Схемы выпрямления с умножением напряжения

Схемами умножения напряжения называют выпрямительные схемы, выходное напряжение которых в несколько раз больше амплитудного напряжения вторичной обмотки трансформатора. В качестве дополнительных источников э. д. с. в этих схемах исполь­зуют конденсаторы, периодически заряжаемые с помощью диодов.

Простейшей из схем умножения напряжения является однополупериодная схема удвоения (рисунок 3.24), состоящая из элементов, образующих два однополупериодных выпрямителя. Первый из этих выпрямителей состоит из диода VD1, конденсатора C1 и резистора R1, а второй - из конденсатора С1, диода VD2, конденсатора С2 и нагрузки R_н.

В течение полупериода, когда потенциал точки а отрицательный, а потенциал точки б -положительный, конденсатор С1 заряжается через диод VD1 и ограничивающий резистор R1 до напряжения U_2т. В течение следующего полупериода, когда потенциал точки а ста­новится положительным, а потенциал точки б - отрицательным, вторичная обмотка трансформатора Т оказывается соединенной с конденсатором С1 таким образом, что напряжение их сумми­руется. Под воздействием этого напряжения конденсатор С2 заряжается через диод VD2 до напряжения 2U_2т- Конденсатор С2 заряжается только 1 раз за период, поэтому схема является однополупериодной. От обычной однополупериодной схемы с емкостной нагрузкой эта схема отличается удвоенным значением выходного напряжения.

Основным недостатком схемы является то, что частота пуль­сации в ней равна частоте питающего напряжения.

Двухполупериодная схема выпрямления с удвоением напряже­ния (рисунок 3.25) состоит как бы из двух однополупериодных выпрямителей, соединенных между собой последовательно и работающих на одну общую нагрузку. Первый выпрямитель состоит из диода VD1 и конденсатора С1, а второй выпря­миттель - из диода VD2 и конденсатора С2. Нагрузка R_н включена параллельно двум последовательно соединенным конденсаторам С1 и С2.

Рис. 3.24 . Однополупериодная схема удвоения

Рис. 3.25. Двухполупериодная схема удвоения (а) и зависимости напряжений и токов от времени (б-д)

В течение одного полупериода напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т, когда в точке а положительный потенциал, а в точке б - отрицательный, конденсатор С1 заряжается

через диод VD1 почти до напряжения U_2m, а в течение следующего полупериода через диод VD2 заряжается конденсатор С2 также почти до напряжения U_2т. Так как конденсаторы С1 и С2 соединены последовательно, то на нагрузке будет напряжение почти 2U_2т.

Вынужденное намагничивание сердечника трансформатора Т отсутствует и выпрямление двухполупериодное, а частота пуль­сации в 2 раза выше частоты питающего напряжения.

По сравнению с другими схемами двухполупериодного выпрям­ления основным преимуществом схемы удвоения является воз­можность получения напряжения в 2 раза большего, чем в мостовой схеме выпрямления, и в 4 раза большего, чем в двухполупериодной схеме выпрямления при одном и том же напряжении вторичной обмотки трансформатора.

К недостаткам схем удвоения относится значительное выходное сопротивление выпрямителя.

Рассмотрим схему умножения для высоковольтного напряжения, используемые радиотехнических системах.

При напряжении питающей сети переменного тока 220 В пос­тоянное выходное напряжение составляет 3240 В без нагрузки и 3000 В при нагрузке 1 А. Потребляемая нагрузкой мощность со­ставляет 3 кВт. При испытании в качестве нагрузки использовался набор из мощных резисторов суммарным сопротивлением 3 кОм и общей мощностью 3 кВт. Эту мощность можно потреблять от блока питания довольно продолжительное время, не опасаясь перегрева его деталей (например, работать в ЧМ режиме). Общая масса блока питания составляет 5,8 кг, что значительно меньше массы аналогичного трансформаторного блока.

Схема умножителя симметричная, двухполупериодная приведена на рис.3.26. Каждое плечо обеспечивает пятикратное умножение напряжения сети. Во избежание неприятностей, рабочее напряжение исполь­зуемых конденсаторов должно выбираться с достаточным запасом.