Positivt og negativt ladepumpekredsløb

I en tidligere artikel har jeg vist dig, hvordan du kan opbygge dit eget kredsløbskoblet kondensator spændingskredsløb ved hjælp af den klassiske industristandard LMC7660 IC. Men ofte er der situationer, hvor du ikke har en bestemt IC til rådighed, eller omkostningerne ved en ekstra IC ødelægger harmonien i din BOM. Og det er her vores elskede 555 timer IC kommer til at redde. Det er derfor at reducere smerten ved at finde en specifik chip til en bestemt applikation og også at reducere styklisteomkostningerne; vi skal bruge vores elskede 555 timere til at opbygge, demonstrere og teste et positivt og negativt ladepumpekredsløb med en 555 timer IC.

Hvad er et ladepumpekredsløb?

En ladepumpe er en type kredsløb, der er lavet af dioder og kondensatorer ved at konfigurere dioderne og kondensatorerne i en bestemt konfiguration for at få udgangsspændingen højere end indgangsspændingen eller lavere end indgangsspændingen. Ved lavere mener jeg at sige negativ spænding i forhold til jord. Ligesom hvert kredsløb har dette kredsløb nogle fordele og ulemper, som vi vil diskutere senere i artiklen.

For at vide, hvordan kredsløbet fungerer, skal vi først se på skematisk for begge, ladepumpe booster og ladepumpe inverter kredsløb.

Ladepumpe-boosterkredsløb

For at forstå kredsløbet bedre, lad os antage, at vi bruger ideelle dioder og kondensatorer til at opbygge kredsløbet vist i figur-1. Vi antager også, at kredsløbet nåede en steady-state, og kondensatorerne er fuldt opladede. Desuden har vi ingen belastning forbundet med dette kredsløb med disse forhold i tankerne, arbejdsprincippet er beskrevet nedenfor.

Ved hjælp af figur 1 og figur 2 vil vi forklare, hvordan et ladepumpekredsløb fungerer.

Lad os antage, at vi har tilsluttet et PWM-signal fra en signalgenerator, og signalet svinger inden for 0-5V.

Når PWM-indgangssignalet ved placering-0 er i 0V tilstand, den Spænding ved placering-1 er + 5V eller VCC. Så derfor blev kondensatoren opladet op til + 5V eller VCC. Og i den næste cyklus, når PWM-signalet skifter fra 0V til 5V, er spændingen på placering 1 nu +10V. Hvis du observerer figur 1. & figur 2. Du kan se, hvorfor spændingen blev fordoblet.

Det fordobles, fordi referencen ved kondensatorterminalen blev sigtet, og da strømmen ikke kan strømme i omvendt retning gennem dioden på grund af diodefunktionen, ender vi med placering 1 med en forskudt firkantbølge, der er over forspændingen eller indgangsspændingen. Nu kan du forstå effekten i figur 2, placering 1 af bølgeformen.

Derefter tilføres signalet til et klassisk ensrettet kredsløb med en enkelt diode for at udjævne firkantbølgen og få + 10V DC spænding ved udgangen.

I det næste trin på placering 2 er spændingen + 10V, du kan verificere det fra figur 1. Nu i næste cyklus sker det samme fænomen igen, vi ender med + 15V output på sted 4 efter den endelige afhjælpning er færdig med diode og kondensatorer.

Dette er, hvordan den afgift pumpe boost kredsløb fungerer .

Dernæst vil vi se, hvordan en ladepumpeomformer eller en negativ ladningspumpe fungerer.

Opladningspumpeomformer

Den negative spændingsladepumpe er lidt vanskelig at forklare, men vær venligst med mig, og jeg vil forklare, hvordan det fungerer.

I den første cyklus ved placering-0 i figur 3 er indgangssignalet 0V, og der sker intet, men så snart PWM-signalet når 5V ved sted-0, begynder kondensatorerne at lade op gennem dioden D1 og snart vil det har 5V på placering-1. Og nu har vi en diode, der er i en fremadrettet tilstand, så spændingen bliver 0V på placering-1 næsten øjeblikkeligt. Når PWM-signalet igen bliver lavt igen, er spændingen ved placering-1 0V. I dette øjeblik trækker PWM-signalet værdien fra, og vi får -5V på placering 1.

Og nu vil den klassiske single diode ensretter gøre sit job og konvertere det pulserende signal til et glat DC-signal og gemme spændingen ved kondensator C2.

I det næste trin i kredsløbet, der er placering-3 og placering-4, vil det samme fænomen ske samtidigt, og vi får en stabil -10V DC ved kredsløbets udgang.

