Quels sont les moyens d'améliorer un multiplicateur de tension?

Je travaille sur une alimentation Nixie, mais j'aimerais l'améliorer.

• J'ai des batteries 4x9V en série pour un total de 36V à commuter sur un multiplicateur.
• Une minuterie (TTL) 555 fonctionne parfaitement à partir de la première pile 9 V seulement pour générer une onde carrée de 8,5 volts, 10 kHz (ou toute fréquence que vous voulez, je suppose), env. Droit de 50%.
• La sortie 555 entraîne la grille d'un MOSFET à canal N BS170 .
• Le drain MOSFET est connecté jusqu'à 36 V via une résistance d'environ 1,2 kΩ. Cette résistance doit être aussi faible que possible pour pousser le courant dans:
• un multiplicateur Cockcroft-Walton à 6 étages , qui produit une belle sortie ~ 220VDC sans charge. Malheureusement, il s'affaisse à environ 155 VDC lorsqu'il est chargé par une résistance de 47 kΩ en série avec le tube.

Ce que j'aime dans ce circuit:

• It Works ™
• Il peut être construit par des parties extrêmement courantes que j'ai probablement en main, par exemple:
• Il ne nécessite aucune inductance.
• Il ne nécessite aucun circuit intégré spécialisé tel que des convertisseurs boost.
• Il ne nécessite que des condensateurs et des diodes avec des tensions nominales pour gérer chaque étage, pas le shebang complet.
• Il bloque Multisim.

Ce que je n'aime pas dans ce circuit:

• La tension de sortie s'affaisse à ~ 155VDC sous seulement ~ 600μA de charge.
• Je suis trop stupide pour penser à une meilleure façon de commuter le 36V sur le multiplicateur:
• Alors que la sortie de la minuterie 555 est élevée, je perds plus de 1 W à travers la résistance de drain juste pour piloter le multiplicateur.
• La tension d'entrée du multiplicateur est gênée par la résistance de drain.

Comment puis-je:

• apporter des améliorations qui peuvent permettre à ~ 10mA d'être approvisionné avec une baisse de moins de 40V de la sortie d'alimentation?

J'ai essayé:

• Remplacement de la section du pilote MOSFET par quelque chose comme ceci:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

J'ai grillé pas mal de transistors en essayant cet onduleur. Comme illustré, les grilles de l'onduleur sont tirées jusqu'à 36 V par la résistance de 10 kΩ. Est-il possible que le temps de charge de la grille soit ce qui a détruit les transistors?

EDIT: Je viens de réaliser que les valeurs maximales de tension grille-source sur les deux transistors à effet de champ sont de ± 20 V. Cela expliquerait pourquoi ils ont frit. Hmm, peut-être qu'au lieu d'un seul 10kΩ, je pourrais faire un diviseur de tension pour piloter chaque porte séparément?

• lire l'article Wikipedia sur les méthodes d'amélioration:

Pour ces raisons, les multiplicateurs CW avec un grand nombre d'étages ne sont utilisés que lorsqu'un courant de sortie relativement faible est requis. Ces effets peuvent être partiellement compensés en augmentant la capacité dans les étages inférieurs, en augmentant la fréquence de la puissance d'entrée et en utilisant une source de courant alternatif avec une forme d'onde carrée ou triangulaire.

• étudier d'autres conceptions d'alimentation Nixie populaires, telles que celles-ci .

Je soupçonne que la commutation plus efficace du 36V sur le multiplicateur contribuerait grandement à améliorer les performances.

EDIT / SUMMARY: La commutation plus efficace du 36V sur le multiplicateur a grandement contribué à améliorer les performances. Comme plusieurs personnes l'ont suggéré, quelque chose appelé "push-pull" était une solution rapide ici. Un onduleur CMOS avec des portes entraînées séparément rend la pompe de charge beaucoup plus efficace:

L'alimentation s'élève maintenant à ~ 216 VDC lorsqu'il est chargé avec deux tubes, une énorme amélioration:

Vous devez abandonner Rd de votre premier schéma et utiliser une sortie push-pull à faible impédance comme dans votre deuxième schéma. Cependant, comme vous le dites correctement, le 36v trinquera les portes des FET Vgs 20v. Il y a peu de fets avec Vgsmax supérieur à 20v, et aucun à ma connaissance avec plus de 30v.

Parmi les options, on peut utiliser

a) des décaleurs de niveau appropriés pour contrôler les portes FET, les petites bipolaires fonctionneraient bien ici
b) un transformateur de commande de porte (bien que généralement utilisé uniquement pour des applications de puissance supérieure)
c) qu'en est-il de la commande push-pull 18v à partir de deux batteries, mais tirer, comme ça ...

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

J'ai illustré 4 étapes ici, l'extension à d'autres étapes est évidente.

Maintenant, je n'ai pas connecté le condensateur supérieur. Il y a deux options

a) Cockcroft Walton stylee, où vous êtes limité par la tension maximale. Ici, vous connectez C5 à la jonction D1 / D2. Cela permet une faible tension aux bornes de chaque condensateur, mais entraîne une impédance de sortie élevée. Également connue sous le nom de cascade Villard, bien qu'inventée par Greinacher.

b) Style de pompe de charge Dickson, ce qui se traduit par une impédance de sortie beaucoup plus faible. C5 se connecte de nouveau à l'extrémité entraînée de C2. Cela signifie que C5 a besoin d'une tension nominale plus élevée, mais si vous pouvez obtenir des bouchons avec une tension appropriée à moindre coût, 250 V ou même 400 V sont couramment disponibles, alors cette configuration a une baisse de tension beaucoup plus faible avec le courant.

Remplacez la résistance par une inductance qui vous donne un convertisseur boost. De cette façon, vous démarrez déjà la multiplication de tension avec la tension . ≫ 36 $R_D$$\gg 36V$

Mais assurez-vous que

• le MOSFET peut habler la tension (pour BS170 est 60V) et$V_{DS,max}$
• le MOSFET peut gérer le max. courant (principalement en fonction de la tension de fonctionnement, de la fréquence de commutation et de l'inductance); pour BS170 est 0,5A.$I_{D,max}$

36 V sur la porte détruira les appareils. Vous devez trouver les circuits de commande MOSFET appropriés.

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

$R_1$$3.3 ~k\Omega$

en tant que multiplicateur de tension, sa sortie de courant est inversement liée à sa sortie de tension. donc pour augmenter la sortie actuelle, vous avez deux choix, sans sortir de la topologie:

1) Augmentez le courant du variateur: le 555 peut fournir 200 mA et votre BS170 quelques mA. vous pouvez essayer un émetteur suiveur comme tampon; ou un pilote dédié;

2) augmenter la tension du variateur: exécutez le tout à une tension aussi élevée que possible;

si j'étais vous, j'essaierais de conduire le multiplicateur directement avec le 555 en premier. si cela ne fournit pas suffisamment de courant, pensez à une approche différente, comme un convertisseur élévateur.

Quel type de piles utilisez-vous? La résistance interne d'une batterie 9V peut être assez élevée. Je pense qu'un alcalin normal ne peut fournir qu'environ 3 ampères à cause de cela. 36V * 3A / 220V est d'environ 500mA à la sortie sans tenir compte des pertes dans le circuit. Je pense que les rechargeables pourraient mieux fonctionner.