Jakie są sposoby poprawy mnożnika napięcia?

18

Pracuję nad zasilaczem Nixie, ale chciałbym go ulepszyć.

  • Mam szeregowe akumulatory 4x9V, które łącznie można przełączać między mnożnikiem 36V.
  • (TTL) 555 pracuje astable tylko z pierwszej baterii 9V do wygenerowania 8,5-owski V fali prostokątnej, 10 kHz (lub dowolną częstotliwość, jak sądzę), ok. 50% cła.
  • Wyjście 555 steruje bramką N-kanałowego MOSFET-a BS170 .
  • MOSFET odpływowy jest podłączony do 36V przez rezystor ok 1.2kΩ. Rezystancja ta musi być możliwie jak najniższa, aby przepchnąć prąd do:
  • 6-stopniowy multiplikator Cockcroft-Walton , który wytwarza ładne ~ 220 VDC bez obciążenia. Niestety spada do około 155 VDC, gdy jest obciążony rezystorem 47 kΩ szeregowo z lampą.

Schematyczny

IN-14 napędzany z multiplikatora 36 V.

Co lubię w tym obwodzie:

  • Działa ™
  • Może być zbudowany z bardzo powszechnych części, które prawdopodobnie mam pod ręką, np .:
  • Nie wymaga cewek indukcyjnych.
  • Nie wymaga wyspecjalizowanych układów scalonych, takich jak przetworniki podwyższające napięcie.
  • Wymaga tylko kondensatorów i diod o napięciu znamionowym do obsługi każdego stopnia, a nie pełnego snopu.
  • Awarie Multisim.

Czego nie lubię w tym obwodzie:

  • Napięcie wyjściowe spada do ~ 155 V DC przy obciążeniu ~ 600 μA.
  • Jestem zbyt głupi, aby wymyślić lepszy sposób na przełączenie 36 V w mnożniku:
  • Podczas gdy moc wyjściowa timera 555 jest wysoka, tracę ponad 1W na rezystorze drenażowym tylko po to, aby napędzać wzmacniacz.
  • Napięcie wejściowe powielacza jest utrudnione przez rezystor spustowy.

Jak mogę:

  • wprowadzić ulepszenia, które mogą umożliwić pozyskiwanie ~ 10 mA przy spadku mocy poniżej 40 V?

Próbowałem:

  • Zastąpienie sekcji sterownika MOSFET czymś takim:

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab

Próbowałem tego falownika przez kilka tranzystorów. Jak pokazano, bramki falownika są podciągane do 36 V przez rezystor 10 kΩ. Czy to możliwe, że czas ładowania bramki jest tym, co zniszczyło tranzystory?

EDYCJA: Właśnie zdałem sobie sprawę, że maksymalne wartości napięcia źródła bramkowego na obu tranzystorach polowych FET wynoszą ± 20 V. To by tłumaczyło, dlaczego smażyli. Hmm, może zamiast pojedynczego 10kΩ mógłbym zrobić dzielnik napięcia do napędzania każdej bramki osobno?

Z tych powodów multiplikatory CW z dużą liczbą stopni są stosowane tylko tam, gdzie wymagany jest stosunkowo niski prąd wyjściowy. Efekty te można częściowo skompensować poprzez zwiększenie pojemności w niższych stopniach, zwiększenie częstotliwości mocy wejściowej oraz zastosowanie źródła prądu przemiennego o kształcie fali kwadratowej lub trójkątnej.

  • studiowanie innych popularnych projektów zasilaczy Nixie, takich jak te .

Podejrzewam, że bardziej wydajne przełączanie 36 V w multiplikatorze znacznie poprawi wydajność.

EDYCJA / PODSUMOWANIE: Skuteczniejsze przełączanie 36 V w multiplikatorze przeszło długą drogę do poprawy wydajności. Jak zasugerowało kilka osób, coś, co nazywa się „push-pull”, było szybkim rozwiązaniem. Falownik CMOS z osobno napędzanymi bramkami sprawia, że ​​pompa ładująca jest znacznie bardziej efektywna:

555 skuteczniejsze przełączanie 36 V za pomocą push-pull

Zasilanie wynosi teraz ~ 216 VDC przy obciążeniu dwiema lampami, co stanowi ogromną poprawę:

