Positiv og negativ ladepumpekrets

I en tidligere artikkel har jeg vist deg hvordan du kan bygge din egen koblede kondensator spenningsomformerkrets ved hjelp av den klassiske industristandarden LMC7660 IC. Men ofte er det situasjoner når du ikke har en spesifikk IC tilgjengelig, eller kostnaden for en ekstra IC ødelegger harmonien til BOM. Og det er her vår elskede 555 timer IC kommer for å redde. Det er derfor å redusere smerten ved å finne en spesifikk brikke for en bestemt applikasjon og også å redusere stykklisten; vi skal bruke våre kjære 555 tidtakere til å bygge, demonstrere og teste en positiv og en negativ ladningspumpekrets med en 555 timer IC.

Hva er en ladepumpekrets?

En ladepumpe er en type krets som er laget av dioder og kondensatorer ved å konfigurere dioder og kondensatorer i en bestemt konfigurasjon for å få utgangsspenningen høyere enn inngangsspenningen eller lavere enn inngangsspenningen. Med lavere mener jeg å si negativ spenning med hensyn til bakken. I likhet med hver krets har denne kretsen noen fordeler og ulemper som vi vil diskutere senere i artikkelen.

For å vite hvordan kretsen fungerer, må vi først se på skjematisk for begge, ladepumpeforsterkeren og ladepumpeomformerkretsen.

Ladepumpeforsterkerkrets

For å forstå kretsen bedre, la oss anta at vi bruker ideelle dioder og kondensatorer for å bygge kretsen vist i figur 1. Vi antar også at kretsen nådde en jevn tilstand og kondensatorene er fulladet. Videre har vi ingen belastning koblet til denne kretsen med tanke på disse forholdene. Arbeidsprinsippet er beskrevet nedenfor.

Ved hjelp av figur 1 og figur 2 skal vi forklare hvordan en ladepumpekrets fungerer.

La oss anta at vi har koblet et PWM-signal fra en signalgenerator og signalet svinger innen 0-5V.

Når inngangs PWM-signalet på stedet-0 er i 0V tilstand, vil spenningen på stedet-1 er + 5V eller VCC. Så derfor ble kondensatoren ladet opp til + 5V eller VCC. Og i neste syklus, når PWM-signalet bytter fra 0V til 5V, er spenningen på sted 1 nå +10V. Hvis du observerer figur 1. og figur 2. Du kan observere hvorfor spenningen ble doblet.

Den doblet fordi referansen ved kondensatorterminalen ble siktet, og da strømmen ikke kan strømme i motsatt retning gjennom dioden på grunn av diodefunksjonen, ender vi på sted 1 med en forskjøvet firkantbølge som er over forspenningen eller inngangsspenningen. Nå kan du forstå effekten i figur 2, plassering 1 av bølgeformen.

Deretter mates signalet til en klassisk enkeltdiode likeretterkrets for å glatte ut firkantbølgen og få + 10V DC spenning ved utgangen.

I neste trinn på plassering 2 er spenningen + 10V, du kan verifisere at fra figur 1. Nå i neste syklus, skjer det samme fenomenet igjen, vi ender med + 15V utgang på sted 4 etter at den endelige korrigeringen er gjort dioden og kondensatorene.

Slik fungerer ladepumpens boost-krets .

Deretter vil vi se hvordan en ladepumpeomformer eller en negativ ladepumpe fungerer.

Ladepumpeomformer

Den negative spenningsladepumpen er litt vanskelig å forklare, men vær så snill, vær så snill og jeg vil forklare hvordan den fungerer.

I den første syklusen på plassering-0 i figur 3 er inngangssignalet 0V og ingenting skjer, men så snart PWM-signalet når 5V ved sted-0, begynner kondensatorene å lade seg opp gjennom dioden D1 og snart vil det har 5V på plassering-1. Og nå har vi en diode som er i en forspent tilstand, slik at spenningen blir 0V på plassering-1 nesten umiddelbart. Nå når PWM-inngangssignalet blir lavt igjen, er spenningen på plassering -0 0V. For øyeblikket vil PWM-signalet trekke verdien, og vi får -5V på sted 1.

Og nå vil den klassiske single diode-likeretteren gjøre jobben sin og konvertere det pulserende signalet til et jevnt DC-signal og lagre spenningen på kondensatoren C2.

I neste trinn av kretsen som er plassering-3 og plassering-4, vil det samme fenomenet skje samtidig, og vi vil få en jevn -10V DC ved utgangen av kretsen.

