¿Cuáles son algunas formas de mejorar un multiplicador de voltaje?

Estoy trabajando en una fuente de alimentación Nixie, pero me gustaría mejorarla.

• Tengo baterías de 4x9V en serie para un total de 36V para cambiar a través de un multiplicador.
• Un temporizador 555 (TTL) funciona solo desde la primera batería de 9 V para generar una onda cuadrada de 8,5 voltios, 10 kHz (o cualquier frecuencia que desee, supongo), aprox. 50% de impuestos.
• La salida 555 acciona la puerta de un N-canal BS170 MOSFET .
• El drenaje MOSFET está conectado hasta 36V a través de una resistencia de aproximadamente 1.2kΩ. Esta resistencia debe ser lo más baja posible para impulsar la corriente hacia:
• un multiplicador Cockcroft-Walton de 6 etapas , que produce una buena salida de ~ 220VDC sin carga. Desafortunadamente, se hunde a aproximadamente 155VDC cuando se carga con una resistencia de 47kΩ en serie con el tubo.

Cosas que me gustan de este circuito:

• It Works ™
• Puede ser construido por partes extremadamente comunes que probablemente tenga a mano, por ejemplo:
• No requiere inductores.
• No requiere circuitos integrados especializados, como convertidores de impulso.
• Solo requiere condensadores y diodos con clasificaciones de voltaje para manejar cada etapa, no el shebang completo.
• Se estrella Multisim.

Cosas que no me gustan de este circuito:

• El voltaje de salida baja a ~ 155VDC bajo solo ~ 600μA de carga.
• Soy demasiado estúpido para pensar en una mejor manera de cambiar 36V a través del multiplicador:
• Si bien la salida del temporizador 555 es alta, estoy desperdiciando más de 1W a través de la resistencia de drenaje solo para impulsar el multiplicador.
• El voltaje de entrada del multiplicador se ve obstaculizado por la resistencia de drenaje.

Cómo puedo:

• ¿Hacer mejoras que permitan obtener ~ 10 mA con una caída de salida de suministro de menos de 40 V?

Yo he tratado:

• Reemplazar la sección del controlador MOSFET con algo como esto:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Brindé unos cuantos transistores probando este inversor. Como se muestra, las puertas del inversor son arrastradas hasta 36 V por la resistencia de 10 kΩ. ¿Es posible que el tiempo de carga de la puerta sea lo que destruyó los transistores?

EDITAR: Me acabo de dar cuenta de que las clasificaciones máximas para el voltaje de la fuente de compuerta en ambos FET del inversor son ± 20V. Eso explicaría por qué frieron. Hmm, tal vez en lugar de un solo 10kΩ, ¿podría hacer un divisor de voltaje para conducir cada puerta por separado?

• leyendo el artículo de Wikipedia sobre métodos de mejora:

Por estas razones, los multiplicadores de CW con un gran número de etapas se usan solo cuando se requiere una corriente de salida relativamente baja. Estos efectos pueden compensarse parcialmente aumentando la capacitancia en las etapas inferiores, aumentando la frecuencia de la potencia de entrada y utilizando una fuente de alimentación de CA con una forma de onda cuadrada o triangular.

• estudiando otros diseños populares de fuentes de alimentación Nixie, como estos .

Sospecho que cambiar los 36V a través del multiplicador de manera más eficiente contribuiría en gran medida a mejorar el rendimiento.

EDITAR / RESUMEN: Cambiar los 36V a través del multiplicador de manera más eficiente contribuyó en gran medida a mejorar el rendimiento. Como varias personas sugirieron, algo llamado "push-pull" fue una solución rápida aquí. Un inversor CMOS con compuertas accionadas por separado hace que la bomba de carga sea mucho más efectiva:

El suministro ahora es de ~ 216VDC cuando se carga con dos tubos, una gran mejora:

Debe deshacerse de Rd de su primer esquema y usar una salida de baja impedancia push-pull como en su segundo esquema. Sin embargo, como usted dice correctamente, 36v brindará por las puertas de los FET de 20v Vgs. Hay pocos pies con Vgsmax mayores de 20v, y ninguno que yo sepa con más de 30v.

Entre las opciones están usar

a) cambiadores de nivel adecuados para controlar las compuertas FET, los bipolares pequeños funcionarían bien aquí
b) un transformador de accionamiento de compuerta (aunque generalmente solo se usa para aplicaciones de mayor potencia)
c) ¿qué tal un accionamiento push-pull de 18v con dos baterías, pero en empuje? tirar, así ...

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

He ilustrado 4 etapas aquí, la extensión a más etapas es obvia.

Ahora, no he conectado el condensador superior. Hay dos opciones

a) Estilo Cockcroft Walton, donde está limitado por el voltaje máximo. Aquí, conectarías C5 a la unión D1 / D2. Esto permite un bajo voltaje en cada condensador, pero resulta en una alta impedancia de salida. También conocida como una cascada de Villard, aunque inventada por Greinacher.

b) Estilo de bomba de carga Dickson, lo que resulta en una impedancia de salida mucho menor. C5 se conecta de nuevo al extremo accionado de C2. Esto significa que C5 necesita una clasificación de voltaje más alta, pero si puede obtener tapas con una clasificación de voltaje adecuada a bajo costo, normalmente están disponibles 250v o incluso 400v, entonces esta configuración tiene una caída de voltaje mucho menor con la corriente.

$R_D$$\gg 36V$

Pero asegúrate de que

• $V_{DS,max}$
• $I_{D,max}$ es 0.5A.

36 V en la puerta destruirán los dispositivos. Necesita encontrar los circuitos de conducción MOSFET adecuados.

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

$R_1$$3.3 ~k\Omega$

como multiplicador de voltaje, su salida de corriente está inversamente relacionada con su salida de voltaje. para aumentar la salida actual, tiene dos opciones, sin salir de la topología:

1) aumente la corriente de la unidad: el 555 puede entregar 200 ma y su bs170 unos pocos ma. podrías probar un seguidor de emisor como un búfer; o un conductor dedicado;

2) aumente el voltaje de la unidad: ejecute todo a la mayor tensión posible;

Si fuera usted, primero intentaría conducir el multiplicador directamente con el 555. Si eso no proporciona suficiente corriente, piense en un enfoque diferente, como un convertidor elevador.

¿Qué tipo de baterías usas? La resistencia interna de una batería de 9V puede ser bastante alta. Creo que un alcalino normal solo puede proporcionar alrededor de 3 amperios debido a eso. 36V * 3A / 220V es aproximadamente 500mA en la salida sin considerar ninguna pérdida en el circuito. Creo que las recargables podrían funcionar mejor.