Sirkuit Pengali Tegangan Dijelaskan

Perangkat sirkuit elektronik yang digunakan untuk meningkatkan tegangan ke urutan 2x dengan mengisi kapasitor dari tegangan input yang lebih rendah dikenal sebagai pengganda tegangan.

Arus muatan dialihkan sedemikian rupa sehingga dalam situasi ideal apa pun, tegangan yang dihasilkan pada keluaran tepat dua kali lipat dari tegangan pada masukan.

Pengali Tegangan Sederhana menggunakan Dioda

Bentuk paling sederhana dari file rangkaian pengganda tegangan adalah jenis penyearah yang mengambil masukan berupa tegangan Arus Bolak-balik (AC) dan menghasilkan tegangan ganda (DC) sebagai keluarannya.

Dioda sederhana digunakan sebagai elemen switching dan input dalam bentuk tegangan bolak-balik digunakan untuk menggerakkan dioda ini dalam keadaan switching.

Sirkuit penggerak tambahan diperlukan untuk mengontrol laju sakelar jika pengganda tegangan yang digunakan adalah tipe DC ke DC karena mereka tidak dapat dinyalakan dengan cara di atas.

Rangkaian konverter tegangan DC ke DC sebagian besar waktu membutuhkan perangkat tambahan lain yang disebut elemen switching yang dapat dengan mudah dan langsung dikontrol seperti pada transistor.

Jadi, ketika menggunakan elemen switching, tidak harus bergantung pada tegangan yang ada di seluruh sakelar seperti halnya dalam bentuk sederhana dari AC ke DC.

Pengganda tegangan adalah jenis rangkaian pengali tegangan. Sebagian besar rangkaian pengganda tegangan dengan sedikit pengecualian dapat dilihat dalam bentuk pengali orde tinggi pada satu tahap. Juga, jumlah yang lebih besar dari perkalian tegangan dicapai bila ada tahapan identik bertingkat yang digunakan bersama-sama.

Sirkuit Villard

Rangkaian Villard memiliki komposisi sederhana yang terdiri dari dioda dan kapasitor. Disatu sisi dimana rangkaian Villard memberikan keuntungan dari segi kesederhanaan, disisi lain juga dikenal menghasilkan keluaran yang memiliki karakteristik riak yang dinilai sangat buruk.

Gambar 1. Sirkuit desa

Pada dasarnya rangkaian Villard merupakan bentuk rangkaian penjepit dioda. Siklus tinggi negatif digunakan untuk mengisi kapasitor ke tegangan puncak AC (Vpk). Bentuk gelombang AC sebagai masukan bersama dengan superposisi DC stabil kapasitor membentuk keluaran.

Nilai DC bentuk gelombang digeser dengan menggunakan efek rangkaian di atasnya. Karena dioda menjepit puncak negatif bentuk gelombang AC ke nilai 0V (dalam istilah sebenarnya adalah -VF, yang merupakan tegangan bias maju kecil dari dioda) puncak positif bentuk gelombang keluaran adalah dari nilai 2Vpk.

Puncak-ke-puncak sulit untuk diperhalus karena ukurannya yang sangat besar dari nilai 2Vpk dan dengan demikian dapat diperhalus hanya ketika rangkaian diubah menjadi bentuk lain yang lebih canggih dengan cara yang efektif.

Tegangan tinggi negatif disuplai ke magnetron dengan menggunakan rangkaian ini (yang terdiri dari dioda dalam bentuk terbalik) dalam oven microwave.

Sirkuit Greinacher

Pengganda tegangan Greinarcher telah terbukti lebih baik daripada sirkuit Villard dengan meningkatkan dirinya sendiri secara signifikan dengan menambahkan beberapa komponen tambahan dengan biaya yang kecil.

Di bawah kondisi beban sirkuit terbuka, riak ditemukan berkurang sangat banyak, sebagian besar waktu ke keadaan nol tetapi resistansi beban dan nilai kapasitor yang digunakan memainkan peran penting dan mempengaruhi saat ini sedang ditarik.

Gambar 2. Sirkuit Greinacher

Tahap sel Villard diikuti oleh rangkaian agar dapat bekerja dengan menggunakan tahap detektor amplop atau detektor puncak.

Pengaruh detektor puncak sedemikian rupa sehingga banyak riak dihilangkan sementara keluaran tegangan puncak dipertahankan seperti itu.

