Как повысить переменное и постоянное напряжение?
В быту и на производстве широко используются электрические и электронные приборы различного назначения. Необходимое условие их функционирования — подключение к электрической сети или иному источнику электрической энергии. Из соображений упрощения создания и последующей эксплуатации сети или источника целесообразно, чтобы выходное напряжение имело определенное значение. Например 220 В бытовой сети переменного тока и 12 В автомобильной сети постоянного тока.
На практике применяются сети как постоянного, так и переменного тока. Например, бытовая 220-вольтовая сеть функционирует на переменном токе, а бортовая автомобильная сеть использует постоянный ток. В зависимости от разновидности сети повышение напряжения до нужного значения решается в них по-разному.
При обращении к современной микроэлектронной элементной базе реализующие эти функции устройства при солидной выходной мощности обладают очень хорошими массогабаритными показателями. Для иллюстрации этого положения на рисунке 1 показан пример платы со снятым корпусом повышающего преобразователя постоянного тока.
Рис. 1. Повышающий преобразователь постоянного тока бестрансформаторного типа
В этой статье мы рассмотрим, как повысить напряжение постоянного и переменного тока и как это делать правильно.
Повышение переменного напряжения
Разновидности трансформаторов
Наиболее простой способ увеличения переменного напряжения – установка между выходом сети и питаемой нагрузкой повышающего трансформатора. Применяемые на практике устройства делятся на две основные разновидности. Первая — классические трансформаторы, вторая — автотрансформаторы. Схемы этих устройств приведены на рисунке 2.
Рис. 2. Схемы трансформатора и автотрансформатора
Классический трансформатор содержит две обмотки: первичную или входную с числом витков W1, а также вторичную или выходную с числом витков W2. Для трансформатора действует правило Uвыхода = K×Uвхода, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации. Таким образом, в повышающем трансформаторе количество витков вторичной обмотки превышает таковое у первичной.
Повышающий авторансформатор содержит единственную обмотку с W2 витками. Сеть подключается на часть W1 ее витков. Повышение U происходит за счет того, что магнитное поле, создаваемое при протекании тока через входную часть общей обмотки, наводит ток уже во всей обмотке W2. Расчетная формула автотрансформатора аналогична обычному: Uвыхода = K×Uвхода, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации.
Особенности трансформаторов
Эффективность функционирования трансформаторов наращивают применением сердечника из электротехнической стали. Этот компонент
- увеличивает КПД устройства за счет уменьшения рассеяния магнитного поля в окружающем пространстве;
- выполняет функцию несущей силовой основы для обмоток.
Неизбежные потери на вихревые тока уменьшают тем, что сердечник представляет собой наборный пакет из тонких профилированных изолированных пластин.
При прочих равных условиях целесообразно использовать трансформатор. Это связано с тем, что не пропускает постоянный ток, т.е. обеспечивает гальваническую развязку сети от приемника, позволяя добиться большей электробезопасности.
Особенность трансформатора — его обратимый характер, т.е. в зависимости от ситуации он может одинаково успешно выполнять функции повышающего и понижающего устройства. Единственное серьезное ограничение — необходимость соблюдения штатных режимов работы первичной и вторичной обмоток.
В отличие от компьютерных розеток, называемых RJ45, в различных странах при устройстве бытовых сетей электроснабжения устанавливают различные типа розеток. Известны, например, розетки, немецкого, французского, английского и иных стандартов или стилей. Поэтому на трансформатор малой мощности целесообразно возложить функции адаптера, который за счет разных типов вилок и гнезд обеспечивает механическое согласование сети и нагрузки. Пример такого устройства изображен на рисунке 3.
Рис. 3. Пример обратимого маломощного трансформатора с возможностью согласования типов розеток
Лабораторные автотрансформаторы ЛАТР
Сильная сторона автотрансформатора – простота регулирования выходного напряжения простым перемещением токосъемного контакта по обмотке. Устройства, допускающие выполнение этой опции, известны как лабораторные автотрансформаторы ЛАТР. Отличаются характерным внешним видом за счет наличия регулятора напряжения и вольтметра для его контроля, рисунок 4.
