Wie kann ein Spannungsvervielfacher verbessert werden?

Ich arbeite an einem Nixie-Netzteil, möchte es aber verbessern.

• Ich habe 4x9V-Batterien in Serie, sodass insgesamt 36V über einen Multiplikator geschaltet werden können.
• Ein (TTL) 555-Timer läuft nur mit der ersten 9-V-Batterie stabil und erzeugt eine 8,5-ish-Volt-Rechteckwelle mit 10 kHz (oder einer von Ihnen gewünschten Frequenz). 50% Pflicht.
• Der 555-Ausgang steuert das Gate eines N-Kanal-BS170-MOSFET an .
• Der MOSFET- Drain ist über einen Widerstand von ca. 1,2 kΩ mit bis zu 36 V verbunden. Dieser Widerstand muss so gering wie möglich sein, um den Strom in folgende Bereiche zu leiten:
• ein 6- stufiger Cockcroft-Walton-Multiplikator , der ohne Last einen schönen ~ 220VDC-Ausgang erzeugt. Leider sinkt sie auf ungefähr 155 VDC, wenn sie von einem 47 kΩ-Widerstand in Reihe mit der Röhre geladen wird.

Was ich an dieser Strecke mag:

• Es funktioniert ™
• Es kann aus sehr üblichen Teilen gebaut werden, die ich wahrscheinlich zur Hand habe, zB:
• Es werden keine Induktivitäten benötigt.
• Es sind keine speziellen ICs wie Hochsetzsteller erforderlich.
• Es werden nur Kondensatoren und Dioden mit Nennspannungen benötigt, um jede Stufe zu bewältigen, nicht die volle Leistung.
• Es stürzt ab Multisim.

Dinge, die ich an dieser Strecke nicht mag:

• Die Ausgangsspannung sinkt bei einer Last von nur ~ 600μA auf ~ 155VDC.
• Ich bin zu dumm, um mir einen besseren Weg zu überlegen, um 36 V über den Multiplikator zu schalten:
• Während der 555-Timer-Ausgang hoch ist, verbrauche ich mehr als 1 W über den Drain-Widerstand, nur um den Multiplikator anzusteuern.
• Die Eingangsspannung des Multiplizierers wird durch den Drain-Widerstand behindert.

Wie kann ich:

• Verbesserungen vornehmen, die es ermöglichen, ~ 10mA mit weniger als 40V Leistungsabfall zu beziehen?

Ich habe versucht:

• Ersetzen des MOSFET-Treiberabschnitts durch Folgendes:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Ich habe einige Transistoren angeröstet, die diesen Inverter probiert haben. Wie gezeigt, werden die Gates des Wechselrichters vom 10kΩ-Widerstand auf 36V hochgezogen. Ist es möglich, dass die Gate-Ladezeit die Transistoren zerstört?

EDIT: Ich habe gerade festgestellt, dass die maximale Gate-Source-Spannung für beide Inverter-FETs ± 20 V beträgt. Das würde erklären, warum sie gebraten haben. Hmm, vielleicht könnte ich statt eines einzelnen 10kΩ einen Spannungsteiler bauen, um jedes Gate separat anzusteuern?

• Lesen Sie den Wikipedia-Artikel über Verbesserungsmethoden:

Aus diesen Gründen werden CW-Multiplizierer mit einer großen Anzahl von Stufen nur dort verwendet, wo ein relativ geringer Ausgangsstrom benötigt wird. Diese Effekte können teilweise kompensiert werden, indem die Kapazität in den unteren Stufen erhöht wird, die Frequenz der Eingangsleistung erhöht wird und eine Wechselstromquelle mit einer quadratischen oder dreieckigen Wellenform verwendet wird.

• Studium anderer populärer Nixie-Netzteile wie dieser .

Ich vermute, dass ein effizienteres Schalten der 36 V über den Multiplikator einen großen Beitrag zur Verbesserung der Leistung leisten würde.