Heinrich Greinacher adalah orang pertama yang menemukan sirkuit ini pada tahun 1913 (yang diterbitkan pada tahun 1914) untuk memberikan tegangan 200-300V yang dibutuhkan olehnya untuk ionometernya yang lagi-lagi merupakan penemuan baru olehnya.

Persyaratan untuk menemukan sirkuit ini untuk mendapatkan tegangan sebanyak itu muncul karena daya yang disuplai oleh pembangkit listrik Zurich hanya 110V AC dan karenanya tidak mencukupi.

Heinrich mengembangkan ide ini lebih banyak pada tahun 1920 dan mengembangkannya untuk membuat rangkaian pengganda. Sering kali, orang menyebut riam pengganda yang ditemukan oleh Heinrich Greinacher ini sebagai kaskade Villard yang tidak akurat dan tidak benar.

Rangkaian pengganda ini juga dikenal sebagai Cockroft-Walton, diambil dari nama ilmuwan John Cockroft dan Ernest Walton yang telah membangun mesin akselerator partikel dan menemukan kembali sirkuit secara independen pada tahun 1932.

Penggunaan dua sel Greinacher yang memiliki polaritas berlawanan satu sama lain tetapi didorong dari sumber AC yang sama dapat memperluas konsep topologi semacam ini ke rangkaian quadrupler tegangan.

Dua output individu digunakan untuk menurunkan output di atasnya. Pembumian input dan output secara bersamaan di sirkuit ini sangat tidak mungkin seperti halnya dengan rangkaian jembatan.

Sirkuit Jembatan

Jenis topologi yang digunakan oleh rangkaian Delon untuk mendapatkan penggandaan tegangan dikenal sebagai topologi jembatan.

Salah satu kegunaan umum dari rangkaian delon jenis ini ditemukan di televisi dengan tabung sinar katoda. Sirkuit delon di pesawat televisi ini digunakan untuk menyediakan e.h.t. sumber tegangan.

Gambar 3. Voltase quadrupler - dua sel Greinacher dengan polaritas berlawanan

Ada banyak bahaya keselamatan dan masalah yang terkait dengan pembangkitan tegangan lebih dari 5kV bersama dengan sangat tidak ekonomisnya trafo yang kebanyakan pada peralatan yang merupakan peralatan rumah tangga.

Tapi sebuah e.h.t. 10kV adalah kebutuhan dasar dari televisi hitam putih sedangkan televisi berwarna membutuhkan lebih banyak e.h.t.

Ada berbagai cara dan sarana yang digunakan e.h.t. dari dimensi seperti itu dicapai seperti: menggandakan tegangan pada transformator utama dalam belitan e.h.t di atasnya dengan menggunakan pengganda tegangan atau dengan menerapkan pengganda tegangan ke bentuk gelombang pada kumparan flyback saluran.

Dua detektor puncak yang terdiri dari setengah gelombang dalam suatu rangkaian secara fungsional mirip dengan sel detektor puncak yang ditemukan di sirkuit Greinacher.

Setengah siklus yang berlawanan satu sama lain dari bentuk gelombang yang masuk digunakan untuk beroperasi oleh masing-masing dari dua sel detektor puncak. Output selalu ditemukan menjadi dua kali lipat dari tegangan input puncak karena output yang dihasilkan oleh mereka adalah seri.

Gambar 4. Pengganda tegangan jembatan (Delon)

Sirkuit Kapasitor Berubah

Tegangan suatu sumber DC dapat digandakan dengan menggunakan rangkaian dioda-kapasitor yang cukup sederhana dan telah dijelaskan pada bagian di atas dengan mendahului pengganda tegangan dengan menggunakan rangkaian perajang.

Dengan demikian, ini efektif dalam mengubah DC ke AC sebelum melewati pengganda tegangan. Untuk mencapai dan membangun sirkuit yang lebih efisien, perangkat switching digerakkan dari jam eksternal yang mahir dalam berfungsi baik dalam hal memotong dan mengalikan dan dapat dicapai secara simultan.

Gambar 5.

Pengganda tegangan kapasitor sakelar dicapai hanya dengan mengalihkan kapasitor bermuatan dari paralel ke seri Jenis rangkaian ini dikenal sebagai rangkaian kapasitor sakelar.

Aplikasi yang ditenagai oleh tegangan rendah adalah aplikasi yang secara khusus menggunakan pendekatan ini karena sirkuit terintegrasi memiliki persyaratan pasokan tegangan dalam jumlah tertentu yang lebih dari apa yang sebenarnya dapat diberikan atau diproduksi oleh baterai.

