2.4.3 Схемы выпрямления с умножением напряжения

Выпрямители с умножением напряжения позволяет получить на нагрузке напряжение, кратное ( в целое число раз больше) напря­жения вторичной обмотки трансформатора. Такие выпрямители применяются при отсутствии унифицированных трансформаторов с необходимым коэффициентом трансформации с требуемой электри­ческой прочностью. Чаще применяются схемы с умножением напряжения, представляющие собой комбинацию двух однофазных выпрямителей с ёмкостным фильтром, включенным между собой последовательно и подключенных параллельно нагрузке. Многофаз­ные выпрямители с умножением напряжения применяются реже.

Особенность схем умножения заключается в получении сравнительно высокого напряжения при малом токе нагрузки. Кратность умножения напряжения обычно колеблется от 2 до 8 при выпрямленном напряжении сотни - тысячи вольт.

Схемы выпрямления с умножением напряжения подразделяют­ся по числу фаз выпрямленного тока на однофазные и многофазные, а по схемному решению на симметричные (обычно двухфазные) и несимметричные, что определяется способом подклю­чения к вторичной обмотке трансформатора. Трансформатор может в схеме отсутствовать.

Однофазная несимметричная схема удвоения напряжения. Схема ( рисунок 2.16) содержит два выпрямительного диода, два конденсатора и трансформатор.

Принцип работы. В отрицательный полупериод напряжения вторичной обмотки (потенциал точки -б- положительный, а точки -а- отрицательный) открыт диод VD₁, а диод VD₂ закрыт. В цепи, состоящей из конденсатора С₁ и диода VD₁, протекает ток i’₂, который производит зарядку конденсатора С₁ до максимального напряжения U_2м.

Через пол периода напряжение на вторичной обмотке

38

трансформатора изменяет знак ( потенциал в точке -а- -положительный,

потенциал точки -б- отрицательный). Открытый диод VD₂, а диод VD₁ закрыт. Ток

протекает по цепи, состоящей из конденсатора С₂ и диода VD₂, производит зарядку конденсатора С₂. К конденсатору теперь будет приложено напряжение вторичной обмотки трансформатора и напряжение конденсатора U_с2м, следовательно конденсатор будет заряжаться двойным напряжением до максимальной величины.

Рисунок 2.16 - Несимметричная схема удвоения напряжения

U_с2м = U_2м + U_с1м ≈ 2·U _2м , ( 2.7 )

Обратное напряжение на диоде VD₂ определяется напряжением на

конденсаторе С₂ :

Uн = U_с2м ≈ 2·U_2м. ( 2.8 )

Таким образом оба диоды выбирается на одинаковые обратные напряжения.

Однофазная несимметричная схема умножения. Для увеличения выпрямленного напряжения более в 2 раза увеличивается число диодов и конденсаторов, включенных аналогично предыдущей схемы. Умножение напряжения соответственно в 2, 3 и в 4 раза. В один полупериод напряжения сети заряжается все конденсаторы с нечётными номерами С₁, С_З, а в другой полупериод - чётными номерами С₂, С₄. Чем выше кратность умножения, тем больше пуль­сации выпрямленного напряжения при одинаковой ёмкости конденсаторов, так как для зарядного и разрядного токов они включены последовательно. Из этого следует, что конденсаторы С₁...С₄ должны выбираться одинаковыми.

Двухфазная симметричная схема умножения напряжения. Такие схемы можно получить соединением нескольких несимметричных схем. В симметричных схемах выпрямления необходим трансформатор со средней точкой вторичной обмотки. Частота пульсации выпрямленного напряжения в 2 раза больше сети.

39

Рисунок 2.17 - Несимметричная схема умножения напряжения

Однофазная мостовая схема с удвоением напряжения. Данная схема состоит из двух конденсаторов и из двух диодов. В одну диагональ моста включена вторичная обмотка трансформатора, а в другую - нагрузка.

Рисунок 2. 18 – Принципиальная схема однофазной мостовой схемы с

удвоением напряжения

Принцип работы. В положительный полупериод напряжение на вторичной обмотке U_2M ( потенциал точки -а- положителен, точки -б- отрицательный ) конденсатор С₁ заряжается током диода VD₁, в отрицательный полупериод заряжается конденсатор С₂ током диода VD₂. Если не учитывать падение напряжения на внут­реннем сопротивлении выпрямителя, то каждый конденсатор будет заряжаться до максимального значения напряжения вторичной обмотки. Нагрузка включена параллельно конденсаторам С₁,С₂, соединённые между собой последовательно и выходное напряжение равно сумме напряжений на конденсаторах :

40

U_H= U_с1м + U_с2м ≈ 2·U_2м , ( 2. 9)

Анализ схемы выпрямления. Частота пульсации выпрямленного напряжения вдвое больше частоты сети, а выпрямленный ток является двухполупериодным.

Преимущества такого выпрямителя:

- при одном и том же напряжении вторичной обмотки выходное напряжение вдвое больше, чем в обычном однофазном мостовом выпрямителе, и в 4 раза больше,

чем в двухполупериодном выпрямителе со средней точкой трансформатора ;

• достаточно высокое использование обмоток трансформатора;

• наличие двух диодов вместо четырёх (по сравнению с однофазной мостовой схемой);

• повышается коэффициент сглаживания и уменьшается

• коэффициент пульсации ( по сравнению с мостовой схемой).

К недостаткам схем умножения можно отнести:

• большое внутреннее сопротивление за счёт последовательного включение диодов ;

• повышенное значение тока диодов ;

• невозможность установки однотипных диодов на общий радиатор без изоляции;

• возможность появление пульсаций с частотой сети при несимметричности плеч.

Рекомендации по применению. Схемы умножения напряжения применяются при выходной мощности до 50 Вт и выпрямленном напряжении от 500... 1000 В и выше, потребляющих сравнительно небольшой ток (обычно не больше 10 мА).