Κύκλωμα αντλίας θετικού και αρνητικού φορτίου

Σε ένα προηγούμενο άρθρο, σας έχω δείξει πώς μπορείτε να δημιουργήσετε το δικό σας κύκλωμα μετατροπέα τάσης μεταγωγέα πυκνωτή χρησιμοποιώντας το κλασσικό βιομηχανικό πρότυπο LMC7660 IC. Αλλά πολλές φορές υπάρχουν καταστάσεις όταν δεν διαθέτετε ένα συγκεκριμένο IC ή το κόστος ενός επιπλέον IC καταστρέφει την αρμονία του BOM σας. Και εδώ έρχεται να σώσει το αγαπημένο μας χρονόμετρο 555. Αυτός είναι ο λόγος για τη μείωση του πόνου στην εξεύρεση συγκεκριμένου τσιπ για μια συγκεκριμένη εφαρμογή και επίσης για τη μείωση του κόστους BOM. πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε τους αγαπημένους μας χρονοδιακόπτες 555 για να κατασκευάσουμε, να δείξουμε και να δοκιμάσουμε ένα κύκλωμα αντλίας θετικής και αρνητικής φόρτισης με ένα χρονιστή IC 555.

Τι είναι το κύκλωμα αντλίας φόρτισης;

Μια αντλία φόρτισης είναι ένας τύπος κυκλώματος που κατασκευάζεται από διόδους και πυκνωτές διαμορφώνοντας τις διόδους και τους πυκνωτές σε μια συγκεκριμένη διαμόρφωση για να πάρει την τάση εξόδου υψηλότερη από την τάση εισόδου ή χαμηλότερη από την τάση εισόδου. Κάτω, εννοώ να πω αρνητική τάση σε σχέση με τη γείωση. Επίσης, όπως κάθε κύκλωμα, αυτό το κύκλωμα έχει μερικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα τα οποία θα συζητήσουμε αργότερα στο άρθρο.

Για να μάθουμε πώς λειτουργεί το κύκλωμα, πρέπει πρώτα να εξετάσουμε το σχηματικό σχήμα και των δύο, το κύκλωμα ενίσχυσης αντλίας φόρτισης και το κύκλωμα μετατροπέα αντλίας φόρτισης.

Κύκλωμα ενισχυτή αντλίας φόρτισης

Για να κατανοήσουμε καλύτερα το κύκλωμα, ας υποθέσουμε ότι χρησιμοποιούμε ιδανικές διόδους και πυκνωτές για την κατασκευή του κυκλώματος που φαίνεται στο σχήμα-1. Επίσης, υποθέτουμε ότι το κύκλωμα έφτασε σε σταθερή κατάσταση και οι πυκνωτές έχουν φορτιστεί πλήρως. Επιπλέον, δεν έχουμε φορτίο συνδεδεμένο σε αυτό το κύκλωμα, έχοντας υπόψη αυτές τις συνθήκες, η αρχή λειτουργίας περιγράφεται παρακάτω.

Με τη βοήθεια του σχήματος 1 και του σχήματος 2, θα εξηγήσουμε πώς λειτουργεί το κύκλωμα αντλίας φόρτισης.

Τώρα ας υποθέσουμε ότι έχουμε συνδέσει ένα σήμα PWM από μια γεννήτρια σήματος και το σήμα ταλαντεύεται εντός 0-5V.

Όταν το σήμα εισόδου PWM στη θέση-0 είναι σε κατάσταση 0V, η τάση στη θέση-1 είναι + 5V ή VCC. Γι 'αυτό, ο πυκνωτής φορτίστηκε έως και + 5V ή VCC. Και στον επόμενο κύκλο, όταν το σήμα PWM αλλάζει από 0V σε 5V, η τάση στη θέση 1 είναι τώρα + 10V. Εάν παρατηρήσετε το Σχήμα 1. & Σχήμα 2. Μπορείτε να παρατηρήσετε γιατί διπλασιάστηκε η τάση.

Διπλασιάστηκε επειδή η αναφορά στο τερματικό του πυκνωτή κοσκινίστηκε και καθώς το ρεύμα δεν μπορεί να ρέει προς την αντίστροφη κατεύθυνση μέσω της διόδου λόγω της δράσης διόδου, έτσι, στη θέση 1 καταλήγουμε με ένα μετατοπισμένο τετραγωνικό κύμα που είναι πάνω από την τάση πόλωσης ή την τάση εισόδου. Τώρα, μπορείτε να καταλάβετε το αποτέλεσμα στο Σχήμα 2, θέση 1 της κυματομορφής.

Μετά από αυτό, το σήμα τροφοδοτείται σε ένα κλασικό κύκλωμα ανορθωτή μονής διόδου για εξομάλυνση του τετραγωνικού κύματος και λήψη τάσης DC + 10V στην έξοδο.

