Positieve en negatieve laadpompcircuit

In een vorig artikel heb ik je laten zien hoe je je eigen geschakelde condensatorspanningsomvormercircuit kunt bouwen met behulp van de klassieke industriestandaard LMC7660 IC. Maar vaak zijn er situaties waarin u geen specifieke IC beschikbaar heeft of de kosten van een extra IC de harmonie van uw stuklijst verpesten. En hier komt onze geliefde 555 timer IC te hulp. Dat is waarom om de pijn van het vinden van een specifieke chip voor een specifieke toepassing te verminderen en ook om de stuklijstkosten te verlagen; we gaan onze geliefde 555-timers gebruiken om een positief en een negatief laadpompcircuit te bouwen, demonstreren en testen met een 555 timer-IC.

Wat is een laadpompcircuit?

Een ladingspomp is een type circuit dat is gemaakt van diodes en condensatoren door de diodes en condensatoren in een specifieke configuratie te configureren om de uitgangsspanning hoger dan de ingangsspanning of lager dan de ingangsspanning te krijgen. Met lager bedoel ik negatieve spanning ten opzichte van aarde. Ook heeft dit circuit, net als elk circuit, enkele voor- en nadelen die we later in het artikel zullen bespreken.

Om te weten hoe het circuit werkt, moeten we eerst het schema van beide bekijken, de laadpompbooster en de laadpompinvertercircuit.

Laadpomp Booster Circuit

Om het circuit beter te begrijpen, nemen we aan dat we ideale diodes en condensatoren gebruiken om het circuit te bouwen dat wordt getoond in figuur 1. We gaan er ook van uit dat het circuit een stabiele toestand heeft bereikt en dat de condensatoren volledig zijn opgeladen. Bovendien hebben we geen belasting op dit circuit aangesloten met deze omstandigheden in gedachten, het werkingsprincipe wordt hieronder beschreven.

Met behulp van Figuur 1 en Figuur 2 gaan we uitleggen hoe een laadpompcircuit werkt.

Laten we nu aannemen dat we een PWM-signaal van een signaalgenerator hebben aangesloten en het signaal oscilleert binnen 0-5V.

Wanneer het PWM-ingangssignaal op locatie-0 is 0V toestand de spanning op locatie-1 is +5 V of VCC. Dus daarom is de condensator opgeladen tot + 5V of VCC. En in de volgende cyclus, wanneer het PWM-signaal overschakelt van 0V naar 5V, is de spanning op locatie 1 nu + 10V. Als je naar Figuur 1. & Figuur 2 kijkt, kun je zien waarom de spanning is verdubbeld.

Het verdubbelde omdat de referentie aan de aansluiting van de condensator werd gezeefd en omdat de stroom niet in omgekeerde richting door de diode kan stromen vanwege de werking van de diode, dus op locatie 1 eindigen we met een verschoven blokgolf die boven de bias-spanning of ingangsspanning ligt.. Nu kunt u het effect begrijpen in Afbeelding 2, locatie 1 van de golfvorm.

Daarna wordt het signaal naar een klassiek gelijkrichterschakeling met enkele diode geleid om de blokgolf af te vlakken en een gelijkspanning van + 10V aan de uitgang te krijgen.

In de volgende fase op locatie 2 is de spanning + 10V, je kunt dat verifiëren in figuur 1. Nu, in de volgende cyclus, gebeurt hetzelfde fenomeen opnieuw, we eindigen met + 15V- uitvoer op locatie 4 nadat de laatste rectificatie is voltooid met de diode en condensatoren.

Dit is hoe het boostcircuit van de laadpomp werkt .

Vervolgens zullen we zien hoe een laadpompinverter of een negatieve ladingspomp werkt.

Laadpompomvormer

De negatieve spanningslaadpomp is een beetje lastig uit te leggen, maar blijf alsjeblieft bij me en ik zal uitleggen hoe het werkt.

In de eerste cyclus op locatie-0 van figuur-3 is het ingangssignaal 0V en gebeurt er niets, maar zodra het PWM-signaal 5V bereikt op locatie-0, beginnen de condensatoren op te laden via de diode D1 en binnenkort zal het hebben 5V op locatie-1. En nu hebben we een diode die zich in voorwaartse bias-toestand bevindt, zodat de spanning bijna onmiddellijk 0V wordt op locatie-1. Als het ingangs-PWM-signaal nu weer laag wordt, is de spanning op locatie-1 0V. Op dit moment trekt het PWM-signaal de waarde af en krijgen we -5V op locatie 1.

En nu zal de klassieke gelijkrichter met enkele diode zijn werk doen en het gepulseerde signaal omzetten in een gelijkstroom-signaal en de spanning opslaan op condensator C2.

In de volgende fase van het circuit, locatie-3 en locatie-4, zal hetzelfde fenomeen gelijktijdig optreden en krijgen we een constante -10V DC aan de uitgang van het circuit.