Obsługiwane są znacznie większe obciążenia

Jankes
źródło
Prawdopodobnie zwarłeś dwa FET w konfiguracji push / pull. Nastąpi moment, w którym oba urządzenia będą włączone i nastąpi strzelanie.
Wesley Lee
@WesleyLee Myślę, że to dlatego, że jeżdżę bramą przy napięciach przekraczających dwukrotność ich absolutnej maksymalnej oceny, ale myślę, że masz rację, nawet jeśli poradzi sobie z tymi napięciami. Jak powiedziałem w OP, 10k i Omega; rezystor może zbyt wolno ładować bramy, powodując zbyt duże wystrzelenie.
Yankee
1
Wesley ma rację. Ograniczenie napędu bramy nie wystarczy. Powiedzmy, że Vgs (on) wynosi 5 V dla każdego, co jest bardzo wysokie dla wszystkich oprócz najstarszych FET. Pozostawia to 25 V zakresu pierwszego sygnału, przy którym oba FET są włączone. To dużo zwarć. Prowadzenie takich tranzystorów polowych z wykorzystaniem mocy wymaga pewnego czasu martwego w sygnałach sterujących i może trwać od kilku do kilkudziesięciu mikrosekund.
Asmyldof
1
Należy również pamiętać, że powyżej 2 ~ 5mA akumulatory mogą zacząć znacznie opierać się wymaganym prądom szczytowym, co nadal spowoduje spadek mocy również na wyjściu, ponieważ tego rodzaju akumulatory są bardzo złe w radzeniu sobie z przyzwoitymi prądami.
Asmyldof

Odpowiedzi:

6

Musisz porzucić Rd z pierwszego schematu i użyć wyjścia push-pull o niskiej impedancji, jak na drugim schemacie. Jednak, jak słusznie powiesz, 36v wzniesie toast za bramki FET 20 Vgs. Jest kilka fet z Vgsmax większym niż 20v i żaden z mojej wiedzy z więcej niż 30v.

Wśród opcji są do użycia

a) odpowiednie przełączniki poziomu do sterowania bramkami FET, małe dwubiegunowe działałyby tutaj dobrze
b) transformator napędu bramkowego (choć zwykle stosowany tylko w aplikacjach o większej mocy)
c) jak około 18v napęd push-pull z dwóch akumulatorów, ale w push- ciągnij, tak ...

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab

Zilustrowałem tutaj 4 etapy, rozszerzenie na kolejne etapy jest oczywiste.

Teraz nie podłączyłem górnego kondensatora. Istnieją dwie opcje

a) Styl Cockcroft Walton, w którym ograniczane jest maksymalne napięcie. Tutaj podłączysz C5 do złącza D1 / D2. Pozwala to na niskie napięcie na każdym kondensatorze, ale powoduje wysoką impedancję wyjściową. Znany również jako kaskada Villarda, choć wynaleziony przez Greinachera.

b) Styl pompy ładującej Dickson, co powoduje znacznie niższą impedancję wyjściową. C5 łączy się ponownie z napędzanym końcem C2. Oznacza to, że C5 potrzebuje wyższego napięcia znamionowego, ale jeśli można tanio uzyskać czapki o odpowiednim napięciu znamionowym, powszechnie dostępne są 250 V, a nawet 400 V, wówczas ta konfiguracja ma znacznie niższy spadek napięcia z prądem.

Neil_UK
źródło
1
Jest jeszcze jedno ulepszenie, którego użyłem w moim projekcie, którego nie zilustrowałem na schemacie. Tak jak na twoim schemacie, oparłem mnożnik z ziemi, więc wziąłem mój D1 na ziemię. Jeśli zamiast tego punkt zostanie przeniesiony na szynę, otrzymasz za darmo dodatkową wartość napięcia wyjściowego całej szyny. Impedancja wyjściowa - Cockroft Walton wzrasta wraz ze wzrostem liczby stopni do kwadratu, moja konfiguracja „wszystkie człony z powrotem do sterownika” wzrasta tylko liniowo wraz z liczbą stopni, co stanowi dużą oszczędność dla dużej liczby etapów.
Neil_UK
1
z tej strony jest to sposób na sterowanie push-pull MOSFET - talkingelectronics.com/projects/MOSFET/images/PushPull_12v.gif . Korzystanie ze wersji wzmacniacza audio (tej z „łańcuchem diod”?) Jest zdecydowanie zbyt skomplikowane i spełnia inne wymagania.
Neil_UK
1
Z cockroft-walton przez chwilę skoncentruj się na łańcuchu diod. Teraz podłącz spód do ziemi (lub szyny, aby uzyskać swobodę nogi z jedną szyną), a górę do wyjścia. Teraz zauważ, że alternatywne węzły są sterowane przeciwfazowo. Teraz odłącz „napędzany” koniec każdego kondensatora i sprowadź je z powrotem w dwóch grupach. Teraz poprowadź obie grupy w fazie przeciwfazowej, ta antyfaza może być uziemiona i sygnał prądu przemiennego, jak w pierwotnym cockroft-walton, lub mogą to być dwa sygnały przeciwfazowe prądu przemiennego, które zapewniają dwa razy większe wahania napięcia na szynie .
Neil_UK
1
nie musisz używać BJT, możesz używać FET. Jednak małe tranzystory polowe łatwo wybuchają i na wiele sposobów BJT są łatwiejsze do odchylania w przypadku takich elementów, jak zmieniacze poziomów. Dobra robota, jeśli chodzi o znalezienie nazwy „multiplikator Dicksona”, właśnie o tym pomyślałem.
Neil_UK
2
w każdej chwili chętnie pomogę. Tak właśnie zrobiliśmy mały multiplikator Dicksona, dwa kanały, bardzo wysoki prąd wyjściowy przemiennika, łatwy w logice i mały. maximintegrated.com/en/products/power/power-switching/… Zaakceptuj odpowiedź, jeśli uznasz ją za przydatną
Neil_UK
2

Rre36V.

