Схемы выпрямления с умножением напряжения
Выпрямительные схемы с умножением напряжения применяются для питания высоковольтных маломощных потребителей постоянного напряжения, таких, как электроннолучевые трубки и фотоэлектронные умножители.
Однофазные схемы умножения бывают симметричными и несимметричными.
Принцип работы симметричной выпрямительной схемы с удвоением напряжения (схемы Латура), представленной на рисунке 3.8, заключается в следующем.
Рисунок 3.8 Схема Латура
В
два плеча выпрямительного моста включены
диоды VD1
и VD2,
а в два другие плеча - конденсаторы С1и
С2.
При положительном потенциале точки а
по отношении к точке б
открыт вентиль VD1и
конденсатор С1
заряжается.
Ток в этот полупериод переменного
напряжения протекает через вторичную
обмотку трансформатора, диод VD1
и конденсатор
С1. В следующий
полупериод при противоположном
направлении переменной ЭДС (при
положительном потенциале точки б
по отношению к точке а
заряжается конденсатор
С2. Ток заряда
конденсатора С2
протекает
через вторичную обмотку, конденсатор
С2, диод
VD2. Конденсаторы
С1 и
С2 по
отношению к сопротивлению нагрузки
соединены
последовательно. Поэтому напряжение
на нагрузке
в
каждый момент времени t
равно сумме напряжений
и
на
этих конденсаторах.
Разряд конденсаторов происходит в основном через сопротивление нагрузки. Небольшая часть тока разряда протекает по цепям утечки и через обратные сопротивления вентилей. Так как напряжения на конденсаторах и сдвинуты по фазе на половину периода, то суммарное напряжение изменяется с удвоенной частотой, т.е. в этой схеме частота первой гармоники выпрямленного напряжения равна удвоенной частоте тока сeти.
Величина коэффициента пульсации при постоянной нагрузке обратно пропорциональна величине емкости конденсаторов. Конденсаторы С1 и С2 должны иметь достаточно большую емкость, чтобы в интервалах между их подзарядками напряжение на выходе выпрямителя уменьшилось незначительно.
Однофазные несимметричные схемы выпрямителуй с умножением напряжения в два, три и шесть раз приведены на рисунке 3.9 а, б и г.
Действие
первой из них (рисунок 3.9, а)
заключается в следующем. В полупериод
напряжения
с полярностью, указанной на схеме, ток
протекает через вентиль VD1
и заряжает конденсатор С1
как в схемах
с емкостной реакцией нагрузки, т.е. с
отсечкой тока вентиля. В следующий
полупериод, когда полярность напряжения
изменяется на противоположную, напряжения
и
суммируется и на сопротивлении нагрузки
возникает
пульсирующее напряжение, как показано
на рисунке 3.9, б.
Описание процесса упрощено тем, что
зарядка и разрядка конденсаторов
рассматриваются раздельно. На самом
деле, в некоторой части периода наряду
с зарядным током через вентиль VD1
протекает
также ток нагрузки.
Рисунок 3.9 Схемы выпрямителей с умножением напряжения в два раза (а), в три раза (в), в шесть раз (г); временные диаграммы, поясняющие работу схемы выпрямителя с умножением напряжения в два раза (б)
Здесь, как и ранее, для упрощения рассуждений сделано допущение, что ток нагрузки намного меньше зарядного тока. Описанный процесс повторяется каждый период.
Если в схеме удвоения напряжения имелось 2 конденсатора и 2 вентиля, то в общем случае для умножения в K раз требуется K вентилей и конденсаторов. При этом напряжение на нагрузке достигает номинального значения спустя K периодов выпрямленного тока. Пульсация выпрямленного напряжения в несимметричных схемах происходит с частотой, равной частоте питающего напряжения, а величина пульсаций определяется емкостью конденсаторов и сопротивлением нагрузки.