Hochspannungskaskade

erstellt 17.12.2015

Kaskade

Eine Kaskade ist die Bezeichnung für eine Spannungsverdopplerschaltung, wenn man mehrere Spannungsverdoppler hintereinander schaltet spricht man von einem Spannungsvervielfachung, das Prinzip ist folgendes:
Ein Kondensator wird aufgeladen und erreicht annähernd die Eingangsspannung , zusätzlich wird ein zweiter Kondensator aufgeladen, und erreicht letztendlich auch in etwa die Betriebsspannung, da beide Kondensatoren in Reihe geschaltet sind addieren sich die Spannungen und man erhält annähernd die doppelte Eingangsspannung.
Im Prinzip ist das so als würde man zwei Batterien die vollgeladen sind in Reihe schalten, auch dann erreicht man die doppelte Spannung.
Das nur annähernd und nicht die volle Betriebsspannung an den Kondensatoren anliegt,liegt einfach an den in dieser Schaltung verbauten Dioden , die Spannungsverluste erzeugen von je 0,5 Volt pro Diode was im Falle sehr hoher Spannungen natürlich zu vernachlässigen ist. Aber auch die Kondensatoren haben Verluste durch Leckströme und durch die angelegte Frequenz der Speisung, je höher die Frequenz umso geringer die Verluste( Blindwiderstand).

Nun trifft man häufig verschiedene Schaltungsvarianten an, die ich einmal als Beispiele aufgeführt habe weil oft die Schaltung nicht gleich erkannt wird nur weil sie ein wenig anders Gezeichnet wurde, oder auch weil man je nach Zeichnung die Funktion besser nachvollziehen kann.
Ich persönlich finde das Beispiele 4 ganz gut weil man es in dieser Konstellation ganz gut zusammen löten kann.

Kaskade Beispiel 1

Kaskade Beispiel 2

Kaskade Beispiel 3

Kaskade Beispiel 4

Funktion

Zur Funktion kann ich leider nicht viel sagen, weil ich sie selber noch nicht durchschaut habe. Im Internet gibt es eine Menge an Beschreibungen darüber die ich aber alle als falsch festgestellt habe, zumindest die , die ich gelesen habe.
Es wird z. B fast ausnahmslos darüber geschrieben das nur Wechselspannungen verdoppelt werden können , was definitiv nicht richtig ist.
Auch über die Art der Aufladung der Kondensatoren wird geschrieben das erst ein Kondensator durch die Positive Halbwelle dann der andere Kondensator durch die Negative Halbwelle geladen werden, und sich dann diese beide Spannungen Addieren, aber auch das würde eine Wechselspannung voraussetzen.
Ich habe festgestellt das auch eine Pulsierende Gleichspannung verdoppelt wird was auch anders nicht möglich wäre, weil die meisten Hochspannungserzeugen auf das Prinzip der Induktion ruhen, und daher keine Wechselspannung erzeugt wird .

Ich hab festgestellt das es keine Rolle spielt welche Form das Eingangssignal hat , also weder Sinus Dreieck oder Rechtecksignal machen einen Unterschied auf die Höhe der Ausgangsspannung, wohl aber die Frequenz die sollte nicht unter 50 Hz liegen und am besten so hoch wie möglich.

Es macht auch keinen Unterschied ob es sich um Wechselspannung oder pulsierende Gleichspannung handelt , sowie es auch keinen Unterschied macht ob es eine Negative oder Positive Spannung ist
Was allerdings eine Unterschied macht ist das Pulsverhältnis und die Frequenz.

Folgende Messergebnisse konnter gemacht werden:

Eingangsspannung Vss	Frequenz	Ausgangsspannung DC	Signalart
10	125 Hz	8,8 V	Negatives Rechtecksignal, also Signal unterhalb der Null Linie
10	125	8,4	Rechteckiges Wechselspannungssignal, also Nullpunkt mittig Signal
10	125	7,86	Rechtecksignal oberhalb der Null Linie

Die Spannungen jeweils über die Kondensatoren gemessen

Spannung eff an C1	Spannung ss an C1	Spannung effan C2	Spannung ss an C2
4,8 Volt	9,84 Volt	4,8 Volt	9,8 Volt

Kaskade um eine Stufe erweiter

Eingangsspannung Vss	Frequenz	Ausgangsspannung DC
10	125 Hz	15,1

Spannung eff an C1	Spannung ss an C1	Spannung effan C2	Spannung ss an C2	Spannung eff an C3	Spannung Vss an C3	Spannung Veff an C4	Spannung Vss an C4
4,718 Volt	4,88Volt	6,98 Volt	7,19 Volt	6,483	6,63	6,037	6,079

Unter 30 Hz wird die Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung

aktualisiert 05.02.2016