Ale upewnij się, że

  • V.reS.,mzax
  • jare,mzax wynosi 0,5A.
Twaróg
źródło
Doceniam rozwiązania wykorzystujące dławiki, ale nie mam ich pod ręką. Dziękuję za Twoją odpowiedź!
Yankee
3
@Yankee: wskazówka: jeśli masz zepsutą kompaktową lampę fluorescencyjną , możesz uzyskać ładny induktor, który może być idealny do twojego celu z elektroniki ukrytej w plastikowym gnieździe (induktor prawdopodobnie nie jest zepsutą częścią); uważaj, aby nie rozbić szklanej rurki. Wartość indukcyjności mieści się prawdopodobnie w zakresie kilku mH. Zobacz cewkę po prawej na tym zdjęciu, oznaczoną „3.5mH”
Curd
1
To cudownie. Na pewno będę o tym pamiętać, jeśli kiedykolwiek będę w szczypcie. Niestety, wszystkie światła w moim mieszkaniu to diody LED!
Yankee
1

36 V na bramie zniszczy urządzenia. Musisz znaleźć odpowiednie obwody sterujące MOSFET.

|V.solS.S.|<20 V. .

R13.3 kΩ

skvery
źródło
Push-pull jest tym, co poszedłem i działało. Przepraszam, że nie wybrałem twojej odpowiedzi, poszedłem z tą, która pomogła mi zrozumieć, czym jest push-pull, ponieważ nigdy wcześniej tego nie widziałem. Dziękuję za Twoją odpowiedź.
Yankee
@Yankee zasugerowałem push-pull z normalnymi tranzystorami bipolarnymi, a nie tranzystorami MOSFET. (Bez problemu :-)
skwery
Poza sytuacjami, w których występują wzmacniacze, dlaczego push-pull jest zwykle wykonywany za pomocą BJT, a nie FET? @Neil_UK powiedział, parafrazując nieco, „użycie BJT nie jest konieczne, ale FET mogą zawieść w nieoczekiwany sposób, a BJT mogą być łatwiejsze do uprzedzenia”. Czy istnieją inne powody, dla których BJT powinny być preferowane do umieszczania i usuwania ładunków na bramkach FET, a nie tylko przy użyciu innych FET? Po prostu myślę, że to dziwne, że dosłownie nie znalazłem ani jednego przykładu FET-ów używanych do sterowania bramkami innych FET-ów podczas nauki o „push-pull”.
Yankee
0

jako mnożnik napięcia, jego prąd wyjściowy jest odwrotnie proporcjonalny do jego napięcia wyjściowego. więc aby zwiększyć bieżącą moc wyjściową, masz dwie możliwości, nie wykraczając poza topologię:

1) Zwiększ prąd napędowy: 555 może dostarczyć 200ma, a twój bs170 kilka ma. możesz spróbować obserwatora emitera jako bufora; lub oddany kierowca;

2) zwiększyć napięcie napędu: uruchom całość przy możliwie najwyższym napięciu;

gdybym był tobą, najpierw spróbowałbym uruchomić multiplikator bezpośrednio za pomocą 555. jeśli to nie dostarcza wystarczającej ilości prądu, pomyśl o innym podejściu, takim jak konwerter podwyższający napięcie.

dannyf
źródło
Kierowanie multiplikatorem bezpośrednio z 555 było pierwszą rzeczą, której spróbowałem. Problemem nie była bieżąca zdolność wyjściowa 555, ale maksymalne napięcie wyjściowe. Potrzebowałem zbyt wielu etapów w multiplikatorze i nigdy nie osiągnąłem 200 V. Napięcie faktycznie zaczęło spadać po około 15 stopniu lol.
Yankee
0

Jakiego rodzaju baterii używasz? Rezystancja wewnętrzna baterii 9 V może być dość wysoka. Myślę, że normalny alkaliczny może z tego powodu zapewnić jedynie około 3 amperów. 36 V * 3 A / 220 V wynosi około 500 mA na wyjściu bez uwzględnienia jakichkolwiek strat w obwodzie. Myślę, że akumulatory mogłyby działać lepiej.

Willem
źródło
To tylko seria akumulatorów 9 V. Dla ogólnych przypadków użycia może to stanowić problem, ale w moim konkretnym przypadku czerpię znacznie mniej niż 20 mA od końca mnożnika.
Yankee