Giải thích chi tiết Mạch nhân đôi điện áp

Một mạch nhân áp là một mạch chỉnh lưu chuyên dụng tạo ra đầu ra lý thuyết là một số nguyên lần điện áp đỉnh AC đầu vào, ví dụ: 2, 3 hoặc 4 lần điện áp đỉnh AC đầu vào. Do đó, có thể nhận được 200 VDC từ một nguồn AC 100 Vpeak bằng cách sử dụng mạch nhân áp kép, và 400 VDC từ mạch nhân áp bốn. Bất kỳ tải nào trong một mạch thực tế cũng sẽ làm giảm các điện áp này.Đầu tiên, chúng ta sẽ đi qua một số loại mạch nhân áp – mạch nhân áp kép (bán bước và toàn bước), mạch nhân áp ba và mạch nhân áp bốn – sau đó đưa ra một số ghi chú chung về an toàn của mạch nhân áp và kết thúc với mạch nhân áp Cockcroft-Walton.

Mạch nhân đôi điện áp

Một ứng dụng của mạch nhân áp kép là nguồn cấp DC có khả năng sử dụng nguồn 240 VAC hoặc 120 VAC. Nguồn cấp sử dụng một mạch cầu toàn bước có thể chọn công tắc để tạo ra khoảng 300 VDC từ nguồn 240 VAC. Vị trí 120 V của công tắc sẽ đấu lại mạch cầu thành mạch nhân áp kép, tạo ra khoảng 300 VDC từ 120 VAC. Trong cả hai trường hợp, đều tạo ra 300 VDC. Đây là đầu vào cho một bộ điều chỉnh chuyển mạch tạo ra các điện áp thấp hơn để cấp nguồn, chẳng hạn như cho một máy tính cá nhân.

Mạch Nhân đôi điện áp nửa sóng

Mạch nhân áp kép bán bước trong Hình 1(a) bao gồm hai mạch: một mạch kẹp hiển thị trong (b) và một mạch phát hiện đỉnh (chỉnh lưu bán bước) trong (c). Tụ C2 đã được thêm vào mạch phát hiện đỉnh (chỉnh lưu bán bước) này. 

Phân tích mạch nhân đôi điện áp nửa sóng

Tham khảo Hình 1(b) ở trên, tụ C2 sẽ sạc lên 5V (4,3V xét đến sụt áp trên điôt) trong nửa chu kỳ âm của đầu vào AC. Đầu bên phải được nối đất bởi điôt D2 đang dẫn. Đầu bên trái được sạc ở đỉnh âm của đầu vào AC. Đây là hoạt động của mạch kẹp.Trong nửa chu kỳ dương, mạch chỉnh lưu bán bước được hiển thị trong Hình 1(c) ở trên. Điôt D2 không nằm trong mạch vì nó bị nghịch bán. Tụ C2 giờ đây nối tiếp với nguồn điện áp. Lưu ý cực tính của nguồn và C2, cùng chiều. Do đó, điôt chỉnh lưu D1 nhìn thấy tổng 10V tại đỉnh của dạng sóng sin, 5V từ nguồn và 5V từ C2. D1 dẫn dạng sóng v(1), như minh họa trong Hình 2, sạc C1 lên đỉnh của dạng sóng sin đi cùng với 5V DC – Hình 2 v(2). Dạng sóng v(2) là đầu ra của mạch nhân áp kép, ổn định ở 10V (8,6V với sụt áp trên điôt) sau một vài chu kỳ đầu vào dạng sóng sin.

Mạch Nhân Áp Kép Toàn phần

Mạch nhân áp kép toàn bước bao gồm một cặp mạch chỉnh lưu bán bước xếp chồng nối tiếp (Hình 3). Sơ đồ mạch tương ứng được cho trong Hình dưới đây.

Phân tích hoạt động của Mạch Nhân Áp Kép toàn sóng

Mạch chỉnh lưu dưới sẽ sạc C1 trong nửa chu kỳ âm của đầu vào. Mạch chỉnh lưu trên sẽ sạc C2 trong nửa chu kỳ dương. Mỗi tụ điện sẽ được sạc lên 5V (4,3V xét đến sụt áp trên điôt). Đầu ra tại nút 5 là tổng của C1 + C2 nối tiếp hoặc 10V (8,6V với sụt áp trên điôt).Hình 3. Mạch nhân áp kép toàn bước bao gồm hai mạch chỉnh lưu bán bước hoạt động ở các cực tính xen kẽ.Lưu ý rằng đầu ra v(5) trong Hình 4 đạt giá trị đầy đủ trong vòng một chu kỳ của đầu vào v(2).Hình 4. Mạch nhân áp kép toàn bước: v(2) đầu vào, v(3) điện áp tại điểm giữa, v(5) điện áp tại đầu ra.Suy ra Mạch Nhân Áp Kép Toàn Bước từ Mạch Chỉnh Lưu Bán Bước

Hình dưới đây minh họa cách suy ra mạch nhân áp kép toàn bước từ một cặp mạch chỉnh lưu bán bước có cực tính đối nhau (a). Mạch chỉnh lưu âm của cặp được vẽ lại để rõ ràng hơn (b). Cả hai được kết hợp tại (c), chia sẻ cùng một đất. Tại (d), mạch chỉnh lưu âm được đấu lại để chia sẻ cùng một nguồn điện áp với mạch chỉnh lưu dương. Điều này tạo ra một nguồn cấp ±5V (4,3V với sụt áp trên điôt), mặc dù 10V có thể đo được giữa hai đầu ra. Điểm tham chiếu đất được di chuyển sao cho +10V có sẵn so với đất.Hình 5. Mạch nhân áp kép toàn bước: (a) Cặp mạch nhân áp kép, (b) vẽ lại, (c) chia sẻ đất, (d) chia sẻ cùng một nguồn điện áp. (e) di chuyển điểm đất