Og sådan fungerer kredsløbet for en negativ ladepumpe faktisk.

Bemærk! Bemærk, at jeg ikke nævnte sted 2 på dette tidspunkt, for som du kan se fra kredsløbet på sted 2, ville spændingen være -5V.

Komponenter, der kræves

NE555 Timer IC - 2
LM7805 Spændingsregulator IC - 1
0,1 uF kondensator - 4
0,01 uF kondensator - 2
4.7uF kondensator - 8
1N5819 Schottky-diode - 8
680 Ohm modstand - 2
330 ohm modstand - 2
12V jævnstrømforsyning - 1
Generisk Single Guage Wire - 18
Generisk brødplade - 1

Skematisk diagram

Kredsløb til ladepumpeforstærkeren:

Kredsløb til ladepumpeomformeren:

Til demonstration er kredsløbet konstrueret på et loddet brødbræt ved hjælp af skematisk. Alle komponenter er placeret så tæt og så ryddelig som muligt for at mindske uønsket støj og krusning.

Beregninger

PWM-frekvensen og driftscyklussen for 555 timer IC skal beregnes, så jeg er gået videre og beregnet frekvensen og driftscyklussen for 555 timerne ved hjælp af dette 555 Timer Astable Circuit Calculator- værktøj.

Til det praktiske kredsløb har jeg brugt en temmelig høj frekvens på 10 kHz for at reducere krusningen i kredsløbet. Nedenfor vises beregningen

Testopsætning for positiv og negativ ladepumpekreds

For at teste kredsløbet bruges følgende værktøjer og opsætning,

12V switch mode strømforsyning (SMPS)
Meco 108B + multimeter
Meco 450B + multimeter
Hantech 600BE USB pc oscilloskop

For at konstruere kredsløbet blev 1% metalfilmmodstande brugt, og kondensatorernes tolerance blev ikke taget i betragtning. Stuetemperaturen var 30 grader Celsius i løbet af testtiden.

Her er indgangsspændingen 5V, jeg har tilsluttet min 12V forsyning til en 5V 7805 spændingsregulator. Så det samlede system er drevet af + 5V DC.

Ovenstående billede viser, at frekvensen af 555 timer IC er 8KHz, dette skyldes tolerancefaktorerne for modstandene og kondensatorerne.

Fra ovenstående to billeder kan du beregne kredsløbets driftscyklus, der viste sig at være 63%. Jeg har målt det på forhånd, så jeg skal ikke beregne det igen.

Dernæst i ovenstående billede kan det ses, at udgangsspændingen faldt ganske lidt for både spændingsdobler og spændingsomformerkredsløb, da jeg har tilsluttet en belastning på 9,1K.

Strømmen gennem 9.1K modstanden kan let beregnes ved ohm lov, der viste sig at være 1,21mA for spændingsdobler kredsløbet og spændingsomformer kredsløbet, det viste sig at være 0,64mA.

Nu bare for sjov, lad os se, hvad der sker, hvis vi forbinder en 1K modstand som en belastning. Og du kan se spændingsdoblerens kredsløb, hvor det ikke er i en tilstand, der skal bruges til at drive noget.

Og krusningen ved udgangsterminalen er fænomenal. og det vil helt sikkert ødelægge din dag, hvis du prøver at få strøm til noget med denne form for strømforsyning.

Til afklaring er her nogle af de nærbillede af kredsløbet.

Yderligere forbedring

Kredsløbet kan modificeres yderligere for at imødekomme det specifikke behov for en specifik applikation.
For at producere bedre resultater kan kredsløbet bygges ind i et perf-board eller PCB.
Et potentiometer kan tilføjes for yderligere at forbedre udgangsfrekvensen for 555 kredsløb
Krusningen kan reduceres ved hjælp af en kondensator med højere værdi eller bare ved hjælp af et højere frekvens PWM-signal.
En LDO kan føjes til udgangen af kredsløbet for at få en relativt konstant udgangsspænding.

Ansøgninger

Dette kredsløb kan bruges til mange forskellige applikationer som:

Du kan køre en Op-Amp med dette kredsløb
En LCD kan også køres ved hjælp af dette kredsløb.
Ved hjælp af spændingsomformerkredsløbet Op-Amps med dobbelt polaritetsforsyning.
Du kan også køre forforstærkerkredsløb, der kræver + 12V forsyning for at komme i driftstilstand.

Jeg håber, du kunne lide denne artikel og lærte noget nyt ud af den. Hvis du er i tvivl, kan du spørge i kommentarerne nedenfor eller bruge vores fora til detaljeret diskussion.