ЛАТР востребованы не только в лабораториях. Они массово применяются в гаражах, на садовых участках и других местах, где из-за перегрузки и износа линии напряжение в розетке оказывается ниже минимально допустимого.
При колебаниях сетевого напряжения вместо обычного ЛАТР целесообразно использовать стабилизатор, куда он входит в виде одного из блоков.
Рис. 4. Внешний вид одного из вариантов ЛАТР
Повышение постоянного напряжения
Общий принцип увеличения постоянного напряжения в произвольное число раз
Трансформаторный способ увеличения напряжения не может применяться в сетях постоянного тока. Поэтому при необходимости решения этой задачи используют более сложные устройства, в основу функционирования которых положена следующая схема: постоянный входной ток используется для питания генератора, с выхода которого снимают переменный сигнал. Переменное напряжение увеличивают тем или иным образом, после чего выпрямляют и сглаживают для получения более высокого постоянного.
Структурная схема такого преобразователя показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Обобщенная структурная схема повышающего преобразователя
Отдельные разновидности схем отличаются между собой:
- формой сигнала, снимаемого с выхода генератора (синусоидальное или близкое к нему, пилообразное, импульсное и т.д.);
- принципом увеличения генерируемого напряжения (трансформатор, умножитель);
- типом выпрямления и сглаживания напряжения перед подачей его на выход устройства.
В продаже доступны микроэлектронная элементная база, которая позволяет собирать преобразователи данной разновидности при наличии даже начальных навыков радиомонтажника.
Умножители
Умножители применяют в тех случаях, когда из переменного входного напряжения нужно получить постоянное, которое в кратное количество раз превышает входное.
Существует большое количество схем умножителей. Одна из них показана на рисунке 6.
Рис. 6. Принципиальная схема умножителя
Коэффициент умножения можно нарастить увеличением количества каскадов.
Рис. 7. Еще пример: умножитель в 6 и 8 раз 
Рис. 8. Учетверитель напряжения
Общее для таких схем:
- мостовой принцип реализации для увеличения общего КПД устройства;
- использование конденсаторов для накапливания заряда;
- применение диодов как элемента выпрямления.
Техника безопасности
При сборке и использовании повышающих устройств вне зависимости от их разновидности необходимо соблюдать базовые положения правил техники безопасности. Главные из них:
- ни при каких условиях нельзя касаться незащищенными частями тела токоведущих элементов схем;
- запрещается даже кратковременное превышение максимальной нагрузки;
- устройства в обычном офисном исполнении нельзя эксплуатировать во влажных помещениях;
- оборудование следует защищать от попадания брызг воды.
Заключение
Приведем несколько областей использования устройств для увеличения напряжения.
Для переменного тока наиболее распространено использование повышающих трансформаторов для подключения различной европейской электронной и электротехнической техники к бытовой 110-вольтовой сети в США.
Примеры из области постоянного напряжения:
- мощность широко распространенных USB-зарядников достаточна для питания СД-ленты, но последние требуют для работы напряжения 12 В; для такой выгодно ситуации применение повышающего преобразователя;
- на 3,3-вольтовых литиевых аккумуляторах можно собрать power bank для мобильных телефонов;
- регулируемые устройства хорошо востребованы при выполнении настроек автомобильных генераторов.
Автомобильный аккумулятор с подключенным к нему повышающим преобразователем может эффективно питать за городом такие 220-вольтовые устройства как телевизор, магнитофон, дрель.
Устройства для увеличения постоянного и переменного напряжения имеют обширную область применения, серьезно отличаясь друг от друга схемотехнически.
Выбор конкретной реализации зависит от ряда факторов, основные среди которых:
- соотношение входного и выходного напряжения;
- мощность питаемой нагрузки
- уровень жесткости требований электробезопасности.
На практике можно воспользоваться как покупными, так и самодельными устройствами. Большинство самодельных схем доступны для воспроизведения при наличии даже среднего уровня подготовки в области электротехники и схемотехники.
