PL239307B1 - Układ powielacza napięcia - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ powielacza napięcia przeznaczony do zwielokrotniania i prostowania wysokiego napięcia w zasilaczach wysokiego napięcia stosowanych w szczególności do zasilania padów elektroadhezyjnych chwytaków przemysłowych.

Znany, z publikacji internetowej https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_multiplier, czerwiec 2020, jest powielacz napięcia, w którym wejście pierwsze stanowi elektroda pierwsza kondensatora pierwszego, a wejście drugie stanowi anoda diody prostowniczej pierwszej i elektroda pierwsza kondensatora drugiego. Elektroda druga kondensatora pierwszego połączona jest z katodą diody prostowniczej pierwszej, z anodą diody prostowniczej drugiej i z elektrodą pierwszą kondensatora trzeciego. Elektroda druga kondensatora drugiego połączona jest z katodą diody prostowniczej drugiej, z anodą diody prostowniczej trzeciej i z elektrodą pierwszą kondensatora czwartego. Elektroda druga kondensatora trzeciego połączona jest z katodą diody prostowniczej trzeciej i anodą diody prostowniczej czwartej, której katoda połączona jest z elektrodą drugą kondensatora czwartego i z wyjściem układu powielacza.

Znany układ powielacza, napięcia jedynie częściowo separuje wyjście układu od wejścia przy wyłączonym układzie powielacza. Przy zasilaniu wyjścia z innego źródła o przeciwnej polaryzacji, prąd przepływa wstecznie przez szeregowo połączone diody prostownicze do wejścia układu, co jest zjawiskiem niekorzystnym w układach, które wymagają przełączania polaryzacji wysokiego napięcia wyjściowego.

Istota układu powielacza napięcia według wynalazku, polega na tym, że elektroda druga kondensatora pierwszego połączona jest z końcówką pierwszą warystora pierwszego, ze źródłem tranzystora pierwszego, z końcówką pierwszą rezystora pierwszego, z biegunem ujemnym fotoogniwa pierwszego i z końcówką pierwszą wyjścia. Końcówka druga warystora pierwszego połączona jest z katodą diody prostowniczej pierwszej i z drenem tranzystora pierwszego, którego bramka połączona jest z końcówką drugą rezystora pierwszego i z biegunem dodatnim fotoogniwa pierwszego. Końcówka, pierwsza warystora drugiego połączona jest z katodą diody prostowniczej drugiej i z drenem tranzystora drugiego, którego bramka połączona jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego i z biegunem dodatnim fotoogniwa drugiego. Elektroda druga kondensatora drugiego połączona jest z końcówką drugą warystora drugiego, ze źródłem tranzystora drugiego, z końcówką drugą rezystora drugiego, z biegunem ujemnym fotoogniwa drugiego i z końcówką drugą wyjścia. Końcówka pierwsza wejścia drugiego połączona jest z końcówką pierwszą źródła światła, której końcówka druga połączona jest z końcówką drugą wejścia drugiego.

Układ powielacza napięcia, dzięki zastosowaniu układów wysokonapięciowych kluczy separuje wyjście od swoich wejść przy wyłączonym układzie, co umożliwia, łączenie wyjść kilku powielaczy w układy o zadanej polaryzacji napięcia wyjściowego. Ponadto, dzięki zastosowaniu szeregowo łączonych układów wysokonapięciowych kluczy, możliwe jest przełączanie wielokrotnie wyższych napięć niż dopuszczalne napięcia pracy wysokonapięciowych kluczy, co pozwała na sterowanie bardzo wysokimi napięciami, przekraczającymi możliwości technologiczne współczesnych elementów półprzewodnikowych, z których budowane są wysokonapięciowe klucze. Możliwość sterowania bardzo dużymi napięciami z wykorzystaniem układów półprzewodnikowych, w zasadzie, co najmniej ogranicza stosowanie tradycyjnych, rozwiązań w postaci wysokonapięciowych przekaźników mechanicznych, cechujących się znacznymi gabarytami i niską niezawodnością. Układ według wynalazku ma budowę modułową, co pozwala na budowanie powielaczy o żądanym stopniu powielenia napięcia wejściowego, przy zachowaniu możliwości jego sterowania. Zastosowanie warystorów włączonych równolegle z drenami i źródłami tranzystorów zabezpiecza układ według wynalazku przed przepięciami.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania uwidoczniony jest na rysunku przedstawiającym schemat ideowy budowy układu powielacza napięcia.

