Quais são algumas maneiras de melhorar um multiplicador de tensão?

Estou trabalhando em uma fonte de alimentação Nixie, mas gostaria de melhorá-la.

• Eu tenho baterias de 4x9V em série, para um total de 36V a serem trocadas por um multiplicador.
• Um temporizador (TTL) 555 está funcionando de maneira estável apenas com a primeira bateria de 9V para gerar uma onda quadrada de 8,5 ish-volt, 10kHz (ou qualquer frequência que você queira, eu acho), aprox. Direito de 50%.
• A saída 555 acciona a porta de um canal N MOSFET BS170 .
• O dreno MOSFET é conectado até 36V através de um resistor de aproximadamente 1,2kΩ. Essa resistência precisa ser o mais baixa possível para empurrar a corrente para:
• um multiplicador Cockcroft-Walton de 6 estágios , que produz uma boa saída de ~ 220VCC sem carga. Infelizmente, ele atinge cerca de 155VDC quando carregado por um resistor de 47kΩ em série com o tubo.

Coisas que eu gosto neste circuito:

• Funciona ™
• Ele pode ser construído por partes extremamente comuns que provavelmente tenho disponíveis, por exemplo:
• Não requer indutores.
• Não requer ICs especializados, como conversores de impulso.
• Requer apenas capacitores e diodos com classificações de voltagem para lidar com cada estágio, não com o shebang completo.
• Falha no Multisim.

Coisas que não gosto neste circuito:

• A tensão de saída cai para ~ 155VDC sob carga de apenas ~ 600μA.
• Sou burra demais para pensar em uma maneira melhor de alternar 36V no multiplicador:
• Enquanto a saída do temporizador 555 é alta, estou desperdiçando mais de 1W no resistor de dreno apenas para acionar o multiplicador.
• A tensão de entrada do multiplicador é dificultada pelo resistor de dreno.

Como posso:

• fazer melhorias que possam permitir que ~ 10mA sejam obtidos com queda de menos de 40V na saída da fonte?

Eu tentei:

• Substituindo a seção do driver MOSFET por algo como isto:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Brindei alguns transistores tentando este inversor. Como mostrado, as portas do inversor são puxadas até 36V pelo resistor de 10kΩ. É possível que o tempo de carregamento do portão tenha destruído os transistores?

EDIT: Acabei de perceber que as classificações máximas para a tensão da porta-fonte nos dois FETs do inversor é de ± 20V. Isso explicaria por que eles fritaram. Hmm, talvez em vez de um único 10kΩ, eu pudesse fazer um divisor de tensão para acionar cada porta separadamente?

• lendo o artigo da Wikipedia sobre métodos de melhoria:

Por esses motivos, multiplicadores CW com grande número de estágios são usados ​​apenas quando é necessária corrente de saída relativamente baixa. Esses efeitos podem ser parcialmente compensados ​​aumentando a capacitância nos estágios inferiores, aumentando a frequência da energia de entrada e usando uma fonte de energia CA com uma forma de onda quadrada ou triangular.

• estudando outros projetos populares de fontes de alimentação Nixie, como esses .

Suspeito que alternar os 36V pelo multiplicador com mais eficiência ajudaria muito a melhorar o desempenho.

EDITAR / RESUMO: A troca eficiente dos 36V pelo multiplicador foi um longo caminho para melhorar o desempenho. Como várias pessoas sugeriram, algo chamado "push-pull" foi uma solução rápida aqui. Um inversor CMOS com portas acionadas separadamente torna a bomba de carga muito mais eficaz:

O suprimento agora está em ~ 216VDC quando carregado com dois tubos, uma enorme melhoria:

Você precisa abandonar Rd do seu primeiro esquema e usar uma saída push-pull de baixa impedância como no segundo esquema. No entanto, como você diz corretamente, 36v brindará os portões de 20v Vgs FETs. Existem poucas pessoas com Vgsmax maior que 20v, e nenhuma que eu saiba com mais de 30v.

Entre as opções estão o uso

a) deslocadores de nível adequados para controlar os portões FET, pequenos bipolares funcionariam bem aqui
b) um transformador de acionamento de porta (embora geralmente usado apenas para aplicações de alta potência)
c) como acionamento push-pull de 18V a partir de duas baterias, mas em puxe, assim ...

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Eu ilustrei quatro estágios aqui, a extensão para mais estágios é óbvia.

Agora, eu não conectei o capacitor superior. Existem duas opções

a) Cockcroft Walton stylee, onde você está limitado pela tensão máxima. Aqui, você conectaria C5 à junção D1 / D2. Isso permite baixa voltagem em cada capacitor, mas resulta em alta impedância de saída. Também conhecida como cascata Villard, embora inventada por Greinacher.

b) Bomba de carga Dickson, que resulta em uma impedância de saída muito menor. C5 se conecta de volta à extremidade acionada de C2. Isso significa que o C5 precisa de uma classificação de voltagem mais alta, mas se você puder obter tampas com uma voltagem adequada de forma barata, normalmente 250v ou 400v estão disponíveis, essa configuração terá uma queda de tensão muito menor com a corrente.

$R_D$$\gg 36V$

Mas certifique-se de que

• $V_{DS,max}$
• $I_{D,max}$

36 V no portão destruirão os dispositivos. Você precisa encontrar os circuitos de direção MOSFET adequados.

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

$R_1$$3.3 ~k\Omega$

como multiplicador de tensão, sua saída de corrente está inversamente relacionada à sua saída de tensão. portanto, para aumentar a saída atual, você tem duas opções, sem sair da topologia:

1) aumentar a corrente do inversor: o 555 pode fornecer 200ma e seu bs170 alguns ma. você pode tentar um seguidor de emissor como um buffer; ou um driver dedicado;

2) aumentar a tensão do inversor: execute a coisa toda com a tensão mais alta possível;

se eu fosse você, tentaria dirigir o multiplicador diretamente com o 555 primeiro. se isso não fornecer corrente suficiente, pense em uma abordagem diferente, como um conversor de expansão.

Que tipo de bateria você usa? A resistência interna de uma bateria de 9V pode ser bastante alta. Eu acho que um alcalino normal só pode fornecer cerca de 3 A por causa disso. 36V * 3A / 220V é de cerca de 500mA na saída sem considerar nenhuma perda no circuito. Acho que as recargas poderiam ter um desempenho melhor.