Dalam kebanyakan kasus, selalu ada ketersediaan sinyal clock pada papan sirkuit terintegrasi dan dengan demikian ini membuatnya tidak perlu memiliki sirkuit tambahan lain atau hanya diperlukan sirkuit kecil untuk menghasilkannya.

Dengan demikian, diagram pada Gambar 5 menampilkan secara skematis bentuk konfigurasi kapasitor sakelar yang paling sederhana. Pada diagram ini terdapat dua buah kapasitor yang telah diisikan ke tegangan yang sama secara bersamaan secara paralel.

Pasca kapasitor ini diaktifkan menjadi seri setelah mematikan pasokan. Jadi, tegangan keluaran yang dihasilkan adalah dua kali lipat dari tegangan suplai atau tegangan masukan jika keluaran berasal dari dua kapasitor secara seri.

Ada berbagai jenis perangkat switching yang dapat digunakan di sirkuit tersebut, tetapi perangkat MOSFET adalah perangkat switching yang paling sering digunakan dalam kasus sirkuit terintegrasi.

Gambar 6. Skema pengganda tegangan pompa pengisian

Diagram pada Gambar 6 menampilkan secara skematis salah satu konsep dasar lainnya dari 'Pompa Pengisian'. Tegangan input digunakan untuk pertama kali mengisi Cp, kapasitor pompa pengisian.

Setelah ini, kapasitor keluaran, C0 diisi dengan switching secara seri dengan tegangan masukan yang mengakibatkan pengisian C0 menggandakan jumlah tegangan masukan. Agar C0 dapat terisi penuh dengan sukses, pompa pengisi daya mungkin diperlukan untuk melakukan banyak siklus.

Tetapi setelah kondisi mapan diperoleh, satu-satunya hal penting untuk kapasitor pompa pengisian, Cp adalah memompa muatan dalam jumlah kecil yang setara dengan muatan yang dipasok dari kapasitor keluaran, C0 ke beban.

Riak terbentuk pada tegangan keluaran saat C0 dibuang sebagian ke beban saat diputuskan dari pompa pengisian. Riak yang terbentuk dalam proses ini memiliki karakteristik waktu pengosongan yang lebih pendek dan mudah untuk disaring sehingga karakteristik ini membuatnya lebih kecil untuk frekuensi untuk frekuensi clock yang lebih tinggi.

Jadi, untuk riak tertentu apa pun, kapasitor dapat dibuat lebih kecil. Jumlah maksimum frekuensi clock untuk semua tujuan praktis dalam sirkuit terintegrasi biasanya berada dalam kisaran ratusan kHz.

Pompa pengisian Dickson

Pompa pengisian Dickson, juga dikenal sebagai pengganda Dickson terdiri dari kaskade sel dioda / kapasitor di mana rangkaian pulsa clock menggerakkan pelat bawah dari masing-masing kapasitor.

Rangkaian ini dianggap sebagai modifikasi pengali Cockcroft-Walton tetapi dengan satu-satunya pengecualian sinyal switching disediakan oleh input DC dengan rangkaian jam alih-alih input AC seperti halnya dengan pengali Cockcroft-Walton.

Persyaratan dasar pengali Dickson adalah bahwa pulsa clock dari fase yang berlawanan satu sama lain harus menggerakkan sel alternatif. Tetapi, dalam kasus pengganda tegangan, yang digambarkan pada Gambar 7, hanya satu sinyal clock yang diperlukan karena hanya ada satu tahap perkalian.

Gambar 7. Pengganda tegangan pompa pengisian Dickson

Sirkuit di mana pengganda Dickson sebagian besar dan sering digunakan adalah sirkuit terintegrasi di mana tegangan suplai seperti dari baterai apa pun kurang dari yang dibutuhkan oleh sirkuit.

Fakta bahwa semua semikonduktor yang digunakan dalam hal ini pada dasarnya serupa bertindak sebagai keuntungan bagi produsen sirkuit terintegrasi.

Blok logika standar yang paling umum ditemukan dan digunakan di berbagai sirkuit terintegrasi adalah perangkat MOSFET.

Inilah salah satu alasan mengapa dioda berkali-kali diganti oleh transistor jenis ini, tetapi juga disambungkan ke suatu fungsi dalam bentuk dioda.

Susunan ini juga dikenal sebagai MOSFET berkabel dioda. Diagram pada Gambar 8 menggambarkan pengganda tegangan Dickson menggunakan jenis perangkat MOSFET tipe n-channel peningkatan diode-kabel ini.