Повышающий преобразователь постоянного тока с 8-32 В до 45-390 В
Габариты: 60х50х22
Вес: 55 грамм
Сборка-пайка на четверочку, флюс кое-где не отмыт. 
Силовой Переключающий элемент — RU7088R — MOSFET, 70V, 80A
Остальные микросхемы с заботливо потертыми производителем маркировками.
Вход защищен от переплюсовки автомобильным предохранителем на 10А.
Выходная мощность 40 Ватт (Пиковая 70 Ватт)
Максимальный ток 0,2 А
Ток покоя: 15 мА
Рабочая частота: 75 кГц
Алгоритм работы: Подаем на вход 8-32 В DC, подстроечным резистором выставляем требуемое напряжение на выходе. (изменение входного напряжения в заданном диапазоне не влияет на выходное!)
По факту при 8 вольтах преобразователь работает нестабильно. При 10 В нестабильно работает под нагрузкой. Нормально работает от 12 В и выше.
Выход Мин и Макс: 
Перед тем, как перейти к экспериментам, напоминаю — на разных частях платы присутствует высокое напряжение, которое опасно для ваших любимых дорогостоящих приборов!
Купил я как-то парочку конденсаторов на Алиэкспресс и написал про них обзор: Алюминиевый электролитический конденсатор 2200 мкФ 450 В Hitachi или «Hitachi»
Кому лень ходить по ссылкам: при низковольтных измерениях – отличные конденсаторы. Но аборигены mysku.club методом запугивания убедили меня, что вряд ли они будут работать при высоком напряжении, и красивый взрыв с эффектно разлетающимися конфетти из фольги неизбежен. Я переложил на всякий случай конденсаторы из ящика стола в сейф для хранения оружия и запретил к нему подходить всем, кроме тещи. 
Собрал вот такой стенд на лоджии (благо там сейчас ремонт): 
Для пущего эффекта разложил все равномерно вокруг конденсатора. Подключил и токоизмерительные клещи, и термопару примотал изолентой к корпусу- я же серьезный исследователь. Камеру засунул в аквабокс.
После выключения питания конденсатор довольно долго разряжается. Ускорение этого процесса с помощью металлического предмета приводит к вспышке, хлопку и порче металлического предмета.
Если не удалось использовать китайский электролит в качестве китайской петарды, придется его использовать по прямому назначению.
Что можно и нужно измерить? Правильно – ток утечки при заданном напряжении. У меня максимально возможное 394 В, на нем и будем мерить. 
У идеального конденсатора ток утечки стремится к нулю. В реальности все не так, поэтому смотрим в таблицу и выбираем оттуда значение, которое ток не должен превышать. Для моего конденсатора 2200 мкФ на 394 вольтах не более 5,5 мА.
Схема подключения приборов при измерении: 
Методика измерения — замыкаете накоротко амперметр, полностью заряжаете конденсатор, контролируя напряжение вольтметром. После полного заряда размыкаете амперметр – он показывает ток утечки. Если уверенны в своем амперметре, то можете его входы не замыкать, тогда еще и ток заряда посмотрите. 
Для испытуемого конденсатора ток утечки в норме. От этого он не стал японским, но его смело можно использовать.
Выводы:
Не знаю, годен ли обозреваемый в качестве источника питания, пульсации я осциллографом не смотрел, но заряжать конденсаторы, пытать шпионов и убивать хомяков данным устройством можно.
Плюсы:
+ работает
+ приличный изменяемый диапазон выходного напряжения
+ есть возможность выбора входного напряжения
Минусы:
— можно предъявить претензии к качеству пайки и отмывки платы. Не критично, но все же.
Если нужен источник высокого напряжения, можно брать.
- 12 августа 2017, 09:05
- автор: Evidencia
- просмотры: 21836
Нет, вы там не были, вот что там написано:
5000 flashes at rated voltage applied at 5
35°C repeating every 30 seconds thru a Xe flash tube having a discharge resistance if 0.7
Цитата из вики, сорри что на английском, но думаю что разберетесь.
Конденсатор при этом тоже портится Не обязательно — зависит от «кондовости» конденсатора и запасённой энергии, которую пытаются методом КЗ через него выдернуть.