Końcówka pierwsza wejścia pierwszego We1 połączona jest z elektrodą pierwszą kondensatora pierwszego C1, którego elektroda druga połączona jest z końcówką pierwszą warystora pierwszego W1, ze źródłem tranzystora pierwszego T1, z końcówką pierwszą rezystora pierwszego R1, z biegunem ujemnym fotoogniwa pierwszego B1, z anodą diody prostowniczej drugiej D2 i z końcówką pierwszą wyjścia Wy układu według wynalazku. Końcówka druga warystora pierwszego W1 połączona jest z katodą diody prostowniczej pierwszej D1 i z drenem tranzystora pierwszego T1, którego bramka połączona jest z końcówką drugą rezystora pierwszego R1 i z biegunem dodatnim fotoogniwa pierwszego B1. Końcówka pierwsza warystora drugiego W2 połączona jest z katodą diody prostowniczej drugiej D2

PL 239 307 B1 i z drenem tranzystora drugiego T2, którego bramka połączona jest z końcówką pierwszą rezystora drugiego R2 i z biegunem dodatnim fotoogniwa drugiego B2. Końcówka druga wejścia pierwszego We1 połączona jest z poziomem odniesienia GND, z anodą diody prostowniczej pierwszej D1 oraz z elektrodą pierwszą kondensatora drugiego C2, którego elektroda druga połączona jest z końcówką drugą warystora drugiego W2, ze źródłem tranzystora drugiego T2, z końcówką drugą rezystora drugiego R2, z biegunem ujemnym fotoogniwa drugiego B2 i z końcówką drugą wyjścia Wy układu według wynalazku. Końcówka pierwsza wejścia drugiego We2 połączona jest z końcówką pierwszą źródła światła Ż, której końcówka druga połączona jest z końcówką drugą wejścia drugiego We2.

Zmienne napięcie podawane jest na końcówki wejścia pierwszego We1 układu według wynalazku.

W fazie pierwszej działania układu według wynalazku, końcówki wejścia drugiego We2 są zasilane i prąd płynie do źródła światła Ż. Przepływ prądu przez źródło światła Ż powoduje jego włączenie i emisję światła, które oświetla fotoogniwo pierwsze B1 oraz fotoogniwo drugie B2. Wyłączone fotoogniwa: pierwsze B1 i drugie B2 powodują polaryzację bramek tranzystorów: pierwszego T1 i drugiego T2 względem ich źródeł i ich włączenie. Ujemne napięcie na końcówce pierwszej wejścia pierwszego We1 oraz dodatnie napięcie na końcówce drugiej wejścia pierwszego We1, powoduje przepływ prądu ładującego kondensator pierwszy C1 w obwodzie złożonym z kondensatora pierwszego C1, ze źródła i z drenu tranzystora pierwszego T1 i z diody prostowniczej pierwszej D1. Elektroda pierwsza kondensatora pierwszego C1 ładuje się ujemnie, a jego elektroda druga dodatnio. Dodatnie napięcie na końcówce pierwszej wejścia pierwszego We1 oraz ujemne napięcie na końcówce drugiej wejścia pierwszego We1 powoduje przepływ prądu ładującego kondensator drugi C2 w obwodzie złożonym z kondensatora pierwszego C1, z diody prostowniczej drugiej D2, z drenu, ze źródła tranzystora drugiego T2 i z kondensatora drugiego C2. Elektroda pierwsza kondensatora drugiego C2 ładuje się ujemnie, a jego elektroda druga dodatnio, napięciem które jest sumą napięcia wejściowego z końcówek wejścia pierwszego We1 oraz napięcia na elektrodach kondensatora pierwszego C1. Warystor pierwszy W1 tłumi przepięcia pomiędzy drenem i źródłem tranzystora pierwszego T1, zabezpieczając go przed przepięciami, a warystor drugi W2 tłumi przepięcia pomiędzy drenem i źródłem tranzystora drugiego T2, zabezpieczając go przed przepięciami. Końcówka pierwsza wyjścia Wy umożliwia podłączenie końcówki pierwszej wejścia pierwszego kolejnego układu powielacza napięcia według wynalazku. Końcówka druga wyjścia Wy umożliwia podłączenie końcówki drugiej wejścia pierwszego kolejnego układu powielacza napięcia według wynalazku oraz służy jako wyjście dodatnie wysokiego powielonego napięci a, dla którego końcówka druga wejścia pierwszego We1 stanowi poziom odniesienia GND.

