Positiv och negativ laddningspumpkrets

I en tidigare artikel har jag visat dig hur du kan bygga din egen kopplade kondensator spänningsomvandlare krets med den klassiska industristandarden LMC7660 IC. Men ofta finns det situationer när du inte har en specifik IC tillgänglig eller att kostnaden för en extra IC förstör harmonin i din BOM. Och det är här vår älskade 555 timer IC kommer att rädda. Det är därför att minska smärtan med att hitta ett specifikt chip för en specifik applikation och också att minska BOM-kostnaden; vi ska använda våra älskade 555 timers för att bygga, demonstrera och testa en positiv och en negativ laddningspumpkrets med en 555 timer IC.

Vad är en laddningspumpskrets?

En laddningspump är en typ av krets som är gjord av dioder och kondensatorer genom att konfigurera dioderna och kondensatorerna i en specifik konfiguration för att få utspänningen högre än ingångsspänningen eller lägre än ingångsspänningen. Med lägre menar jag att säga negativ spänning med avseende på jord. Liksom varje krets har denna krets också några fördelar och nackdelar som vi kommer att diskutera senare i artikeln.

För att veta hur kretsen fungerar måste vi titta på schemat för båda, laddningspumpförstärkaren och laddningspumpens inverterarkrets först.

Laddningspumpförstärkarkrets

För att förstå kretsen bättre, låt oss anta att vi använder ideala dioder och kondensatorer för att bygga kretsen som visas i figur 1. Vi antar också att kretsen nådde ett steady-state och kondensatorerna är fulladdade. Dessutom har vi ingen belastning ansluten till den här kretsen med tanke på dessa förhållanden. Arbetsprincipen beskrivs nedan.

Med hjälp av figur 1 och figur 2 kommer vi att förklara hur en laddpumpskrets fungerar.

Låt oss nu anta att vi har anslutit en PWM-signal från en signalgenerator och signalen svänger inom 0-5V.

När ingångs PWM-signalen vid plats-0 är i 0V tillstånd, den Spänning vid platsen-1 är + 5V eller VCC. Så det är därför kondensatorn laddades upp till + 5V eller VCC. Och i nästa cykel, när PWM-signalen växlar från 0V till 5V, är spänningen på plats 1 nu + 10V. Om du följer Figur 1. & Figur 2. Du kan observera varför spänningen fördubblades.

Det fördubblades eftersom referensen vid kondensatorns terminal blev siktad och eftersom strömmen inte kan strömma i omvänd riktning genom dioden på grund av diodverkan så slutar vi på plats 1 med en skiftad fyrkantvåg som ligger över förspänningen eller ingångsspänningen. Nu kan du förstå effekten i figur 2, plats 1 för vågformen.

Därefter matas signalen till en klassisk enkeldiodlikriktarkrets för att jämna ut fyrkantvågen och få + 10V likspänning vid utgången.

I nästa steg på plats 2 är spänningen + 10V, du kan verifiera det från figur 1. Nu i nästa cykel händer samma fenomen igen, vi slutar med + 15V utgång på plats 4 efter att den slutliga korrigeringen är klar med dioden och kondensatorerna.

Så här fungerar laddningspumpens boost-krets .

Därefter ser vi hur en laddpumpsomvandlare eller en negativ laddningspump fungerar.

Ladda pumpomvandlare

Den negativa spänningsladdningspumpen är lite knepig att förklara, men var snäll och håll mig och jag kommer att förklara hur det fungerar.

I den första cykeln vid plats-0 i figur-3 är insignalen 0V och ingenting händer men så snart PWM-signalen når 5V vid plats-0, börjar kondensatorerna att laddas upp genom dioden D1 och snart kommer den att har 5V på plats-1. Och nu har vi en diod som är i ett framåtriktat tillstånd så att spänningen blir 0V på plats-1 nästan direkt. Nu när PWM-ingångssignalen blir låg igen är spänningen vid plats-1 0V. I detta ögonblick subtraherar PWM-signalen värdet och vi får -5V på plats 1.

Och nu gör den klassiska enda diodlikriktaren sitt jobb och omvandlar den pulsade signalen till en jämn likströmsignal och lagrar spänningen vid kondensatorn C2.

I nästa steg i kretsen som är plats-3 och plats-4 kommer samma fenomen att hända samtidigt och vi kommer att få en stadig -10V DC vid kretsutgången.