Og slik fungerer kretsen for en negativ ladepumpe.

Merk! Vær oppmerksom på at jeg ikke nevnte sted 2 på dette tidspunktet, for som du kan se fra kretsen på sted 2, ville spenningen være -5V.

Komponenter kreves

• NE555 Timer IC - 2
• LM7805 Spenningsregulator IC - 1
• 0,1 uF kondensator - 4
• 0.01uF kondensator - 2
• 4.7uF kondensator - 8
• 1N5819 Schottky-diode - 8
• 680 Ohm motstand - 2
• 330 ohm motstand - 2
• 12V DC strømforsyning - 1
• Generic Single Guage Wire - 18
• Generisk brødbrett - 1

Skjematisk diagram

Krets for ladepumpeforsterkeren:

Krets for ladepumpeomformeren:

For demonstrasjon er kretsen konstruert på et loddfritt brødbrett ved hjelp av skjematisk. Alle komponentene er plassert så nært og så ryddigere som mulig for å redusere uønsket støy og krusning.

Beregninger

PWM-frekvensen og driftssyklusen til 555 timer IC må beregnes slik at jeg har gått frem og beregnet frekvensen og driftssyklusen til 555 tidtakerne ved hjelp av dette 555 Timer Astable Circuit Calculator- verktøyet.

For den praktiske kretsen har jeg brukt en ganske høy frekvens på 10 kHz for å redusere krusningen i kretsen. Vist nedenfor er beregningen

Testoppsett for positiv og negativ ladepumpekrets

For å teste kretsen brukes følgende verktøy og oppsett,

1. 12V brytermodus strømforsyning (SMPS)
2. Meco 108B + multimeter
3. Meco 450B + multimeter
4. Hantech 600BE USB PC oscilloskop

For å konstruere kretsen ble 1% metallfilmmotstand brukt og toleransen til kondensatorene ble ikke vurdert. Romtemperaturen var 30 grader Celsius i løpet av testtiden.

Her er inngangsspenningen 5V, jeg har koblet min 12V forsyning til en 5V 7805 spenningsregulator. Så det totale systemet drives av + 5V DC.

Ovenstående bilde viser at frekvensen til 555 timer IC er 8KHz, dette er på grunn av toleransefaktorene til motstandene og kondensatorene.

Fra ovennevnte to bilder, kan du beregne driftssyklus av kretsen som viste seg å være 63%. Jeg har målt det på forhånd, så jeg skal ikke beregne det igjen.

Neste i bildet ovenfor kan det sees at utgangsspenningen falt ganske mye for både spenningsdobler og spenningsomformerkrets da jeg har koblet til en belastning på 9,1K.

Strømmen gjennom 9,1 K motstanden kan enkelt beregnes ved ohmsloven som viste seg å være 1,21 mA for spenningsdobler-kretsen og spenningsomformerkretsen, den viste seg å være 0,64 mA.

Nå bare for moro skyld, la oss se hva som skjer hvis vi kobler en 1K motstand som en belastning. Og du kan se spenningsdoblerkretsen der den ikke er i en tilstand som skal brukes til å drive noe.

Og ringingen ved utgangsterminalen er fenomenal. og det vil absolutt ødelegge dagen din hvis du prøver å drive noe med denne typen strømforsyning.

For å avklare her er noen av nærbildene til kretsen.

Ytterligere forbedring

1. Kretsen kan modifiseres videre for å dekke det spesifikke behovet for en spesifikk applikasjon.
2. For å gi bedre resultater kan kretsen bygges inn i et perf-board eller PCB.
3. Et potensiometer kan legges til for å forbedre utgangsfrekvensen til 555 kretsene ytterligere
4. Rippelen kan reduseres ved å bruke en høyere verdikondensator eller bare ved å bruke et høyere frekvens PWM-signal.
5. En LDO kan legges til utgangen på kretsen for å få en relativt konstant utgangsspenning.

applikasjoner

Denne kretsen kan brukes til mange forskjellige applikasjoner som:

1. Du kan kjøre en Op-Amp med denne kretsen
2. En LCD kan også kjøres ved hjelp av denne kretsen.
3. Ved hjelp av spenningsomformerkretsen Op-Amps med dobbel polaritetsforsyning.
4. Du kan også kjøre forforsterkerkretser som krever + 12V forsyning for å komme i driftstilstand.

Jeg håper du likte denne artikkelen og lærte noe nytt ut av den. Hvis du er i tvil, kan du spørre i kommentarene nedenfor eller bruke forumene våre for detaljert diskusjon.