Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Katalog Megger
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Powielacz napięcia - kaskada Villarda - nie działa powyżej drugiego stopnia

Kubbaz 29 Paź 2014 09:46 1956 5
  • #1 29 Paź 2014 09:46
    Kubbaz
    Poziom 26  

    Witam wszystkich Elektrodowiczów!

    Potrzebuję zbudować powielacz napięcia - klasyczną kaskadę Villarda.
    Jako testowego źródła zasilania - napięcia przemiennego sinusoidalnie - używam transformatora toroidalnego 230 V AC/8 V AC @ 6,25 A (bez obciążenia daje 9,55 V AC RMS/12,55 V AC Peak-to-Peak).

    Jako diod prostowniczych używam diod z TME typu GP02-40-E3/54 (dioda prostownicza, 4 kV, 250 mA, 1,11 V spadku napięcie w kierunku przewodzenia).
    W pierwszej konstrukcji użyłem kondensatorów WIMA MKP10 0,22 uF/1000 V DC lub 600 V AC. Zbudowałem 4 stopnie powielacza i na jego wyjściu uzyskałem 47,0 V DC,
    co zgadza się z teorią.

    W drugiej konstrukcji wykorzystałem mniejsze gabarytowo kondensatory WIMA MKP10 0,01 uF/2500 V AC lub 900 V AC i również zbudowałem 4 stopnie powielacza, ale niestety powielacz działa poprawnie wyłącznie do drugiego stopnia, czyli do 20 V DC na wyjściu, dalej już tylko napięcie spada o kolejne spadki na diodach prostowniczych.
    Dla wszelkiej pewności sprawności działania elementów elektroniczny, zbudować drugi osobny taki sam bliźniaczy układ powielacza (4x) i to samo... działa tylko do drugiego stopnia.

    Docelowo potrzebuję powielacz napięcia 10x o napięciu wejściowym rzędu 2,0 kV.

    W takim bądź razie czy pojemność użytych kondensatorów ma znaczenie w powielaczu napięcia - kaskady Villarda?

    0 5
  • Katalog Megger
  • Katalog Megger
  • #3 29 Paź 2014 16:54
    TM85
    Poziom 25  

    Prawdopodobną przyczyną jest zbyt duża reaktancja użytych kondensatorów - niska częstotliwość + niska pojemność. Ja zacząłbym od zwiększenia pojemności.

    Z linku powyżej : " This means, the voltage drop is the higher, the higher the output current I, the lower the frequency f and the lower the capacity C "

    0
  • #4 30 Paź 2014 09:00
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Może miernik ma oporność wewnętrzną 1M i stanowi duże obciążenie dla takiej kaskady? Jakbyś użył miernika o oporności wewnętrznej 1G, to pewnie wynik byłby zupełnie inny. Kondensator 0,01uF=10nF przy 50Hz ma impedancję ponad 300k, więc 1M to już przy 2 jest duże obciążenie; 0,22uF=220nF ma niecałe 15k i to już zupełnie inna bajka.

    0
  • #5 02 Lis 2014 19:27
    Kubbaz
    Poziom 26  

    Witam po krótkiej przerwie!

    Chciałem dodać, że moja kaskada Villarda ma docelowo pracować przy częstotliwości 25,0 kHz - będzie zasilania napięciem ok. 1,5-2,0 kV z wtórnego uzwojenia transformatora wysokiego napięcia o rdzeniu ferrytowym, a oczekiwany prąd wyjściowy powinien być rzędu min,. 250 µA i więcej.

    Samą kaskadą Villarda docelowo chcę ładować/zasilać kondensator wysokonapięciowy, który na początku ładowania będzie pobierał największy prąd z kaskady Villarda, który ograniczę rezystorem wysokonapięciowym (rezystor rzędu kilkudziesięciu/stukilkudziesięciu MΩ), później wraz ze wzrostem napięcia na kondensatorze, prąd ten będzie malał do zera (tylko teoretycznie).

    Używane przeze mnie multimetry w ustawieniu na woltomierze mają rezystancję wejściową 10 MΩ (±50 kΩ).

    Korzystając ze wzoru ze strony Basic multiplier circuits obliczyłem jaki będzie spadek napięcia na kaskadzie, którą mam.
    Zatem:
    C = 4 x 10 nF = 40 nF
    f = 50 Hz
    n = 2 (stopnie)

    oraz I:
    Rwewn. woltomierza = 10 MΩ
    Uoutput = 47,0 V DC
    I = 47,0 V/10 MΩ = 4,7 µA

    a także wielomian na 2-stopniowej kaskady:
    0,667*8 + 0,5*4 - 0,167*2 = 5,336 + 2 - 0,334 = 7,002 V

    czyli:
    ΔU = 4,7 µA/(50 Hz * 40 nF) * 7,002 V = 4,7 µA/(2000 Hz*nF) * 7,002 V = 4,7 µA/(2 Hz*µF) * 7,002 V = 2,35 Hz*µF * 7,002 V = 16,45 V.

    Podsumowując na wyjściu 2-stopniowej kaskady przy obciążeniu woltomierzem o rezystancji wejściowej 10 MΩ, powinienem zobaczyć wynik 47,0 V DC - 16,45 V = 30,55 V na wyświetlaczu woltomierza.

    Dla 2-stopniowej kaskady z kondensatorami 4 x 220 nF spadek napięcia wynosi już tylko 0,75 V.

    Ale z tego co widzę, to testowanie mojej kaskady na transformatorze sieciowym (50 Hz), nie ma sensu...
    Muszę przeprowadzić testy na zasilaniu kaskady prądem o częśtotliwości docelowej 25,0 kHz.
    Wówczas z obliczeń wynika, że spadek napięcia w kaskadzie 8-stopniowej będzie wynosił 23,25 V.

    Jeśli zasilę kaskadę z:
    - 24 V DC Peak-to-Peak, 50 % DutyCycle, co daje 24 V*√(0,5) = 24 V * 0,7071 = 16,97 V RMS, przez trafo 1:1, to na wyjściu powinienem uzyskać:
    8*16,97 V RMS (napięcie wejściowe) - 16*1,10 V (spadek na diodach) = 135,76 V - 17,6 V = 118,16 V DC.

    0
  • #6 02 Lis 2014 20:00
    _jta_
    Specjalista elektronik

    Przy 25kHz kondensator 10nF ma impedancję około 600R; przy 24V Peak-to-Peak (czyli amplitudzie 12V) amplituda prądu będzie 20mA - czyli jako generator wystarczy układ z tranzystorami małej mocy (np. BC547/BC557), choć będą się trochę grzać (moc strat pewnie około 100mW w układzie push-pull, dopuszczalna 300mW). To przy obciążeniu samym kondensatorem, impedancja całości jest nieco większa - a więc prąd i moc strat mniejsze. Ale przy napięciu o amplitudzie np. 2kV prąd przez kondensator 10nF może sięgnąć ponad 3A, a moc pobierana z zasilacza ponad 6kW...

    0