Т.е. мелким электролитам — пофиг. А вот «банки» уже столько в себе помещают кулонов/вольтов, что при КЗ может элементарно внутри отвариться контакт от фольги.
Поэтому — через около-МегаОм-ный резистор.
— К слову, в эхе Su.Hardw.Audio рассказывалась метода «тренировки» электролитов. ЕМНИП, смысл — в постепенной подаче высокого напряжения от источника с очень большим внутренним сопротивлением — при превышении некоего порога, происходил «микропробой» — никаких фейерверков — просто нано-КЗ, которое имеет 2 следствия:
1) виден реальный потолок по напряжению для конкретного экземпляра, БЕЗ его порчи;
2) микропробой при некотором токе «вышибает» «слабое звено» — фольга обкладок в этом месте оплавляется и «отходит» от этого слабого места в изоляторе, т.е. таким образом можно неколько повысить максималку для конденсатора.
Насчёт второго может уже и насочинял… или спутал с «тренировкой» ламп (форум-то ХайФай-ный) — уже прошло-то лет двадцать…
Конденсаторный инвертор с развязкой.
Для понимания процесса, или от куда растут ноги настоящего повествования, рекомендую ознакомиться с материалом «Конденсаторный преобразователь напряжения с умножением тока». В ней рассмотрен и реализован в устройстве прибор, ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО с понижением напряжения и увеличением тока.
Недавно в сети был представлен прибор на основе конденсаторов с повышением напряжения.
Видеоролик автора устройства с демонстрацией возможностей устройства
Я вспомнил, что в 2011 году публиковал архив с материалами инвертора 5000 Вт повышающий на конденсаторах (скачать архив можно по ССЫЛКЕ)
Применяемый принцип инвертора, обратный «Конденсаторному преобразователю с умножением тока» правда по названию можно ошибочно определить, что появляется лишний ток. Этого на самом деле не происходит, так как по закону равновесия, понижается напряжение и распределяется в соответствующих емкостях. На заряд емкости меньшего напряжения, чем на разряд с меньшим напряжением но большей ёмкостью. Особенность работы схемы, это разделение периодов с развязкой ЗАРЯД/РАЗРЯД при заряде нагрузочных конденсаторов от источника, нагрузка отключена, а при разряде заряженных конденсаторов на нагрузку уже источник отключен. Таким образом заряженные конденсаторы выполняют роль самостоятельного источника постоянного тока для нагрузки. В инверторе который повышает напряжение, принцип тот же только обратный. К примеру равновесие можно выразить так исходя из формулы электрической мощности постоянного тока: W=I*U
Пример: 100 Вт = 120 В * 0,83 А = 12В * 8,3А
Скрин коллаж из материалов по инвертору где обособленна цепь заряда конденсаторов в параллельном варианте
Определенно с некими особенностями, наличия токоограничивающего резистора и 3-го банка конденсаторов, которые заряжаются параллельно гирлянде перестраиваемых конденсаторов (ПАРАЛЛЕЛЬНО/ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО), схема полностью подтверждает принцип «Конденсаторного преобразователя с умножением тока«. Для того чтобы разрядить заряженные конденсаторы, нужна соответствующая цепь. Я дополнил схему недостающими элементами (диодами и ключом транзистором). Вместо резистора токоограничения лампочка накаливания (лампа 1)
соотношение основных элементов
Синим цветом цепь разряда. А обособленные конденсаторы, очевидно выполняют роль сглаживания импульса который идет на нагрузку. Особенность цепи разряда не буду описывать (при желании оставьте свой комментарий и если желающих будет много я дополню материал). Ключи, которые вероятно используются это транзисторы P-N-P перехода, кроме того если использовать составные транзисторы. можно организовать управление через оптопару, что позволить иметь развязку от цепи управления.
Это моя версия принципа работы данного устройства. Она не предусматривает ни какой Сверх Единичности.
Возможно автор и применил некие НОУ-ХАУ, я не буду утверждать. Вы это можете уточнить у него самого по его правилам:
Возможно визуально просто совпадение, хорошо тогда просто поразмыслим, а какая схема может быть реализована? На ум приходит только свич Теслы.