Στο επόμενο στάδιο στη θέση 2, η τάση είναι + 10V, μπορείτε να επιβεβαιώσετε ότι από το σχήμα 1. Τώρα στον επόμενο κύκλο, το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει ξανά καταλήγουμε με έξοδο + 15V στη θέση 4 μετά την τελική διόρθωση με η δίοδος και οι πυκνωτές.

Αυτό είναι το πώς το κύκλωμα ώθηση της αντλίας φορτίου λειτουργεί .

Στη συνέχεια, θα δούμε πώς λειτουργεί ένας μετατροπέας αντλίας φόρτισης ή μια αντλία αρνητικής φόρτισης.

Αντιστροφέας αντλίας φόρτισης

Η αντλία φόρτισης αρνητικής τάσης είναι λίγο δύσκολο να εξηγηθεί, αλλά παρακαλώ μείνετε μαζί μου και θα εξηγήσω πώς λειτουργεί.

Στον πρώτο κύκλο στη θέση-0 του σχήματος-3, το σήμα εισόδου είναι 0V και δεν συμβαίνει τίποτα, αλλά μόλις το σήμα PWM φτάσει στα 5V στη θέση-0, οι πυκνωτές αρχίζουν να φορτίζονται μέσω της διόδου D1 και σύντομα θα έχετε 5V στη θέση-1. Και τώρα έχουμε μια δίοδο που βρίσκεται σε κατάσταση μεροληψίας προς τα εμπρός, έτσι ώστε η τάση να γίνει 0V στη θέση-1 σχεδόν αμέσως. Τώρα, όταν το σήμα PWM εισόδου πάει χαμηλά, η τάση στη θέση-1 είναι 0V. Αυτή τη στιγμή το σήμα PWM θα αφαιρέσει την τιμή και θα λάβουμε -5V στη θέση 1.

Και τώρα ο κλασικός ανορθωτής μονής διόδου θα κάνει τη δουλειά του και θα μετατρέψει το παλμικό σήμα σε ομαλό σήμα DC και θα αποθηκεύσει την τάση στον πυκνωτή C2.

Στο επόμενο στάδιο του κυκλώματος που είναι η θέση-3 και η θέση-4, το ίδιο φαινόμενο θα συμβεί ταυτόχρονα και θα έχουμε σταθερό -10V DC στην έξοδο του κυκλώματος.

Και έτσι λειτουργεί το κύκλωμα μιας αντλίας αρνητικής φόρτισης.

Σημείωση! Παρακαλώ σημειώστε ότι δεν ανέφερα τη θέση 2 σε αυτό το σημείο επειδή, όπως μπορείτε να δείτε από το κύκλωμα στη θέση 2, η τάση θα ήταν -5V.

Απαιτούμενα στοιχεία

• NE555 Χρονοδιακόπτης IC - 2
• LM7805 Ρυθμιστής τάσης IC - 1
• Πυκνωτής 0,1 uF - 4
• Πυκνωτής 0,01uF - 2
• Πυκνωτής 4.7uF - 8
• 1N5819 Schottky Diode - 8
• Αντίσταση 680 Ohm - 2
• Αντίσταση 330 Ohm - 2
• Τροφοδοσία 12V DC - 1
• Γενικό μονό καλώδιο Guage - 18
• Γενικό Breadboard - 1

Σχηματικό διάγραμμα

Κύκλωμα για τον ενισχυτή αντλίας φόρτισης:

Κύκλωμα για το μετατροπέα αντλίας φόρτισης:

Για επίδειξη, το κύκλωμα είναι κατασκευασμένο πάνω σε ένα ψωμί χωρίς κόλλα με τη βοήθεια του σχηματικού. Όλα τα εξαρτήματα τοποθετούνται όσο το δυνατόν πιο κοντά και πιο τακτοποιημένα για τη μείωση του ανεπιθύμητου θορύβου και του κυματισμού.

Υπολογισμοί

Η συχνότητα PWM και ο κύκλος λειτουργίας του χρονοδιακόπτη 555 IC πρέπει να υπολογιστούν έτσι, έχω προχωρήσει και υπολόγισα τη συχνότητα και τον κύκλο λειτουργίας των χρονομέτρων 555 με τη βοήθεια αυτού του εργαλείου 555 Timer Astable Circuit Calculator.

