РЕГУЛИРУЕМЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ЖМАКИНА
ADJUSTABLE ZHMAKIN VOLTAGE MULTIPLIER

Регулируемый умножитель напряжения относится к электронике, предназначен для получения источника регулируемого высокого и низкого постоянного напряжения широкого диапазона регулирования потенциалов и мощности. Регулируемый умножитель напряжения найдет применение в телевизионных и компьютерных электронных схемах, в электронных устройствах различного назначения в качестве источника питания.
Известны умножители напряжения, использующиеся в системе зажигания автомобилей [1]. Умножители работают следующим образом: от источника постоянного низковольтного напряжения с помощью коммутирующего устройства подаются короткие импульсы тока на высоковольтный трансформатор, который производит импульсы высоковольтного напряжения, подающиеся в нагрузку, в моменты обрыва первичного импульса тока.
Недостатком указанных умножителей напряжения является наличие колебательного процесса в цепи, невозможность получения стабилизированного постоянного напряжения, узкая область применения, невозможность плавно регулировать величину выходного напряжения.
Наиболее близким к заявляемому устройству является умножитель напряжения, преобразующий переменное напряжения в постоянное (схема Латура, схема несимметричного удвоителя, утроителя, учетверителя напряжения) [2]. В нем производится заряд выходного конденсатора на постоянное напряжение, кратное амплитуде входного переменного напряжения, с помощью запирающих диодов благодаря последовательному включению конденсаторов. Зарядные импульсы на конденсаторы образуются за счет использования переменного напряжения.
Недостатком прототипа является ограниченность коэффициента умножения, малая отдаваемая мощность в нагрузку, необходимость для получения высоковольтного выходного напряжения использовать высоковольтное входное напряжение, невозможность плавной регулировки выходного напряжения.
Задачей заявляемого изобретения является повышение коэффициента умножения напряжения до десятков и сотен раз, использование любого, постоянного и переменного, низковольтного и высоковольтного источника напряжения, повышение мощности, отдаваемой в нагрузку, возможность плавно регулировать выходное напряжение.
Поставленная задача реализуется в регулируемом умножителе напряжения, включающем источник напряжения, состоящий из последовательно соединенных аккумуляторной батареи и выключателя, коммутирующее устройство, запирающие диоды, конденсаторную батарею. В качестве коммутирующего устройства используют запираемый тиристор, управляющий электрод которого подключен к вторичной обмотке трансформатора, начало первичной обмотки которого подключено к коллектору транзистора, окончание обмотки подключено к переменному конденсатору, который вторым своим выводом подключен к базе транзистора, в эмиттерно-базовую цепь транзистора включены последовательно соединенные резистор и второй конденсатор, один полюс источника напряжения подключен к средней точке первичной обмотки трансформатора и между резистором и вторым конденсатором, второй полюс источника напряжения подключен к эмиттеру транзистора, одним из силовых электродов запираемый тиристор подключен к источнику напряжения, вторым к дросселю с регулируемой сердечником индуктивностью, второй вывод дросселя подключен ко второму полюсу источника напряжения, параллельно дросселю через запирающие диоды подключена конденсаторная батарея, запирающие диоды имеют обратную полярность по отношению к источнику напряжения.
На чертеже приведена принципиальная электрическая схема регулируемого умножителя напряжения.
Устройство содержит источник напряжения 1, в качестве коммутирующего устройства 2 используется запираемый тиристор, управляющий электрод которого подключен ко вторичной обмотке трансформатора, начало первичной обмотки которого подключено к коллектору транзистора, окончание обмотки подключено к переменному конденсатору, который вторым своим выводом подключен к базе транзистора, в эмиттерно-базовую цепь транзистора включены последовательно соединенные резистор и второй конденсатор, один полюс источника напряжения 1 подключен к средней точке первичной обмотки трансформатора и между резистором и вторым конденсатором, второй полюс источника напряжения 1 подключен к эмиттеру транзистора, одним из силовых электродов запираемый тиристор подключен к источнику напряжения 1, вторым к дросселю 3 с регулируемой сердечником индуктивностью и являющимся источником зарядных импульсов, второй вывод дросселя 3 подключен ко второму полюсу источника напряжения 1, параллельно дросселю через запирающие диоды 4 подключена конденсаторная батарея 5, запирающие диоды 4 имеют обратную полярность по отношению к источнику напряжения 1. Напряжение на нагрузку снимается с конденсаторной батареи 5.
В качестве источника напряжения 1 используется постоянное напряжение, получаемое от батареи GB, может использоваться любого вида выпрямительное устройство из переменного напряжения в постоянное. Через выключатель SA подается напряжение на схему. Коммутирующее устройство 2 образует импульсы тока через дроссель 3. В момент смены знака производной тока по времени di/dt с «плюса» на «минус» в дросселе 3 образуется ЭДС самоиндукции, полярность которой совпадает с полярностью запирающих диодов 4, благодаря чему вырабатываются зарядные импульсы, проходящие через запирающие диоды 4, на конденсаторную батарею 5, запирающие диоды имеют обратную полярность по отношению к источнику питания, что исключает влияние источника питания на заряд конденсаторной батареи 5. Поскольку ЭДС самоиндукции может по величине меняться скачком, а напряжение на конденсаторной батарее 5, согласно второму закону коммутации, скачком меняться не может [3] с каждым импульсом, прошедшим через дроссель 3 от запираемого тиристора, конденсаторная батарея 5 получает новый заряд, что приводит к ее многократному заряду. Таким образом, на конденсаторной батарее 5 напряжение плавно растет до величины максимума ЭДС самоиндукции, равной L·(di/dt). Чем выше частота следования импульсов через дроссель 3 и чем выше амплитуда тока этих импульсов, тем выше напряжение заряда батареи 5 и тем большую мощность конденсаторная батарея 5 отдает в нагрузку. Управляющие импульсы на запираемый тиристор VS образуются автогенератором, собранном на транзисторе VT. С помощью переменного конденсатора С1 регулируется частота следования управляющих импульсов на запираемый тиристор VS, таким образом регулируется частота следования импульсов тока через дроссель 3, благодаря чему регулируется величина выходного напряжения. Меняя индуктивность дросселя 3 сердечником, также производится регулировка величины выходного напряжения.
Полученное устройство позволяет добиваться коэффициента умножения напряжения до сотен раз за счет многократного заряда конденсаторной батареи с помощью ЭДС-самоиндукции, когда ее полярность совпадает с полярностью запирающих диодов, позволяет иметь большую мощность на выходе устройства за счет высокой частоты следования зарядных импульсов, плавно регулировать выходное напряжение в заданных пределах.
Источники информации
1. Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов. Акимов С.В., Чижков Ю.П. - 2004 г. с.189-190
2. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: учебное пособие, Высшее образование, 2002 г., с. 323.
3. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи Л.А.Бессонов, 1996, с.184.