Positiver und negativer Ladungspumpenkreis

In einem früheren Artikel habe ich Ihnen gezeigt, wie Sie mit dem klassischen Industriestandard LMC7660 IC Ihre eigene Spannungswandlerschaltung mit geschaltetem Kondensator bauen können. Oft gibt es jedoch Situationen, in denen Sie keinen bestimmten IC zur Verfügung haben oder die Kosten für einen zusätzlichen IC die Harmonie Ihrer Stückliste beeinträchtigen. Und hier kommt unser geliebter 555-Timer-IC zur Rettung. Aus diesem Grund sollten Sie weniger Probleme haben, einen bestimmten Chip für eine bestimmte Anwendung zu finden, und auch die Stücklistenkosten senken. Wir werden unsere geliebten 555-Timer verwenden, um einen positiven und einen negativen Ladungspumpenkreis mit einem 555-Timer-IC zu bauen, zu demonstrieren und zu testen.

Was ist ein Ladungspumpenkreis?

Eine Ladungspumpe ist eine Art Schaltung, die aus Dioden und Kondensatoren besteht, indem die Dioden und Kondensatoren in einer bestimmten Konfiguration so konfiguriert werden, dass die Ausgangsspannung höher als die Eingangsspannung oder niedriger als die Eingangsspannung ist. Mit niedriger meine ich negative Spannung in Bezug auf Masse. Ebenso wie jede Schaltung hat diese Schaltung einige Vor- und Nachteile, die wir später in diesem Artikel diskutieren werden.

Um zu wissen, wie die Schaltung funktioniert, müssen wir in die Schaltung von beiden sehen, die Ladungspumpe Booster und Ladungspumpe Inverterschaltung zuerst.

Laded Pump Booster Circuit

Um die Schaltung besser zu verstehen, nehmen wir an, dass wir ideale Dioden und Kondensatoren verwenden, um die in Abbildung 1 gezeigte Schaltung aufzubauen. Wir gehen auch davon aus, dass die Schaltung einen stationären Zustand erreicht hat und die Kondensatoren vollständig aufgeladen sind. Darüber hinaus ist unter diesen Bedingungen keine Last an diese Schaltung angeschlossen. Das Funktionsprinzip wird nachfolgend beschrieben.

Mit Hilfe von Abbildung 1 und Abbildung 2 erklären wir, wie ein Ladungspumpenkreis funktioniert.

Nehmen wir nun an, wir haben ein PWM-Signal von einem Signalgenerator angeschlossen und das Signal schwingt innerhalb von 0-5V.

Wenn das PWM - Eingangssignal am ort 0 in ist 0 V - Zustand, die Spannung an Stelle-1 ist + 5 V oder VCC. Deshalb wurde der Kondensator auf +5 V oder VCC aufgeladen . Und im nächsten Zyklus, wenn das PWM-Signal von 0 V auf 5 V umschaltet, beträgt die Spannung an Position 1 jetzt + 10 V. Wenn Sie Abbildung 1 und Abbildung 2 beobachten, können Sie beobachten, warum sich die Spannung verdoppelt hat.

Es hat sich verdoppelt, weil die Referenz am Anschluss des Kondensators gesiebt wurde und da der Strom aufgrund der Diodenwirkung nicht in umgekehrter Richtung durch die Diode fließen kann. Am Ort 1 erhalten wir eine verschobene Rechteckwelle, die über der Vorspannung oder Eingangsspannung liegt. Jetzt können Sie den Effekt in Abbildung 2, Position 1 der Wellenform, verstehen.

Danach wird das Signal einer klassischen Einzeldiodengleichrichterschaltung zugeführt, um die Rechteckwelle zu glätten und am Ausgang eine Gleichspannung von +10 V zu erhalten.

In der nächsten Stufe an Position 2 beträgt die Spannung +10 V. Dies können Sie anhand von Abbildung 1 überprüfen. Im nächsten Zyklus tritt das gleiche Phänomen erneut auf. Nach der endgültigen Gleichrichtung wird an Position 4 eine + 15V- Ausgangsspannung ausgegeben die Diode und Kondensatoren.

Dies ist, wie die Ladungspumpe Boost - Schaltung arbeitet .

Als nächstes werden wir sehen, wie ein Ladungspumpenwechselrichter oder eine negative Ladungspumpe funktioniert.

Ladepumpenwechselrichter

Die negative Spannungsladungspumpe ist etwas schwierig zu erklären, aber bitte bleiben Sie bei mir und ich werde erklären, wie es funktioniert.

Im ersten Zyklus an Position 0 von 3 ist das Eingangssignal 0 V und es passiert nichts, aber sobald das PWM-Signal an Position 0 5 V erreicht, beginnen die Kondensatoren, sich über die Diode D1 aufzuladen, und bald wird es aufgeladen haben 5V an Ort-1. Und jetzt haben wir eine Diode, die sich in einem Vorwärtsvorspannungszustand befindet, sodass die Spannung an Position 1 fast augenblicklich 0 V beträgt. Wenn nun das PWM-Eingangssignal wieder niedrig wird, beträgt die Spannung an Position 1 0 V. In diesem Moment subtrahiert das PWM-Signal den Wert und wir erhalten -5V an Position 1.

Und jetzt erledigt der klassische Einzeldiodengleichrichter seine Aufgabe und wandelt das gepulste Signal in ein glattes Gleichstromsignal um und speichert die Spannung am Kondensator C2.

In der nächsten Stufe der Schaltung, die Position 3 und Position 4 ist, tritt das gleiche Phänomen gleichzeitig auf und wir erhalten eine konstante Gleichspannung von -10 V am Ausgang der Schaltung.