Για το πρακτικό κύκλωμα, έχω χρησιμοποιήσει αρκετά υψηλή συχνότητα 10 kHz για να μειώσω τον κυματισμό στο κύκλωμα. Παρακάτω εμφανίζεται ο υπολογισμός

Δοκιμή ρύθμισης για κύκλωμα αντλίας θετικής και αρνητικής φόρτισης

Για να ελέγξετε το κύκλωμα, χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα εργαλεία και ρυθμίσεις,

1. Τροφοδοτικό λειτουργίας διακόπτη 12V (SMPS)
2. Meco 108B + Πολύμετρο
3. Meco 450B + πολύμετρο
4. Hantech 600BE USB PC Oscilloscope

Για την κατασκευή του κυκλώματος χρησιμοποιήθηκαν αντιστάσεις 1% μεταλλικής μεμβράνης και δεν ελήφθη υπόψη η ανοχή των πυκνωτών. Η θερμοκρασία δωματίου ήταν 30 βαθμούς Κελσίου κατά τη διάρκεια της δοκιμής.

Εδώ η τάση εισόδου είναι 5V, έχω συνδέσει την τροφοδοσία 12V με έναν ρυθμιστή τάσης 5V 7805. Έτσι, το συνολικό σύστημα τροφοδοτείται από + 5V DC.

Η παραπάνω εικόνα δείχνει ότι η συχνότητα του χρονοδιακόπτη 555 είναι 8KHz, αυτό οφείλεται στους παράγοντες ανοχής των αντιστάσεων και των πυκνωτών.

Από τις δύο παραπάνω εικόνες, μπορείτε να υπολογίσετε τον κύκλο λειτουργίας του κυκλώματος που αποδείχθηκε 63%. Το έχω μετρήσει εκ των προτέρων, οπότε δεν θα το υπολογίσω ξανά.

Επόμενη στην παραπάνω εικόνα, μπορεί να φανεί ότι η τάση εξόδου πέσει αρκετά τόσο για την διπλασιαστή τάσης και της τάσης του μετατροπέα κύκλωμα όπως Έχω συνδέσει ένα φορτίο της 9.1K.

Η ροή ρεύματος μέσω της αντίστασης 9.1K μπορεί εύκολα να υπολογιστεί από τον νόμο ohms που αποδείχθηκε 1,21mA για το κύκλωμα διπλασιασμού τάσης και το κύκλωμα μετατροπέα τάσης, αποδείχθηκε 0,64mA.

Τώρα μόνο για διασκέδαση, ας δούμε τι θα συμβεί αν συνδέσουμε μια αντίσταση 1Κ ως φορτίο. Και μπορείτε να δείτε το κύκλωμα διπλασιασμού τάσης όπου δεν βρίσκεται σε κατάσταση για να τροφοδοτήσει οτιδήποτε.

Και ο κυματισμός στο τερματικό εξόδου είναι εκπληκτικός. και σίγουρα θα καταστρέψει την ημέρα σας αν προσπαθήσετε να τροφοδοτήσετε οτιδήποτε με αυτό το είδος τροφοδοσίας.

Για διευκρίνιση εδώ είναι μερικές από τις λήψεις κινηματογραφήσεων σε πρώτο πλάνο του κυκλώματος.

Περαιτέρω βελτίωση

1. Το κύκλωμα μπορεί να τροποποιηθεί περαιτέρω για να ικανοποιήσει την ειδική ανάγκη για μια συγκεκριμένη εφαρμογή.
2. Για την παραγωγή καλύτερων αποτελεσμάτων, το κύκλωμα μπορεί να ενσωματωθεί σε μια πλακέτα ή PCB.
3. Ένα ποτενσιόμετρο μπορεί να προστεθεί για περαιτέρω βελτίωση της συχνότητας εξόδου των 555 κυκλωμάτων
4. Ο κυματισμός μπορεί να μειωθεί χρησιμοποιώντας έναν πυκνωτή υψηλότερης τιμής ή απλά χρησιμοποιώντας ένα σήμα PWM υψηλότερης συχνότητας.
5. Ένα LDO μπορεί να προστεθεί στην έξοδο του κυκλώματος για να πάρει μια σχετικά σταθερή τάση εξόδου.

Εφαρμογές

Αυτό το κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλές διαφορετικές εφαρμογές όπως:

1. Μπορείτε να οδηγήσετε ένα Op-Amp με αυτό το κύκλωμα
2. Ένα LCD μπορεί επίσης να οδηγηθεί με τη βοήθεια αυτού του κυκλώματος.
3. Με τη βοήθεια του κυκλώματος μετατροπέα τάσης Op-Amps με παροχή διπλής πολικότητας.
4. Μπορείτε επίσης να οδηγήσετε κυκλώματα προενισχυτή που απαιτούν παροχή + 12V για να φτάσετε σε κατάσταση λειτουργίας.

Ελπίζω να σας άρεσε αυτό το άρθρο και να μάθετε κάτι νέο από αυτό. Εάν έχετε οποιαδήποτε αμφιβολία, μπορείτε να ρωτήσετε στα παρακάτω σχόλια ή να χρησιμοποιήσετε τα φόρουμ μας για λεπτομερή συζήτηση.