvery

Di luar situasi yang melibatkan amplifier, mengapa push-pull biasanya dilakukan dengan BJT, dan bukan FET? @Neil_UK berkata, dengan sedikit parafrase, "menggunakan BJT tidak perlu, tetapi FET bisa gagal dengan cara yang tidak terduga, dan BJT bisa lebih mudah bias." Adakah alasan lain mengapa BJT sebaiknya memilih dan menghapus muatan pada gerbang FET, vs. hanya menggunakan FET lainnya? Saya hanya berpikir itu aneh bahwa saya benar-benar tidak menemukan satu pun contoh FET yang digunakan untuk menggerakkan gerbang FET lain sambil belajar tentang "push-pull."
Yankee

0

sebagai pengali tegangan, output arusnya berbanding terbalik dengan output tegangannya. jadi untuk meningkatkan output saat ini, Anda memiliki dua pilihan, tanpa melangkah keluar topologi:

1) meningkatkan drive saat ini: 555 dapat memberikan 200mA dan bs170 Anda beberapa ma. Anda bisa mencoba pengikut emitor sebagai penyangga; atau pengemudi yang berdedikasi;

2) meningkatkan tegangan drive: jalankan semuanya setinggi mungkin dari tegangan;

jika saya jadi Anda, saya akan mencoba mengendarai pengganda secara langsung dengan 555 terlebih dahulu. jika itu tidak memberikan arus yang cukup, pikirkan pendekatan yang berbeda, seperti konverter step-up.


Mengemudi pengganda langsung dari 555 adalah hal pertama yang saya coba. Masalahnya bukan kemampuan output 555 saat ini, tetapi tegangan output maksimum. Saya membutuhkan terlalu banyak tahapan dalam pengali dan tidak pernah mencapai 200V. Tegangan sebenarnya mulai turun kembali setelah sekitar tahap ke-15 lol.
Yankee

0

Baterai apa yang Anda gunakan? Resistansi internal baterai 9V bisa sangat tinggi. Saya pikir alkali yang normal hanya dapat menyediakan sekitar 3 Amps karena itu. 36V * 3A / 220V sekitar 500mA pada output tanpa mempertimbangkan kerugian di sirkuit. Saya pikir rechargeables dapat bekerja lebih baik.


Ini hanya menjalankan baterai pabrik 9V. Untuk kasus penggunaan umum yang mungkin menjadi perhatian, tetapi dalam kasus khusus saya, saya menggambar kurang dari 20mA dari akhir pengganda.
Yankee
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.