Quali sono alcuni modi per migliorare un moltiplicatore di tensione?

Sto lavorando a un alimentatore Nixie, ma vorrei migliorarlo.

• Ho batterie 4x9V in serie per un totale di 36V da commutare attraverso un moltiplicatore.
• Un timer (TTL) 555 funziona in modo instabile solo dalla prima batteria da 9 V per generare un'onda quadra da 8,5 is volt, 10 kHz (o qualsiasi frequenza desiderata, immagino), ca. Dazio del 50%.
• Il 555 uscita pilota il gate di un N-channel BS170 MOSFET .
• Lo scarico MOSFET è collegato fino a 36 V tramite una resistenza di circa 1,2 kΩ. Questa resistenza deve essere il più bassa possibile per spingere la corrente in:
• un moltiplicatore Cockcroft-Walton a 6 stadi , che produce una bella uscita di ~ 220 V CC senza carico. Sfortunatamente, si abbassa a circa 155 V CC quando viene caricato da una resistenza da 47 kΩ in serie con il tubo.

Le cose che mi piacciono di questo circuito:

• Funziona ™
• Può essere costruito da parti estremamente comuni che probabilmente avrò a portata di mano, ad esempio:
• Non richiede induttori.
• Non richiede circuiti integrati specializzati come convertitori boost.
• Richiede solo condensatori e diodi con tensione nominale per gestire ogni stadio, non l'intero shebang.
• Si blocca Multisim.

Le cose che non mi piacciono di questo circuito:

• La tensione di uscita scende a ~ 155VDC con solo ~ 600μA di carico.
• Sono troppo stupido per pensare a un modo migliore per passare 36V attraverso il moltiplicatore:
• Mentre l'uscita del timer 555 è alta, sto sprecando oltre 1 W attraverso il resistore di drain solo per guidare il moltiplicatore.
• La tensione di ingresso del moltiplicatore è ostacolata dal resistore di drain.

Come posso:

• apportare miglioramenti che possono consentire di ottenere ~ 10 mA con una caduta inferiore a 40 V nell'output di alimentazione?

Ho provato:

• Sostituzione della sezione del driver MOSFET con qualcosa del genere:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Ho provato un bel po 'di transistor provando questo inverter. Come mostrato, le porte dell'inverter sono tirate fino a 36 V dal resistore da 10kΩ. È possibile che il tempo di ricarica del gate sia ciò che ha distrutto i transistor?

EDIT: mi sono appena reso conto che i valori nominali massimi per la tensione gate-source su entrambi i FET dell'inverter sono di ± 20 V. Ciò spiegherebbe perché hanno fritto. Hmm, forse invece di un singolo 10kΩ, potrei creare un divisore di tensione per pilotare ciascuna porta separatamente?

• leggendo l'articolo di Wikipedia sui metodi di miglioramento:

Per questi motivi, i moltiplicatori CW con un numero elevato di stadi vengono utilizzati solo dove è richiesta una corrente di uscita relativamente bassa. Questi effetti possono essere parzialmente compensati aumentando la capacità negli stadi inferiori, aumentando la frequenza della potenza in ingresso e utilizzando una fonte di alimentazione CA con una forma d'onda quadrata o triangolare.

• studiando altri popolari design di alimentatori Nixie, come questi .

Ho il sospetto che passare il 36V attraverso il moltiplicatore in modo più efficiente farebbe molto per migliorare le prestazioni.

EDIT / SINTESI: il passaggio più efficiente del 36V attraverso il moltiplicatore ha contribuito notevolmente a migliorare le prestazioni. Come diverse persone hanno suggerito, qualcosa chiamato "push-pull" è stato una soluzione rapida qui. Un inverter CMOS con cancelli azionati separatamente rende la pompa di carica molto più efficace:

La fornitura ora si attesta a ~ 216VDC quando viene caricata con due tubi, un enorme miglioramento:

È necessario abbandonare Rd dal primo schema e utilizzare un'uscita push-pull a bassa impedenza come nel secondo schema. Tuttavia, come dici correttamente, 36v brinderà alle porte di FET Vgs 20v. Esistono pochi feti con Vgsmax maggiore di 20v e nessuno a mia conoscenza con più di 30v.

Tra le opzioni da utilizzare

a) adeguati cambi di livello per controllare le porte FET, i piccoli bipolari funzionerebbero bene qui
b) un trasformatore di gate drive (sebbene di solito usato solo per applicazioni di potenza più elevata)
c) come circa 18v push-pull drive da due batterie, ma in push- tirare, in questo modo ...

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Ho illustrato 4 fasi qui, l'estensione a più fasi è ovvia.

Ora, non ho collegato il condensatore superiore. Vi sono due opzioni

a) Cockcroft Walton stylee, dove sei limitato dalla massima tensione. Qui, collegheresti C5 alla giunzione D1 / D2. Ciò consente una bassa tensione attraverso ciascun condensatore, ma comporta un'impedenza di uscita elevata. Conosciuta anche come cascata Villard, sebbene inventata da Greinacher.

b) stile pompa di carica Dickson, che si traduce in un'impedenza di uscita molto più bassa. C5 si ricollega all'estremità comandata di C2. Ciò significa che C5 richiede una tensione nominale più elevata, ma se è possibile ottenere cappucci con una tensione nominale adeguata a buon mercato, sono comunemente disponibili 250 V o persino 400 V, questa configurazione ha un calo di tensione molto più basso con la corrente.

$R_D$$\gg 36V$

Ma assicurati

• $V_{DS,max}$
• $I_{D,max}$

36 V sul cancello distruggeranno i dispositivi. È necessario trovare circuiti di pilotaggio MOSFET adeguati.

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

$R_1$$3.3 ~k\Omega$

come moltiplicatore di tensione, la sua uscita di corrente è inversamente correlata alla sua uscita di tensione. quindi per aumentare l'output corrente, hai due scelte, senza uscire dalla topologia:

1) aumentare la corrente del convertitore di frequenza: il 555 può erogare 200 mA e il tuo bs170 pochi ma. potresti provare un follower di emettitore come buffer; o un driver dedicato;

2) aumentare la tensione del convertitore di frequenza: far funzionare il tutto al massimo della tensione possibile;

se fossi in te, proverei a guidare il moltiplicatore direttamente con il 555 prima. se ciò non fornisce abbastanza corrente, pensa a un approccio diverso, come un convertitore step-up.

Che tipo di batterie usi? La resistenza interna di una batteria da 9 V può essere piuttosto elevata. Penso che un normale alcalino possa fornire solo circa 3 A per questo. 36 V * 3 A / 220 V è circa 500 mA in uscita senza considerare alcuna perdita nel circuito. Penso che i ricaricabili possano funzionare meglio.