Ссылка симуляции работы Свитча Теслы: https://tinyurl.com/yzr92hpg
Рассмотрим, по заявлению автора, успешную репликацию ССЫЛКА:
Электросхемы с интернета скачиваются неработоспособные . Хотя может на буржуйских транзисторах они и работают ?
Я решил сделать схему с наличием решения стандартных проблем для такого типа схем , плюс — простую , легко повторяемую радиолюбителем средней руки , плюс — включить в неё возможность оперативного изменения основных параметров для экспериментирования . Ещё одна задача — чтоб не было «экзотических» деталей или материалов .
Для такой цели великолепно подошла очень широко распространённая микросхема TL494 . Она является сердцем блока питания компьютеров поколения 97-го — 04 годов . Таких аппаратов по кладовкам до сих пор валяется множество . Да и в интернет магазинах они стоят не дорого . В тех же кладовках обнаружились и транзисторы . На них собрана автоматика бесперебойных источников питания для тех же компьютеров . Ну и т.д.
Вот схема : (внизу)
Схема автора под ником СЕЯТЕЛЬ
Микросхема TL494 или KA7500 или KIA494P или 1114еу4 и есть ещё DAEWOO кажется DL494 . Все они полные аналоги , то есть заменяя одну другой , распайку и обвязку менять не надо . Внутри прямоугольника микросхемы — надписи к делу не относятся — ориентируйтесь по номерам выводов .
Все транзисторы — MOSFET с током больше 20А и напряжением 55вольт .
Тип оптронов значения не имеет , главное правильно подключить .
Резисторы с 1го по 6-й 1 ком . 8-й — 2-ком . 10-й — 3 ком .11-й — 10 ком . 12 и 13-й — 220 ом . 14 и 16й — 6,8 ком . 7-й и 15-й подстроечные соответственно 2,2 ком и 470 ом . 9-й переменный 50 ком . Конденсаторы : с1 — 220 мкф х 25-вольт . Другие — любая керамика . К ножке 3 — 33нф , к ножке 5 — 68нф . Диод — любой с допустимым током до 0,4 А
Аккумуляторы подключены все — через предохранители . Это во многих случаях спасёт детали от выгорания .
Резистор 9-й — меняет частоту переключения , 16й — регулирует «мёртвую зону» , 7-й — устанавливает порог отключения генерации при достижении напряжения на аккумуляторе до выбранной величины .
Мёртвой зоной называют временной промежуток от конца предыдущего импульса до начала следующего .
Сразу сообщаю — работает !
внешний вид устройства и 4 акб
После включения лампочка загорается но вольтметр (на любом из аккумуляторов) покажет снизившееся под нагрузкой напряжение . Начинаем увеличивать регулятором частоту — в какой то момент вольтметр покажет изначальное напряжение и не останавливаясь идёт вверх и вверх . В начале работы обнаружилось , что очень быстро эффект пропадает , вольтметр показывает обычное напряжение под нагрузкой . Но в процессе работы замечено , что после некоторого перерыва можно опять включать , и опять напряжение растёт с каждым разом всё значительнее .
Выяснилось , что на самом деле повышающееся напряжение показывает повышение степени заряда аккумуляторов , а не какой нибудь побочный эффект . Побродив по сети обнаружил информацию , что «к зарядке радиантной энергией аккумулятор надо приучать» . В кавычках — потому , что я цитирую . В любом случае очевидно , что это — факт !
Ход процесса зависит от многих факторов . У меня нагрузку изображает 21 ваттная «стоповая» автомобильная лампочка . Подключение 30-ти ваттного 12-ти вольтового стандартного паяльника ускоряет процесс зарядки . Напряжение растёт быстрее . Аккумуляторы собирал из старых бесперебойников — они все разные , но заряжаются до одного и того же напряжения . Надо всё же покупать одинаковые аккумуляторы , «из одной коробки» , иначе — слабые перегружаются , а свежие недозаряжаются .
Дальше — надо экспериментировать и пробовать .