En zo werkt het circuit voor een negatieve ladingspomp eigenlijk.

Notitie! Houd er rekening mee dat ik locatie 2 op dit punt niet heb genoemd, omdat zoals je kunt zien aan het circuit op locatie 2 de spanning -5V zou zijn .

Componenten vereist

• NE555 Timer IC - 2
• LM7805 Spanningsregelaar IC - 1
• 0.1 uF Condensator - 4
• 0.01uF Condensator - 2
• 4.7uF Condensator - 8
• 1N5819 Schottky-diode - 8
• 680 Ohm weerstand - 2
• 330 Ohm weerstand - 2
• 12 V DC-voeding - 1
• Generieke draad met enkele maat - 18
• Generieke Breadboard - 1

Schematisch diagram

Circuit voor de laadpompbooster:

Circuit voor de laadpompomvormer:

Ter demonstratie is het circuit geconstrueerd op een soldeerloos breadboard met behulp van het schema. Alle componenten zijn zo dicht en netjes mogelijk geplaatst om ongewenste ruis en rimpel te verminderen.

Berekeningen

De PWM-frequentie en de duty-cycle van de 555-timer IC moeten worden berekend, dus ik heb de frequentie en duty-cycle van de 555-timers berekend met behulp van deze 555 Timer Astable Circuit Calculator- tool.

Voor het praktische circuit heb ik een vrij hoge frequentie van 10 kHz gebruikt om de rimpel in het circuit te verminderen . Hieronder wordt de berekening weergegeven

Testopstelling voor positief en negatief laadpompcircuit

Om het circuit te testen, worden de volgende tools en instellingen gebruikt,

1. 12V schakelende voeding (SMPS)
2. Meco 108B + multimeter
3. Meco 450B + multimeter
4. Hantech 600BE USB PC-oscilloscoop

Om de schakeling te construeren werden 1% metaalfilmweerstanden gebruikt en werd geen rekening gehouden met de tolerantie van de condensatoren. De kamertemperatuur was tijdens de test 30 graden Celsius.

Hier is de ingangsspanning 5V, ik heb mijn 12V voeding aangesloten op een 5V 7805 spanningsregelaar. Het totale systeem wordt dus gevoed door + 5V DC.

Bovenstaande afbeelding laat zien dat de frequentie van de 555 timer IC 8KHz is, dit komt door de tolerantiefactoren van de weerstanden en condensatoren.

Uit de bovenstaande twee afbeeldingen kun je de duty-cycle van het circuit berekenen die 63% bleek te zijn. Ik heb het van tevoren gemeten, dus ik ga het niet opnieuw berekenen.

Vervolgens is in de bovenstaande afbeelding te zien dat de uitgangsspanning behoorlijk daalde voor zowel de spanningsverdubbelaar als de spanningsomvormercircuit, aangezien ik een belasting van 9,1K heb aangesloten.

De stroom door de 9,1K-weerstand kan eenvoudig worden berekend door de ohm-wet die 1,21 mA bleek te zijn voor het spanningsverdubbelingscircuit en het spanningsomvormercircuit, het bleek 0,64 mA te zijn.

Laten we nu voor de lol eens kijken wat er gebeurt als we een 1K-weerstand als belasting aansluiten. En je kunt het spanningsverdubbelingscircuit zien waar het niet in staat is om iets van stroom te voorzien.

En de rimpel bij de uitgangsklem is fenomenaal. en het zal je dag zeker verpesten als je iets probeert te voeden met dit soort stroomvoorziening.

Ter verduidelijking zijn hier enkele van de close-ups van het circuit.

Verdere verbetering

1. Het circuit kan verder worden aangepast om aan de specifieke behoefte voor een specifieke toepassing te voldoen.
2. Om betere resultaten te krijgen, kan de schakeling in een perf-board of PCB worden ingebouwd.
3. Een potentiometer kan worden toegevoegd om de uitgangsfrequentie van de 555 circuits verder te verbeteren
4. De rimpel kan worden verminderd door een condensator met een hogere waarde te gebruiken of gewoon door een PWM-signaal met een hogere frequentie te gebruiken.
5. Een LDO kan aan de uitgang van het circuit worden toegevoegd om een ​​relatief constante uitgangsspanning te krijgen.

Toepassingen

Dit circuit kan voor veel verschillende toepassingen worden gebruikt, zoals:

1. Met dit circuit kun je een Op-Amp besturen
2. Met behulp van dit circuit kan ook een LCD worden aangestuurd.
3. Met behulp van het spanningsomvormercircuit Op-Amps met voeding met dubbele polariteit.
4. U kunt ook voorversterkercircuits aansturen die +12 V-voeding nodig hebben om in een werkende staat te komen.

Ik hoop dat je dit artikel leuk vond en er iets nieuws van hebt geleerd. Als u twijfelt, kunt u dit in de onderstaande opmerkingen stellen of onze forums gebruiken voor een gedetailleerde discussie.