BEARBEITEN / ZUSAMMENFASSUNG: Das effizientere Umschalten der 36-V-Spannung über den Multiplikator trug wesentlich zur Verbesserung der Leistung bei. Wie mehrere Leute angedeutet haben, war etwas, das "Push-Pull" genannt wird, hier eine schnelle Lösung. Ein CMOS-Inverter mit separat angesteuerten Gattern macht die Ladungspumpe viel effektiver:

Die Versorgung liegt jetzt bei ~ 216VDC, wenn mit zwei Röhren geladen wird, eine enorme Verbesserung:

Sie müssen Rd aus Ihrem ersten Schaltplan entfernen und einen niederohmigen Gegentaktausgang wie in Ihrem zweiten Schaltplan verwenden. Wie Sie jedoch richtig sagen, wird 36V die Tore von 20V-VGS-FETs anstoßen. Es gibt nur wenige Fets mit Vgsmax größer als 20 V und meines Wissens mit mehr als 30 V keine.

Unter den Optionen sind zu verwenden

a) geeignete Pegelverschieber den FET - Gates zu steuern, kleiner bipolars würde auch hier arbeiten
b) einen Gate - Treibertransformator (obwohl in die Regel nur für Anwendungen mit höherer Leistung verwendet wird )
c) , wie etwa 18V Gegentaktantrieb von zwei Batterien, aber in Push- zieh so ...

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Ich habe hier 4 Stufen dargestellt, die Erweiterung auf weitere Stufen liegt auf der Hand.

Jetzt habe ich den oberen Kondensator nicht angeschlossen. Es gibt zwei Möglichkeiten

a) Cockcroft Walton Style, bei dem Sie durch die maximale Spannung begrenzt sind. Hier verbinden Sie C5 mit der D1 / D2-Kreuzung. Dies ermöglicht eine niedrige Spannung an jedem Kondensator, führt jedoch zu einer hohen Ausgangsimpedanz. Auch als Villard-Kaskade bekannt, obwohl von Greinacher erfunden.

b) Dickson-Ladungspumpenstil, der zu einer viel niedrigeren Ausgangsimpedanz führt. C5 wird wieder mit dem angetriebenen Ende von C2 verbunden. Dies bedeutet, dass C5 eine höhere Nennspannung benötigt. Wenn Sie jedoch kostengünstig Kappen mit einer geeigneten Nennspannung erhalten können, sind üblicherweise 250 V oder sogar 400 V verfügbar, dann hat diese Konfiguration einen viel geringeren Spannungsabfall mit Strom.

$R_D$$\gg 36V$

Aber stellen Sie sicher, dass

• $V_{DS,max}$
• $I_{D,max}$

36 V am Tor zerstören die Geräte. Sie müssen die richtigen MOSFET-Treiberschaltungen finden.

$|V_{GSS}| < 20~V$

$R_1$$3.3 ~k\Omega$

als Spannungsvervielfacher steht sein Stromausgang in umgekehrter Beziehung zu seinem Spannungsausgang. Um die aktuelle Ausgabe zu erhöhen, haben Sie zwei Möglichkeiten, ohne die Topologie zu verlassen:

1) erhöhen sie den antriebsstrom: der 555 kann 200 ma liefern und ihr bs170 ein paar ma. Sie können einen Emitterfolger als Puffer verwenden. oder ein engagierter Fahrer;

2) Erhöhen Sie die Antriebsspannung: Lassen Sie das Ganze so hoch wie möglich laufen.

Wenn ich Sie wäre, würde ich zuerst versuchen, den Multiplikator direkt mit dem 555 zu fahren. Wenn das nicht genug Strom liefert, überlegen Sie sich einen anderen Ansatz, wie einen Aufwärtswandler.

Welche Art von Batterien verwenden Sie? Der Innenwiderstand einer 9-V-Batterie kann sehr hoch sein. Ich denke, ein normales Alkali kann aus diesem Grund nur etwa 3 Ampere liefern. 36 V * 3A / 220 V liegen am Ausgang bei ca. 500 mA, ohne Berücksichtigung von Stromkreisverlusten. Ich denke, Akkus könnten eine bessere Leistung bringen.