Och så fungerar faktiskt kretsen för en negativ laddningspump.

Notera! Observera att jag inte nämnde plats 2 vid den här tiden eftersom som du kan se från kretsen på plats 2 skulle spänningen vara -5V.

Komponenter krävs

• NE555 Timer IC - 2
• LM7805 Spänningsregulator IC - 1
• 0,1 uF kondensator - 4
• 0.01uF kondensator - 2
• 4.7uF kondensator - 8
• 1N5819 Schottky-diod - 8
• 680 Ohm motstånd - 2
• 330 Ohm motstånd - 2
• 12V DC strömförsörjning - 1
• Generic Single Guage Wire - 18
• Generisk brödbräda - 1

Schematisk bild

Krets för laddpumpförstärkaren:

Krets för laddpumpomvandlaren:

För demonstration är kretsen konstruerad på ett lödfritt brädbräda med hjälp av schemat. Alla komponenter är placerade så nära och så snyggare som möjligt för att minska oönskat buller och krusning.

Beräkningar

PWM-frekvensen och arbetscykeln för 555 timer IC måste beräknas så jag har gått vidare och beräknat frekvensen och arbetscykeln för 555-timer med hjälp av detta 555 Timer Astable Circuit Calculator- verktyg.

För den praktiska kretsen har jag använt en ganska hög frekvens på 10 kHz för att minska krusningen i kretsen. Nedan visas beräkningen

Testinställning för positiv och negativ laddningspumpkrets

För att testa kretsen används följande verktyg och inställningar,

1. 12 V strömbrytare för strömbrytare (SMPS)
2. Meco 108B + multimeter
3. Meco 450B + multimeter
4. Hantech 600BE USB PC Oscilloskop

För att konstruera kretsen användes 1% metallfilmresistorer och kondensatorernas tolerans ansågs inte. Rumstemperaturen var 30 grader Celsius under testtiden.

Här är ingångsspänningen 5V, jag har anslutit min 12V-matning till en 5V 7805 spänningsregulator. Så det totala systemet drivs av + 5V DC.

Bilden ovan visar att frekvensen för 555 timer IC är 8KHz, detta beror på toleransfaktorerna hos motstånden och kondensatorerna.

Från ovanstående två bilder kan du beräkna kretsens arbetscykel som visade sig vara 63%. Jag har mätt det i förväg så jag tänker inte beräkna det igen.

Nästa i ovanstående bild kan man se att utspänningen sjönk en hel del för både spänningsfördubblaren och spänningsomformarkretsen eftersom jag har anslutit en belastning på 9,1K.

Strömflödet genom 9,1K-motståndet kan enkelt beräknas med ohm-lagen som visade sig vara 1,21mA för spänningsdubblerkretsen och spänningsomformarkretsen, det visade sig vara 0,64mA.

Nu bara för skojs skull, låt oss se vad som händer om vi ansluter ett 1K-motstånd som en belastning. Och du kan se spänningsdubblerkretsen där den inte är i tillstånd att användas för att driva någonting.

Och krusningen vid utgångsterminalen är fenomenal. och det kommer säkert att förstöra din dag om du försöker driva något med den här typen av strömförsörjning.

För förtydligande här är några av kretsens närbilder.

Ytterligare förbättring

1. Kretsen kan modifieras ytterligare för att möta det specifika behovet av en specifik applikation.
2. För att ge bättre resultat kan kretsen byggas in i en perf-board eller PCB.
3. En potentiometer kan läggas till för att ytterligare förbättra utgångsfrekvensen för 555-kretsarna
4. Krusningen kan reduceras med hjälp av en kondensator med högre värde eller bara genom att använda en PWM-signal med högre frekvens.
5. En LDO kan läggas till utgången på kretsen för att få en relativt konstant utspänning.

Applikationer

Denna krets kan användas för många olika applikationer som:

1. Du kan köra en Op-Amp med denna krets
2. En LCD kan också köras med hjälp av denna krets.
3. Med hjälp av spänningsomvandlarens krets Op-Amps med dubbel polaritetsförsörjning.
4. Du kan också köra förförstärkarkretsar som kräver + 12 V matning för att komma i drift.

Jag hoppas att du gillade den här artikeln och lärde dig något nytt av den. Om du är osäker kan du fråga i kommentarerna nedan eller använda våra forum för detaljerad diskussion.