La calculadora de multiplicadores Cockroft-Walton es una herramienta especializada que se utiliza para calcular el voltaje de salida de un circuito multiplicador de voltaje Cockroft-Walton. Este circuito convierte un voltaje de entrada de CA bajo en un voltaje de salida de CC significativamente más alto a través de una serie de capacitores y diodos dispuestos en múltiples etapas. Se usa ampliamente en aplicaciones como aceleradores de partículas, máquinas de rayos X y circuitos de alto voltaje. industria suministros.
Esta calculadora simplifica el complejo proceso de calcular el voltaje de salida del circuito, considerando factores como el número de etapas, la corriente de carga, la frecuencia de entrada y los valores de los componentes.
Calculadora de fórmula del multiplicador de Cockroft Walton
El voltaje de salida de un multiplicador Cockroft-Walton se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:
Lugar:
- Vout: Voltaje de salida
- pico_vin: Voltaje de entrada pico de la fuente de alimentación de CA
- N: Número de etapas en el multiplicador
- Yo cargo: Corriente de carga
- R:Resistencia en serie equivalente de los diodos y condensadores
- Q:Carga transferida en cada ciclo
- C:Capacitancia de cada capacitor
- f:Frecuencia de entrada de CA
Explicación
- 2 × Vin_pico × N:Representa la ganancia de voltaje ideal, asumiendo que no hay pérdidas.
- Carga × (R × N × (N + 1) / 2): Cuentas por caída de voltaje Debido a la corriente de carga y la resistencia interna.
- (Q/C × f × N):Tiene en cuenta la tensión de ondulación y la caída de tensión causadas por las limitaciones de almacenamiento de carga.
Esta fórmula garantiza predicciones precisas del voltaje de salida, teniendo en cuenta las ineficiencias del mundo real.
Tabla de referencia para uso rápido
A continuación se muestra una tabla de referencia que muestra voltajes de salida aproximados para un multiplicador Cockroft-Walton estándar con parámetros típicos. Se trata de estimaciones generales para ayudar a los usuarios sin necesidad de realizar cálculos detallados.
| Voltaje de entrada de CA (V_peak) | Número de etapas (N) | Capacitancia (μF) | Corriente de carga (mA) | Tensión de salida (V) |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 5 | 1 | 10 | 920 |
| 120 | 6 | 0.5 | 15 | 1080 |
| 200 | 8 | 0.1 | 5 | 1600 |
| 300 | 10 | 0.05 | 2 | 2800 |
Esta tabla supone una resistencia y ondulación mínimas. Los resultados reales pueden variar según los parámetros del circuito.
Ejemplo de calculadora de multiplicadores de Cockroft Walton
Calculemos el voltaje de salida de un multiplicador Cockroft-Walton con las siguientes especificaciones:
- pico_vin: 120 V
- N:6 etapas
- Yo cargo: 15 mA
- R: 5 Ah
- C: 0.5 µF
- f: 50 Hz
- Q: 0.015 C (calculado como Icarga / f)
Paso 1: Voltaje ideal
Ganancia de voltaje ideal = 2 × Vin_peak × N = 2 × 120 × 6 = 1440 V
Paso 2: Caída de tensión debido a la carga
Caída de tensión debido a la carga = Icarga × (R × N × (N + 1) / 2) = 0.015 × (5 × 6 × (6 + 1) / 2) = 0.015 × 105 = 1.575 V
Paso 3: Voltaje de ondulación
Tensión de ondulación = Q / (C × f × N) = 0.015 / (0.5 × 10⁻⁶ × 50 × 6) = 0.015 / 0.00015 = 100 V
Paso 4: Voltaje de salida final
Vout = Ganancia de voltaje ideal − Caída de voltaje − Voltaje de ondulación = 1440 − 1.575 − 100 ≈ 1338.425 V
El voltaje de salida es aproximadamente 1338.4 V.
Preguntas frecuentes más comunes
Las principales limitaciones incluyen caídas de tensión significativas debido a la corriente de carga, mayor tensión de ondulación con más etapas y menor eficiencia A voltajes de salida más altos. Estos factores deben considerarse durante el diseño y la implementación.
Aumentar la capacitancia o la frecuencia de entrada puede reducir la tensión de ondulación. Sin embargo, esto puede requerir componentes de mayor calidad, lo que podría aumentar los costos.
La cantidad práctica de etapas depende del voltaje de salida deseado, la frecuencia de entrada y los requisitos de carga. Demasiadas etapas pueden generar pérdidas excesivas y un rendimiento inestable.