Voltage Doubler:변압기-정류기 회로에 대한 더 저렴하고 가벼운 대안

높은 DC 전압 테스트 장비를 구축할 계획입니까? 이러한 장치는 전자레인지 및 음극선관과 같이 높은 DC 전압이 필요한 전자 제품 및 기기를 테스트하거나 구축하는 데 필요합니다. 이 작업을 위해 승압 변압기와 정류기를 사용할 수 있지만 변압기는 무겁고 값 비싼 구성 요소입니다. 따라서 최상의 솔루션을 제공하지 않습니다. 전압 더블은 조립하는 데 몇 가지 구성 요소만 필요한 더 나은 대안입니다. 프로젝트를 위해 하나를 구축하려는 경우 모든 세부 사항을 제시했습니다. 그러나 먼저 전압 더블러의 정의와 유형을 살펴보겠습니다.

전압 더블러란 무엇입니까?

전압 배율기는 배율이 2인 전압 배율기 회로입니다. AC 전압을 입력으로 받아 최대 입력 전압의 2배에 해당하는 DC 전압을 생성합니다.

그렇게 함으로써 회로는 두 가지 일을 합니다. 피크 AC 전압을 높여 승압 변압기의 역할을 하고 AC를 DC로 변환하기 때문에 정류기 역할을 합니다.

전압 더블러 설계

출처:Wikimedia Commons.

그들은 전압 배율기이기 때문에 더블러는 기본 빌딩 블록 또는 고차 회로의 단일 단계를 구성합니다.

4배 전압(4개의 다이오드 및 커패시터 참고)

출처:Wikimedia Commons.

유사한 단계를 계단식으로 연결하여 전압 3배, 4배 등을 생성할 수 있습니다. 3중 전압에는 3개의 다이오드와 커패시터가 있고 4중 전압에는 각각 4개가 있습니다. 프로젝트에 필요한 전압에 도달하도록 회로를 확장할 수 있습니다.

전압 더블러 회로는 어떻게 작동합니까?

전압 더블러는 전압을 증폭하고 전류가 한 방향으로 흐르게 하는 4개의 개별 구성요소를 갖추고 있습니다. 이것은 2개의 다이오드와 2개의 커패시터입니다.

전압 더블러 회로

출처:Wikimedia Commons.

회로는 각 AC 전압 사이클 동안 다이오드 중 하나를 도체로 만들기 위해 구성 요소를 배열합니다. 포지티브 하프 사이클에서 다이오드 2는 꺼진 상태를 유지하므로 하나의 커패시터만 AC 피크 입력 전압으로 충전됩니다.

다이오드 1은 음의 피크 동안 꺼지지만 다이오드 2는 두 번째 커패시터를 전도하고 충전합니다. 그러나 회로는 이전 주기에서 이미 커패시터 1을 충전했습니다. 따라서 이 전압은 들어오는 AC 전압에 합산됩니다.

결과는 두 번째 커패시터에서 피크 AC 전압 소스가 두 배로 증가하지만 전류가 한 방향으로 흐르기 때문에 이번에는 DC입니다.

따라서 더블러는 차지 펌프 역할을 하여 2Vin을 제공합니다.

전압 배율기의 유형

• 반파 전압 배율기
• 전파 전압 더블러

Voltage Doubler의 장점

• 변압기에 대한 더 저렴하고 가벼운 대안
• 연결된 다이오드와 커패시터의 극성을 반대로 하여 음의 전압을 생성할 수 있습니다.
• 회로에서 동일한 전압 배율기를 계단식으로 연결하여 전압 배율을 쉽게 높일 수 있습니다.

DC 전압 더블러 회로

여기에 가장 좋은 부분이 있습니다. DC 전압 더블러 회로(반파 또는 전파)를 구축하려면 다음 구성 요소가 필요합니다.

• 인쇄 회로 기판(또는 브레드보드 및 연결 전선)
• 다이오드 2개
• 커패시터 2개

그렇다면 회로는 어떻게 작동합니까? 자세히, 반파 및 전파 DC 전압 배가 회로를 모두 살펴 보겠습니다. 하지만 먼저 입력이 유입되는 방식은 다음과 같습니다.

AC 입력 전압

AC 파형에는 양의 반주기와 음의 반주기가 있으므로 아래 설명에서는 이 두 주기에서만 일어나는 일에 대해 설명합니다. 전력이 회로에 흐르면서 배가 반복적으로 발생합니다.

연속적인 포지티브 및 네거티브 반주기를 보여주는 AC 파형

Vm은 피크 전압이고 Vin은 입력 전압입니다. Vm =피크 전압에서의 Vin이므로 방정식에서 Vm을 사용합니다.

반파 전압 배율기

극성이 아래 그림과 같을 때 입력 전압은 다이오드 D2를 역바이어스합니다. N 쪽은 양극 단자에 연결되고 P 쪽은 AC 소스의 음극 단자에 연결됩니다.