Да , совсем забыл . Лампочка подключается между выводами , обозначенными кружками с обозначением Vpp. Ток там будет течь с изменением направления (переменный) 200-800 раз в секунду .
Для использования устройства по постоянному току на место лампочки надо поставить диодный «мостик «, на котором и будет Вам «+» и «-«
просто интересный свич Теслы с просторов сети
Или еще одна схема с славянского форума
Данная схема будет разряжаться, причина этому внутреннее сопротивление контура. Парень научился подзаряжать конденсаторы в свитче из конденсаторов. Он определенно коммутирует нагрузку лампочки между конденсаторами включенные в своеобразный свитч
Как получить напряжение 200 киловольт при помощи умножителя?
В современных радиоэлектронных устройствах умножители напряжения нашли широкое применение. Причём, если в относительно низковольтных цепях (до нескольких тысяч вольт) абсолютным приоритетом пользуются трансформаторные преобразователи, то для получения напряжений, исчисляемых десятками киловольт, значительно более простым решением будет использование умножителей напряжения. Умножитель напряжения состоит из включённых определенным образом диодов и конденсаторов и представляет собой преобразователь напряжения переменного тока источника в более высокое выходное постоянное напряжение. С основными типами умножителей, а также онлайн калькулятором по их расчёту можно познакомиться на странице – Ссылка на страницу.
Наиболее распространёнными являются умножители напряжения последовательного типа (Рис.1).
Рис.1 Схема 2-х ступенчатого умножителя напряжения последовательного типа
Каждая ступень, состоящая из двух диодов и двух конденсаторов, повышает напряжение в 2 раза. Теоретически количество ступеней (секций) можно увеличивать до бесконечности, практически – с ростом числа секций их вклад в увеличение выходного напряжения довольно быстро уменьшается. Однако словацкий инженер Йозеф Богин не постеснялся увеличить количество ступеней до 8 и получить на выходе 200 киловольт при входном переменном напряжении 8 кВ.
И вот что он пишет на своём сайте http://boginjr.com:
Схема хорошо читается из рисунка, приведённого ниже:
8-ступенчатый умножитель напряжения последовательного типа
Теоретическое значение выходного напряжения (это означает, что входное напряжение представляет собой синусоиду достаточно высокой частоты, а также не учитывается падение напряжения на диодах) рассчитывается с помощью простого уравнения: Uout = 2 * Uin * sqrt (2) * Nступеней, где 1 ступень состоит из 2 диодов и 2 конденсаторов.
Конечно, всё это устройство должно быть погружено в масло, чтобы предотвратить возникновение дуги и потерь на коронный разряд. На всякий случай я использовал трансформаторное масло. Хотя чистого и обезвоженного растительного или минерального масла также будет вполне достаточно.
В дальнейшем я залил его горячим парафином, так как синтетическое трансформаторное масло было очень агрессивным по отношению к пластику.
На фотографии, приведённой ниже, показана работа умножителя, питаемого прямоугольным переменным током от небольшого однотактного драйвера.
Толстая 8см искра при входном напряжении 3 кВ, 30 ВА, 12 кГц
При нагрузке напряжение питания такого специально созданного маломощного драйвера падает примерно до трех киловольт переменного тока. И это хорошо, поскольку данная разработка не была рассчитана на долговременную работу с дугой.
А вот на следующем рисунке этот умножитель используется в (будущей рентгеновской установке) совместно с двухтактным ZVS драйвером и советским строчным трансформатором переменного тока на 8 кВ.
Искры 28 см (около 200 кВ). Вход представляет собой ZVS-драйвер с напряжением 8 кВ
Что касается заземления. Заземление / сетевое заземление / PE / PEN следует подключить к нижнему выводу HV трансформатора. Только не позволяйте второму (верхнему) выводу трансформатора или высоковольтному выходу умножителя «шипеть» на что-либо проводящее, неподключённое к земле, будь то драйвер ZVS, радиаторы, трансформаторы и так далее. Если это невозможно (например, из-за недостатка места), то полностью экранируйте драйвер и заземлите корпус экрана. В этом случае, даже если HV ударит ваше шасси, с драйвером ничего не случится.