Ladungspumpen-Rechner

Geben Sie die Eingangsspannung ein, wählen Sie Spitzenwert, RMS oder Spitze-Spitze und legen Sie die Anzahl der Verdopplerstufen fest. Das Werkzeug rechnet die Quelle in eine Spitzenamplitude um und wendet den idealen Faktor der doppelten Stufenzahl an. Zusätzlich zeigt es den normierten Spitzenwert und den Multiplikationsfaktor an, damit die elektrische Konvention hinter dem Ergebnis nachvollziehbar bleibt.

Legen Sie die Eingangsspannung vor der Multiplikation fest

Ein Spannungsmultiplikator wird von einer Wechselgröße gespeist, doch Spannungsquellen werden nicht immer nach derselben Konvention angegeben. Ein Funktionsgenerator kann die Spitze-Spitze-Spannung anzeigen, die Sekundärwicklung eines Transformators wird gewöhnlich in RMS-Volt bewertet, und eine Schaltungsaufgabe kann direkt die Spitzenamplitude nennen. Diese drei Werte sind nicht austauschbar. Der Rechner wandelt den eingegebenen Wert zunächst in eine positive Spitzenamplitude um. Einen Spitzenwert übernimmt er unverändert. Bei einem sinusförmigen RMS-Eingang ergibt sich die Spitzenspannung aus der RMS-Spannung multipliziert mit der Quadratwurzel aus zwei. Bei einem Spitze-Spitze-Eingang ist sie halb so groß wie der eingegebene Wert. Die RMS-Umrechnung setzt eine Sinuswelle voraus und gilt im Allgemeinen nicht für rechteckige, dreieckige, begrenzte oder unregelmäßige Signale. Die richtige Eingangsart ist daher ebenso wichtig wie die richtige Zahl. Der normierte Spitzenwert wird im Ergebnis ausgewiesen, sodass Sie die Umrechnung prüfen können, bevor Sie die berechnete Ausgangsspannung in einem Entwurf oder Bericht verwenden.

Wenden Sie die Cockcroft-Walton-Stufenkonvention an

Die Berechnung verwendet eine genaue Stufendefinition, um eine häufige Abweichung zwischen Multiplikatorschaltbildern zu vermeiden. Hier bezeichnet eine Stufe einen vollständigen Cockcroft-Walton-Verdopplerabschnitt, und jede ideale Stufe ergänzt die Leerlaufspannung um das Doppelte der Eingangsspitzenspannung. Die Formel multipliziert zwei mit der Stufenzahl und der Eingangsspitzenspannung. Ein dreistufiger Multiplikator mit einer Spitzenspannung von 12 V besitzt deshalb den Faktor sechs und eine ideale Ausgangsspannung von 72 V. Manche Schaltbilder zählen einzelne Kondensator-Dioden-Zellen, Leitersäulen oder alle Kondensatoren statt vollständiger Verdopplerstufen. Ein daraus übernommener Wert muss vor der Eingabe möglicherweise umgerechnet werden. Prüfen Sie die Stufenbezeichnung der Quelle und verlassen Sie sich nicht nur auf die Bauteilzahl. Der ausgegebene Faktor entspricht der doppelten Stufenzahl, macht diese Konvention deutlich und ermöglicht den Vergleich mit der Schreibweise eines Lehrbuchs, einer Simulation oder eines Herstellers.

Verstehen Sie die geringere Spannung realer Schaltungen

Das Ergebnis ist eine ideale Leerlaufobergrenze und keine Vorhersage der an einer aufgebauten Schaltung verfügbaren Spannung. Es setzt perfekte Dioden ohne Durchlassabfall, Kondensatoren ohne Leckstrom oder äquivalenten Serienwiderstand, eine Quelle ohne Impedanz, genügend Einschwingzeit und keinen Ausgangsstrom voraus. Reale Multiplikatoren verlieren Spannung an leitenden Dioden und brechen ein, wenn die Last die Kondensatoren zwischen den Ladespitzen entlädt. Welligkeit und Einbruch werden gewöhnlich größer, wenn die Stufenzahl oder der Laststrom steigt beziehungsweise Kapazität oder Ansteuerfrequenz sinken. Diodensperrspannung, Kondensatorspannung, Einschaltstrom, Isolation, Abstände und gespeicherte Energie bleiben ebenfalls maßgebliche Randbedingungen. Nutzen Sie das ideale Ergebnis, um das theoretische Übersetzungsverhältnis festzulegen, Topologien zu vergleichen oder die grundsätzliche Machbarkeit zu beurteilen. Für Bauteilauswahl und Sicherheitsentscheidungen benötigen Sie anschließend eine belastete Analyse oder Simulation mit Diodenkennwerten, Kapazität, Frequenz, Quellenwiderstand, Toleranzen und vorgesehener Last.