Gambar 8. Pengganda tegangan Dickson menggunakan MOSFET berkabel dioda

Bentuk dasar pompa pengisian Dickson telah mengalami banyak perbaikan dan variasi. Sebagian besar perbaikan ini berada di bidang pengurangan efek yang dihasilkan oleh tegangan sumber penguras transistor. Peningkatan ini dianggap signifikan jika tegangan input kecil seperti pada baterai bertegangan rendah.

Tegangan keluaran selalu merupakan kelipatan integral dari tegangan masukan (dua kali dalam kasus pengganda tegangan) ketika elemen switching yang ideal digunakan.

Tetapi dalam kasus di mana baterai sel tunggal digunakan sebagai sumber input bersama dengan sakelar MOSFET, output dalam kasus seperti itu jauh lebih rendah dari nilai ini karena akan ada penurunan tegangan melintasi transistor.

Karena penurunan tegangan yang sangat rendah dalam keadaan on dari rangkaian yang menggunakan komponen diskrit, dioda Schottky dianggap sebagai pilihan yang baik sebagai elemen switching.

Tetapi para perancang sirkuit terintegrasi sebagian besar lebih memilih MOSFET untuk digunakan karena lebih mudah tersedia yang lebih dari mengimbangi adanya kekurangan dan kompleksitas tinggi di sirkuit yang ada di perangkat MOSFET.

Untuk mengilustrasikan ini, mari kita ambil contoh: tegangan nominal nada 1.5V ada dalam baterai alkaline.

Output dalam hal ini dapat digandakan menjadi 3.0V dengan menggunakan pengganda tegangan bersama dengan elemen sakelar ideal yang memiliki penurunan tegangan nol.

Tetapi penurunan tegangan MOSFET kabel dioda dari sumber-drain ketika dalam keadaan hidup harus minimal sama dengan tegangan ambang gerbang yang biasanya dalam nada 0,9V.

Tegangan keluaran dapat dinaikkan oleh pengganda tegangan hanya dengan sekitar 0.6V hingga 2.1V.

Peningkatan tegangan oleh rangkaian tidak dapat dicapai tanpa menggunakan beberapa tahap jika penurunan transistor pemulusan akhir juga dipertimbangkan dan diperhitungkan.

Di sisi lain, tegangan panggung dari dioda Schottky khas adalah 0,3 V. tegangan keluaran yang dihasilkan oleh pengganda tegangan akan berada dalam kisaran 2,7V jika menggunakan dioda Schottky, atau 2,4V jika menggunakan dioda pemulusan.

Kapasitor sakelar berpasangan silang

Rangkaian kapasitor sakelar berpasangan silang dikenal karena tegangan inputnya sangat rendah. Baterai sel tunggal dapat dibutuhkan dalam peralatan yang digerakkan oleh baterai nirkabel seperti pager dan perangkat Bluetooth untuk memasok daya secara terus menerus ketika dayanya telah habis hingga di bawah volt.

Gambar 9. Pengganda tegangan kapasitor sakelar gabungan-silang

Transistor Q2 dimatikan jika jam rendah. Pada saat yang sama, transistor Q1 dihidupkan jika clock-nya tinggi dan ini mengakibatkan pengisian kapasitor C1 ke tegangan Vn. pelat atas C1 didorong ke atas hingga menggandakan Vin jika Ø1 naik tinggi.

Untuk mengaktifkan tegangan ini agar muncul sebagai output, sakelar S1 ditutup pada saat yang bersamaan. Juga, pada saat yang sama C2 diizinkan untuk mengisi daya dengan menyalakan Q2.

Peran komponen dibalik pada setengah siklus berikutnya: Ø1 akan rendah, S1 akan terbuka, Ø2 akan tinggi, dan S2 akan ditutup.

Jadi secara bergantian dari setiap sisi rangkaian, tegangan keluaran disuplai dengan 2Vin. kerugian yang terjadi di sirkuit ini rendah karena ada kekurangan MOSFET berkabel dioda dan masalah tegangan ambang yang terkait dengannya.

Salah satu keuntungan lain dari rangkaian adalah menggandakan frekuensi riak karena ada dua pengganda tegangan yang memasok output secara efektif dari clock fasa.

Kerugian dasar dari rangkaian ini adalah bahwa kapasitansi pengali Dickinson ditemukan jauh lebih tidak signifikan daripada rangkaian ini dan dengan demikian menyumbang sebagian besar kerugian yang terjadi di rangkaian ini.

Kesopanan: https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_doubler