Выпрямитель напряжения из двух элементов (18.06.2017).

2017 - Июнь

18.06.2017 11:35

← Светодиодная лампа как бареттер (17.06.2017).		Защита элементов РЭА методом шунтирования (24.06.2017). →

Вера - всегда слепа. Когда некий авторитет говорит вам, что делать и как жить, - а вы бездоказательно принимаете это за чистую монету. Это подтвердилось в очередной раз при изготовлении умножителя напряжения. Именно умножителя с коэффициентом умножения 2 и более, как было заявлено "специалистом", - а на деле оказался обычный выпрямитель, да еще и извращенный. Доверяй - но проверяй; и только проверка расставила все точки над "и".

Исходные данные: нужен источник питания 500В/0.5А DC. Проблемы:
- в розетке 220В AC, диодный мост и конденсатор дадут максимум 311В. 380В AC негде взять;
- несимметричный умножитель потребует 1 каскад: 4 конденсатора и 4 диода. Диоды - не проблема: 1N4005 600В/1А стоят по 3 рубля; а вот конденсаторы - очень даже. Применяя корректную формулу сглаживающего конденсатора, получаются параметры 1100мкФ/500В - а такие стоят по 2500руб/шт (B43584-A6158-M). И на алиэкспрессе купить проблематично по причине отсутствия;
- трансформатор с коэффициентом 2.5-3 и выходным напряжением 500В вообще не обнаружен. Можно вытащить из микроволновки трансформатор с коэффициентом 9.9 (230В/2280В), однако нет сломанной микроволновки. И неясно, как 9.9 превратить в меньший. Разматывать трансформатор можно - но это гемор. Намотать свой с нуля - тоже;
- соединение последовательно двух выпрямителей на основе диодного моста, с целью получения 622В, - могло бы быть решением, однако пока неясны тонкости такого способа.

В общем, куда ни кинь - всюду клин.

И вот, когда тебе плохо, и ты уязвим, - находится "спаситель", продающий надежду. "Возьми диод и конденсатор, соедини их последовательно - и с выводов диода снимешь в 2-4 раза больший номинал напряжения DC" - такое простое решение. Настолько простое, что даже моделировать это дело сразу не стал (только тогда, когда с паяльником и мультиметрами вынес себе мозги). Будучи уязвимым, принял на веру это утверждение, т.к. иных вариантов уже не было. Именно так люди попадают в ловушки мошенников.

Параметры диода рассчитываются легко: напряжение больше 1000В, ток больше 0.5А. А с конденсатором нужно было решить: полярность, номинал, максимальное напряжение. Сначала было решено использовать неполярный конденсатор 1.5мкФ/600В. При подсоединении нагрузки к выводам диода напряжение тут же падало в 0В. Только при токе нагрузки 2-5мА удалось получить вместо запланированных 60В хотя бы 7В (сразу тестировать 220В было бы опасно).

Даже когда был подобран более-менее стабильный конденсатор 270мкФ/330В, тип и вид напряжения на диоде оставались непонятными. Подключенный резистор и измерение амперметром DC показывало совпадение расчета с практикой - на диоде DC. Включенная же лампа светила тускло, да еще и с мерцанием, - на диоде AC/DC, причем импульсное. Вольтметр в режиме AC вообще говорил, что там 220В AC (величина, о которой говорил "спаситель").

Полная путаница. Пришлось моделировать.

Итог удручающий; но, по крайней мере, показания мультиметров стали понятны. На конденсаторе без нагрузки появляется полностью выпрямленное напряжение, большее на корень из 2 среднего напряжения питания. На диоде происходит умножение полуволны питающего напряжения в 2 раза - но это еще не критерий умножителя. Вторая полуволна отсекается диодом. В итоге на диоде падает напряжение источника питания, просто смещенное в отрицательную область графика. Сменив полярность для нагрузки - получится смещение в положительную сторону графика. То есть, все свойства выпрямителя напряжения: на диоде только выпрямление, на конденсаторе - еще и усреднение.

И вот он, момент истины. Согласно определению умножителя, напряжение на конденсаторе является умноженным, т.к. среднее значение на нем в 1.41 раза больше питающего напряжения. Но мне же с него не говорил "спаситель" снимать напряжение, он на диод давил. Согласно определению выпрямителя, напряжение на диоде является выпрямленным, с точки зрения среднего значения напряжения. С точки зрения амплитудного напряжения - да, диод умножает одну полуволну, но полностью уничтожает другую - что не делает его умножителем.

Итак, на схеме - обычный умножитель-выпрямитель с двумя возможностями: получение постоянного напряжения 1.41·U_{питания} (как умножение среднего значения напряжения питания на 1.41), получение импульсного постоянного напряжения 2·U_{питания}. Однако среднее значение импульсного напряжения равно среднему напряжению U_{питания} - то есть, количество энергии при одинаковом токе одинаковое (необычное выпрямление U_{питания}).

В микроволновке данный способ используется только для того, чтобы сместить напряжение в положительную область, т.к. магнетрон не может питаться переменным напряжением.

Итоги:
- провозился 12 часов; из которых 6 верил "спасителю", а другие 6 - опровергал его;
- еще час материл его;
- его устройство - однофазный однополупериодный выпрямитель, умножитель на 1.41 при работе со средним напряжением с конденсатора. Но не в 2-4 раза, как было заявлено;
- с учетом полученного коэффициента 1.41 - проще мостовой выпрямитель использовать с таким же коэффициентом: выше КПД, меньше пульсации по амплитуде, эффективен для высокоамперной нагрузки, частота пульсаций в 2 раза выше, отсутствует подмагничивание сердечника питающего трансформатора.

"Спаситель":
- оказался мошенником;
- можно в шутку натянуть на него статью 165 УК РФ "Причинение имущественного ущерба путем обмана или злоупотребления доверием". Я испортил несколько предохранителей, которые спасли мне здоровье;
- можно всерьез натянуть на него статью 115 УК РФ "Умышленное причинение легкого вреда здоровью". Он уверял, что нужно использовать конденсатор малой емкости. Однако согласно моделированию, использование полярного конденсатора малой емкости привело бы к взрыву.

Файл моделирования в среде Multisim & Utilboard v.13.0, если требуется.

Теги:

Обновлено ( 18.06.2017 18:10 )