Τα περισσότερα από τα αναλογικά ηλεκτρονικά κυκλώματα απαιτούν διπλές ράγες τροφοδοσίας για σωστή ισορροπημένη λειτουργία. Αυτό γίνεται ιδιαίτερα κρίσιμο εάν σχεδιάζουμε κυκλώματα λειτουργικών ενισχυτών. Απαιτείται επίσης αρνητική τάση τροφοδοσίας σε ψηφιακά συστήματα όπως μετατροπείς A / D, op amp και συγκριτές. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, η τρέχουσα απαίτηση θα είναι χαμηλή, αλλά η παραγωγή μιας τέτοιας τροφοδοσίας -5V είναι συνήθως δαπανηρή και αναποτελεσματική εάν χρησιμοποιούμε μεγάλο αριθμό διακριτών και ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Έτσι σε αυτό το σεμινάριο θα μάθουμε πώς να φτιάχνουμε ένα απλό κύκλωμα τροφοδοσίας 5V χαμηλού ρεύματος που μπορεί να τροφοδοτείται από τις θύρες USB. Ομοίως, έχουμε προηγουμένως κατασκευάσει + 12V και -12V Dual Power Supply Circuit.
Αν και υπάρχουν πολλές μέθοδοι για τη διάσπαση της απλής τάσης, το εικονικό δυναμικό γείωσης δεν θα είναι σταθερό. Εάν χρησιμοποιήσουμε δύο μπαταρίες για να λάβουμε τάση διπλής πολικότητας, σε εύθετο χρόνο η μία μπαταρία θα εξαντληθεί γρηγορότερα από την άλλη και θα είναι δύσκολο να διατηρηθεί ισορροπημένη τάση διπλής πολικότητας. Εάν χρησιμοποιείτε διαχωριστικό δυναμικού αντίστασης, κάποια ισχύς διαλύεται καθώς η θερμότητα και η διαχωρισμένη τάση δεν είναι σταθερή. Για να ξεπεράσουμε αυτά τα προβλήματα θα χρησιμοποιήσουμε ένα IC μετατροπέα τάσης CMOS που ονομάζεται ICL7660 από τη Renesas.
ICL7660
Οι ICL7660 και ICL7660A είναι μονολιθικοί μετατροπείς τάσης αντλίας φορτίου CMOS που μετατρέπουν τα εύρη τάσης εισόδου + 1,5V έως + 10,0V σε περιοχές τάσης εξόδου -1,5V έως -10,0V.
Τα ICL7660 και ICL7660A περιέχουν όλα τα απαραίτητα κυκλώματα για την ολοκλήρωση ενός μετατροπέα αρνητικής τάσης, εκτός από τους δύο εξωτερικούς πυκνωτές. Η λειτουργία της συσκευής μπορεί να γίνει καλύτερα κατανοητή από την ιδανική θεωρία μετατροπέα τάσης που δίνεται παρακάτω.
Κατά τον πρώτο μισό κύκλο, οι διακόπτες S1 και S3 είναι κλειστοί (Σημείωση: Οι διακόπτες S2 και S4 είναι ανοιχτοί κατά τη διάρκεια αυτού του μισού κύκλου). Ο πυκνωτής C1 φορτίζεται σε τάση V +. Κατά το δεύτερο μισό κύκλο λειτουργίας, οι διακόπτες S2 και S4 είναι κλειστοί (Σημείωση: Οι διακόπτες S1 και S3 είναι ανοιχτοί κατά τη διάρκεια αυτού του μισού κύκλου). Η τάση στον πυκνωτή C1 αλλάζει αρνητικά κατά V + volt. Στη συνέχεια, η φόρτιση μεταφέρεται από C1 σε C2, υποθέτοντας ιδανικούς διακόπτες και χωρίς φορτίο στο C2. Έτσι, η ανεστραμμένη τάση V + είναι διαθέσιμη σε C2. Η λειτουργία ICL7660 και ICL7660A είναι παρόμοια με αυτήν την ιδανική λειτουργία του μετατροπέα τάσης.
Συμβουλές εφαρμογής ICL7660:
- Ο πυκνωτής C2 πρέπει να τοποθετηθεί κοντά στο IC2 για να αποφευχθεί το κλείδωμα της συσκευής. Μην δώσετε περισσότερα από 10V για ICL7660, 12V για ICL7660A.