W fazie drugiej działania układu według wynalazku, końcówki wejścia drugiego We2 nie są zasilane. Brak zasilania końcówek wejścia drugiego We2 powoduje wyłączenie źródła światła Ż i źródło światła Ż nie emituje promieniowania świetlnego. Brak emisji światła ze źródła światła Ż powoduje zacienienie powierzchni światłoczułej fotoogniwa pierwszego B1 oraz fotoogniwa drugiego B2 i wyłączenie fotoogniw pierwszego B1 i drugiego B2. Wyłączone fotoogniwa: pierwsze B1 i drugie B2 nie zasilają bramek tranzystorów: pierwszego T1 i drugiego T2 względem ich źródeł i następuje ich depolaryzacja poprzez przepływ prądu wyrównawczego odpowiednio przez rezystory: pierwszy R1 oraz drugi R2. Depolaryzacja bramek tranzystorów: pierwszego T1 i drugiego T2 względem ich źródeł powoduje ich wyłączenie i rozwarcie ich drenów ze źródłem. Wyłączone tranzystory: pierwszy T1 oraz drugi T2 nie przewodzą prądu i obwody ładowania kondensatorów: pierwszego C1 i drugiego C2 pozostają otwarte. Otwarte obwody ładowania kondensatorów: pierwszego C1 oraz drugiego C2 powodują wyłączenie powielacza napięcia według wynalazku i na końcówce drugiej wyjścia nie powstaje stale powielone napięcie względem końcówki drugiej wejścia pierwszego We1, stanowiącego poziom odniesienia układu GND.

Claims (1)

1 . Układ powielacza napięcia, w którym końcówkę pierwszą wejścia stanowi elektroda pierwsza kondensatora pierwszego, którego elektroda druga połączona jest z anodą diody prostowniczej drugiej, a końcówkę drugą wejścia stanowi poziom odniesienia, anoda diody prostowniczej pierwszej i elektroda pierwsza kondensatora drugiego, znamienny tym, że elektroda druga kondensatora pierwszego (C1), połączona jest z końcówką pierwszą warystora pierw

PL 239 307 B1 szego (W1), ze źródłem tranzystora pierwszego (T1), z końcówką pierwszą rezystora pierwszego (R1), z biegunem ujemnym fotoogniwa pierwszego (B1) i z końcówką pierwszą wyjścia (Wy), końcówka druga warystora pierwszego (W1) połączona jest z katodą diody prostowniczej pierwszej (D1) i z drenem tranzystora pierwszego (T1), którego bramka połączona jest z końcówką drugą rezystora pierwszego (R1) i z biegunem dodatnim fotoogniwa pierwszego (B1), a końcówka pierwsza warystora drugiego (W2) połączona jest z katodą diody prostowniczej drugiej (D2) i z drenem tranzystora drugiego (T2), którego bramka połączona jest z końcówką pierwszą rezystora, drogiego (R2) i z biegunem dodatnim fotoogniwa drugiego (B2), elektroda druga kondensatora drugiego (C2) połączona jest z końcówką drugą warystora drugiego (W2), ze źródłem tranzystora drugiego (T2), z końcówką drugą rezystora drugiego (R2), z biegunem ujemnym fotoogniwa drugiego (B2) i z końcówką drugą wyjścia (Wy), przy czym końcówka pierwsza wejścia drugiego (We2) połączona jest z końcówką pierwszą źródła światła (Ż), której końcówka druga połączona jest z końcówką drugą wejścia drugiego (We2).