Und so funktioniert die Schaltung für eine Negativladungspumpe tatsächlich.

Hinweis! Bitte beachten Sie, dass ich an dieser Stelle Position 2 nicht erwähnt habe, da die Spannung, wie Sie aus der Schaltung an Position 2 ersehen können, -5 V betragen würde.

Erforderliche Komponenten

• NE555 Timer IC - 2
• Spannungsregler IC LM7805 IC - 1
• 0,1 uF Kondensator - 4
• 0,01 uF Kondensator - 2
• 4,7 uF Kondensator - 8
• 1N5819 Schottky-Diode - 8
• 680 Ohm Widerstand - 2
• 330 Ohm Widerstand - 2
• 12V DC Spannungsversorgung - 1
• Generischer Single Guage Wire - 18
• Generisches Steckbrett - 1

Schematische Darstellung

Schaltung für den Ladungspumpenverstärker:

Schaltung für den Ladungspumpenwechselrichter:

Zur Demonstration wird die Schaltung mit Hilfe des Schaltplans auf einem lötfreien Steckbrett aufgebaut. Alle Komponenten sind so nah und ordentlich wie möglich angeordnet, um unerwünschte Geräusche und Welligkeiten zu verringern.

Berechnungen

Die PWM-Frequenz und das Tastverhältnis des 555-Timer-IC müssen berechnet werden. Daher habe ich die Frequenz und das Tastverhältnis der 555-Timer mithilfe dieses 555-Timer-Tools für den Astable Circuit Calculator berechnet.

Für die praktische Schaltung habe ich eine ziemlich hohe Frequenz von 10 kHz verwendet, um die Welligkeit in der Schaltung zu verringern . Unten ist die Berechnung dargestellt

Testaufbau für positiven und negativen Ladungspumpenkreis

Zum Testen der Schaltung werden die folgenden Tools und Einstellungen verwendet:

1. 12-V-Schaltnetzteil (SMPS)
2. Meco 108B + Multimeter
3. Meco 450B + Multimeter
4. Hantech 600BE USB PC Oszilloskop

Zum Aufbau der Schaltung wurden 1% Metallfilmwiderstände verwendet und die Toleranz der Kondensatoren wurde nicht berücksichtigt. Die Raumtemperatur betrug während der Testzeit 30 Grad Celsius.

Hier beträgt die Eingangsspannung 5V, ich habe meine 12V-Versorgung an einen 5V 7805 Spannungsregler angeschlossen. Das Gesamtsystem wird also mit +5 V DC versorgt.

Das obige Bild zeigt, dass die Frequenz des 555-Timer-IC 8 kHz beträgt. Dies liegt an den Toleranzfaktoren der Widerstände und Kondensatoren.

Aus den beiden obigen Bildern können Sie das Tastverhältnis der Schaltung berechnen, das sich als 63% herausstellte. Ich habe es vorher gemessen, damit ich es nicht noch einmal berechnen kann.

Als nächstes ist im obigen Bild zu sehen, dass die Ausgangsspannung sowohl für den Spannungsverdoppler als auch für die Spannungsinverterschaltung ziemlich stark gesunken ist, da ich eine Last von 9,1 K angeschlossen habe.

Stromfluss durch den 9.1K Widerstand kann leicht durch Ohmschen Gesetzes berechnet werden, erwies sich als 1.21mA für die Spannungsverdopplungsschaltung und der Spannungsinverterschaltung, stellte sich erwiesen 0.64mA.

Lassen Sie uns nun zum Spaß sehen, was passiert, wenn wir einen 1K-Widerstand als Last anschließen. Und Sie können die Spannungsverdopplerschaltung sehen, in der sie nicht in der Lage ist, irgendetwas mit Strom zu versorgen.

Und die Welligkeit am Ausgangsanschluss ist phänomenal. und es wird sicherlich Ihren Tag ruinieren, wenn Sie versuchen, irgendetwas mit dieser Art von Stromversorgung zu versorgen.

Zur Verdeutlichung hier einige Nahaufnahmen der Schaltung.

Weitere Verbesserung

1. Die Schaltung kann weiter modifiziert werden, um den spezifischen Bedarf für eine spezifische Anwendung zu erfüllen.
2. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, kann die Schaltung in eine Perf-Board oder PCB eingebaut werden.
3. Ein Potentiometer kann hinzugefügt werden, um die Ausgangsfrequenz der 555-Schaltungen weiter zu verbessern
4. Die Welligkeit kann durch Verwendung eines Kondensators mit höherem Wert oder einfach durch Verwendung eines PWM-Signals mit höherer Frequenz verringert werden.
5. Ein LDO kann zum Ausgang der Schaltung hinzugefügt werden, um eine relativ konstante Ausgangsspannung zu erhalten.

Anwendungen

Diese Schaltung kann für viele verschiedene Anwendungen verwendet werden, wie zum Beispiel:

1. Mit dieser Schaltung können Sie einen Operationsverstärker ansteuern
2. Mit Hilfe dieser Schaltung kann auch ein LCD angesteuert werden.
3. Mit Hilfe der Spannungswechselrichterschaltung Operationsverstärker mit doppelter Polarität.
4. Sie können auch Vorverstärkerschaltungen ansteuern, die eine + 12-V-Versorgung benötigen, um einen Betriebszustand zu erreichen.

Ich hoffe, Ihnen hat dieser Artikel gefallen und Sie haben etwas Neues daraus gelernt. Wenn Sie Zweifel haben, können Sie in den Kommentaren unten nachfragen oder unsere Foren für detaillierte Diskussionen nutzen.