양의 반 주기 동안 반파 DC 전압 배율기 회로 극성

반면에 D1은 P 및 N 측이 각각 양극 및 음극 단자에 연결되기 때문에 순방향 바이어스됩니다.

따라서 다이오드 D1이 단락(전도성 접합)을 형성하는 반면 D2는 개방 회로인 것으로 다이어그램을 다시 상상할 수 있습니다. Kirchhoff의 전압 법칙을 사용하여 커패시터 C1(Vc1) 양단의 전압을 얻을 수 있습니다.

Vm – Vc1 =0

따라서 Vc1 =Vm

음의 반주기 동안 극성이 아래와 같이 바뀝니다.

음의 반주기 동안 반파 DC 전압 배율기 회로 극성

이 파동 동안 Vin은 다이오드 D2를 순방향 바이어스합니다. N 및 P면은 각각 음극 및 양극 단자에 연결됩니다. 그러나 D1은 역 바이어스됩니다.

따라서 D1이 개방 회로를 형성하고 D2가 단락 회로를 형성하여 다이어그램을 다시 그릴 수 있습니다.

Kirchhoff의 전압 법칙을 사용하여 이 공식을 사용하여 커패시터 C2의 전압을 결정할 수 있습니다.

-Vm – Vm + Vc2 =0

-Vm은 입력 전압(음극성)

두 번째 Vm은 이전 주기 동안 충전된 C1 양단의 전압입니다.

따라서 Vc2 =Vm + Vm, 이는 2Vm에 해당합니다.

커패시터 C2 양단에 부하를 연결하면 최대 입력 전압이 2배가 되어 2배 효과가 생성됩니다.

C1은 방전 복귀 경로가 없기 때문에 저장 장치 역할을 합니다. 그러나 음의 반주기 동안에는 전압 소스와 직렬로 연결되므로 두 소스의 전압이 합산됩니다.

전파 전압 더블러

전파 더블러를 다룰 때 우리는 두 커패시터 C1과 C2의 전압을 측정합니다. 포지티브 사이클 동안 Vin은 D1을 순방향으로 바이어스하지만 D2를 역방향으로 바이어스합니다.

양의 반주기 동안 전파 DC 전압 더블러 회로 극성

이 기간 동안 D1에 저항이 없으므로 커패시터 C1을 단락시키고 충전합니다. 그러나 D2는 높은 저항으로 인해 개방 회로 역할을 합니다. 따라서 C2는 청구되지 않습니다.

Kirchhoff의 법칙을 사용하여

Vm – Vc1 =0

따라서 Vc1 =Vm

음의 반주기에서 D1은 역 바이어스되지만 극성은 D2를 바이어스합니다.

음의 반주기 동안 전파 DC 전압 더블러 회로 극성

키르히호프의 법칙 적용

-Vm + Vc2 =0

따라서 Vc2 =Vm

C1은 이전 사이클에서 충전되었으므로 둘 다 피크 전압 Vm에 있음을 기억하십시오. 따라서 두 커패시터에 부하를 연결하면 2Vm이 됩니다.

차이점은 무엇입니까?

방정식을 보면 다소 비슷하므로 반파 및 전파 전압 더블러의 차이점은 무엇입니까?

전자는 첫 번째 사이클 동안 커패시터 C1을 충전한 다음 두 번째 사이클에서 이를 방전합니다. 공급 주파수와 동일한 리플 전압이 발생하는 문제가 발생하여 리플 주파수를 평활화하기 어렵습니다. 따라서 출력 전압 곡선은 그다지 매끄럽지 않습니다.

스무딩 전후의 리플 전압 다이어그램

출처:Wikipedia

그러나 전파 전압 더블러는 2개의 반파 정류기처럼 작동합니다. 따라서 출력 전압 곡선이 더 부드럽습니다.

반파 및 전파 회로 모두에서 커패시터 C1과 C2가 처음에는 전하가 없다고 가정해야 한다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

Voltage Doubler의 적용

• 이온 펌프
• 텔레비전 CRT
• 엑스레이 시스템
• 복사기
• 레이더 장비
• 여행 웨이브 튜브
• 전자레인지
• 버그 재퍼

요약

결론적으로, 전압 더블러는 제작 비용이 저렴하고 변압기만큼 무게가 나가지 않기 때문에 많은 장치에서 중요한 회로입니다.

즉, 변압기-정류기 회로는 훨씬 더 부드러운 DC 출력 전압 곡선을 생성하지만 각각의 장단점을 고려하면 전압 더블러가 유리합니다.

또한 더블러에 필터 회로를 추가하여 변압기-정류기 조합과 일치하도록 출력을 부드럽게 할 수 있습니다.

이러한 회로를 만들기 위한 구성 요소가 필요한 경우 당사에 연락하여 매우 저렴하고 저렴한 가격으로 구입하십시오.