- Μην συνδέετε τον ακροδέκτη LV στο GROUND για τάσεις τροφοδοσίας μεγαλύτερες από 3,5V.
- Όταν χρησιμοποιείτε πολωμένους πυκνωτές, ο ακροδέκτης '+' του C1 πρέπει να είναι συνδεδεμένος στον ακροδέκτη 2 των ICL7660 και ICL7660A και ο ακροδέκτης '+' του C2 πρέπει να είναι συνδεδεμένος στο GROUND.
- Για βέλτιστη απόδοση, χρησιμοποιήστε πυκνωτές ESR χαμηλής τιμής αντί των C1 και C2.
- Ένας πυκνωτής buffer μπορεί να συνδεθεί σε όλη την τροφοδοσία εισόδου εάν η απόσταση του καλωδίου μεταξύ του USB και του κυκλώματος είναι μεγάλη.
- Το ρεύμα εξόδου αυτού του κυκλώματος περιορίζεται στα 40mA. Για τρέχουσα απαίτηση έως 100mA, το IC MAX660 μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη θέση του U1.
Κύκλωμα τροφοδοσίας 5v και λειτουργία:
Το πλήρες διάγραμμα κυκλώματος τροφοδοσίας ± 5v χρησιμοποιώντας το ICL760 φαίνεται παρακάτω. Η τάση εισόδου + 5V μπορεί να ληφθεί από οποιαδήποτε θύρα USB φορητού υπολογιστή / υπολογιστή ή φορτιστή / προσαρμογέα.
Το κύκλωμα είναι κατασκευασμένο από ICL7660 (U1) μαζί με δύο πυκνωτές (C1 και C2). Η έξοδος 5V από USB δίνεται στον ακροδέκτη 8 του U1. Το IC U1 και οι πυκνωτές (C1 και C2) σχηματίζουν το τμήμα μετατροπέα τάσης που μετατρέπει + 5V σε -5V. Η τροφοδοσία Converted -5V διατίθεται στον ακροδέκτη 5 του U1. Έτσι, η τροφοδοσία διπλής ισχύος 5V είναι διαθέσιμη στο βύσμα J2.
Έχουμε προσομοιώσει το κύκλωμα στο Proteus πριν το κατασκευάσουμε σε υλικό:
Κύκλωμα τροφοδοσίας διπλού (±) 5V USB δοκιμής:
Συναρμολογήστε το κύκλωμα στο PCB / breadboard σύμφωνα με το διάγραμμα κυκλώματος που φαίνεται παραπάνω. Τοποθετήστε τον πυκνωτή C2 κοντά στο IC U1. Το IC πρέπει να στερεώνεται με τη σωστή βάση IC εάν το κύκλωμα είναι κολλημένο στο PCB. Μόλις κατασκευαστεί το κύκλωμα τροφοδοσίας 5v, θα πρέπει να μοιάζει με αυτό
Για να ελέγξετε το κύκλωμα, συνδέστε το USB σε φορητό υπολογιστή ή τράπεζα τροφοδοσίας ή οποιοδήποτε USB για να τροφοδοτήσετε το κύκλωμα. Ελέγξτε την τάση εξόδου στο J2 χρησιμοποιώντας πολύμετρο με αναφορά στη γείωση. Στο δοκιμαστικό βίντεο που δίνεται παρακάτω, το πολύμετρο συνδέεται με τη θετική ράγα όταν δείχνει 4.9V. Στη συνέχεια, το πολύμετρο συνδέεται με την έξοδο του IC (δηλαδή, τον πείρο 5 του ICL7660), τότε δείχνει -4.7V.
Παρακάτω είναι η προσομοίωση
Ελπίζω να καταλάβατε το κύκλωμα και να μάθετε πώς να φτιάξετε ένα κύκλωμα διπλής τροφοδοσίας χρησιμοποιώντας το ICL7660 IC. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις αφήστε τις στην ενότητα σχολίων ή χρησιμοποιήστε τα φόρουμ μας για περισσότερες τεχνικές ερωτήσεις. Ελέγξτε επίσης άλλα κυκλώματα τροφοδοσίας, τα οποία περιλαμβάνουν διάφορα κυκλώματα όπως κύκλωμα μετατροπέα ώθησης, κύκλωμα μετατροπέα buck, κύκλωμα μεταβλητής τροφοδοσίας, κύκλωμα SMPS, κύκλωμα τράπεζας ισχύος κ.λπ.