Lataa pumpun piiri

Tilanne on yksinkertainen - sinulla on matalajännitteinen syöttökisko, sanotaan 3,3 V, ja haluat virrata jotain, joka tarvitsee 5 V: n. Tämä on kova kutsu, varsinkin jos mukana on paristoja. Ainoa ilmeinen tapa on kytkentätilan muunnin, tarkemmin sanoen tehostinmuunnin.

Tässä osumme tiesulkuun - tehostemuuntajat ovat tehottomia pienillä tehoilla, koska paljon energiaa kulutetaan vain säätämisen pitämiseksi pisteessä ja virtakytkimen ajamisessa. Tämän tyyppiset kytkintilan muuntimet ovat myös meluisia - tämä on ongelma, jos olet tekemisissä herkkien piirien kanssa. Olet liian suunnitellun ratkaisun epämukavassa tilanteessa. Lineaariset säätimet eivät toimi päinvastoin, joten se on poissuljettua.

Joten mihin vedetään raja ylisuunniteltujen ja alisuunniteltujen välillä?

Vastaus tähän ongelmaan on latauspumppu - joka itsessään on eräänlainen kytkintilan virtalähde. Kuten nimestä voi päätellä, tällainen muunnin siirtää erillisiä varauksia ympäri ja komponentti, joka tallentaa nämä erilliset varaukset, on kondensaattori, joten tällaista muunninta kutsutaan myös Flying Capacitor Converteriksi.

Latauspumppu luo syöttöjännitteen erilliset kerrannaiset kondensaattoreita käyttämällä.

Kuinka latauspumppu toimii?

Paras tapa ymmärtää tämä on kuvitella seuraava tilanne.

Lataat kondensaattorin 9 V: n akulla, joten kondensaattorin yli kulkeva jännite on myös 9 V. Ota sitten toinen kondensaattori ja lataa se jopa 9 V: iin. Liitä nyt kaksi kondensaattoria sarjaan ja mittaa niiden välinen jännite - 18 V.

Tämä on latauspumpun toiminnan perusperiaate - ota kaksi kondensaattoria, lataa ne yksitellen ja aseta ne sitten sarjaan, vaikka todellisessa latauspumpussa järjestäminen tapahtuu elektronisesti.

Tietysti tämä ei rajoitu vain kahteen kondensaattoriin, peräkkäiset vaiheet voidaan kaskadoida suurempien jännitteiden saamiseksi lähtöön.

Latauspumppujen rajoitukset

Ennen kuin rakennamme sellaisen, on hyvä tutustua latauspumppujen rajoituksiin.

1. Saatavilla oleva lähtövirta - koska latauspumput ovat vain kondensaattoreita, jotka ladataan ja puretaan jaksoittain, käytettävissä oleva virta on hyvin matala - on harvoissa tapauksissa, joissa oikean sirun käyttäminen voi saada 100 mA: n, mutta alhaisella hyötysuhteella.

2. Lisäämiesi vaiheiden määrä ei tarkoita sitä, että jännitelähtö kasvaa niin monta kertaa - jokainen vaihe lataa edellisen vaiheen lähdön, joten lähtö ei ole täydellinen kerrannaisuus tuloon. Tämä ongelma pahenee, kun lisäät vaiheita.

Latauspumpun piirin rakentaminen

Tässä esitetty piiri on yksinkertaista kolmivaiheista latauspumppua varten, joka käyttää ikivihreää 555-ajastin-IC: tä. Tavallaan tämä piiri on 'modulaarinen' - vaiheita voidaan kaskadoida lähtöjännitteen lisäämiseksi (rajoitus numero kaksi mielessä).

Tarvittavat komponentit

1. 555-oskillaattorille

555 ajastin - kaksisuuntainen muunnos
10uF elektrolyyttikondensaattori (irrotus)
2x 100nF keraaminen kondensaattori (irrotus)
100pF keraaminen kondensaattori (ajoitus)
1K vastus (ajoitus)
10K vastus (ajoitus)

2. Latauspumpulle

6x IN4148 -diodia (suositellaan myös UF4007)
5x 10uF elektrolyyttikondensaattorit
100uF elektrolyyttikondensaattori

Tärkeä asia on huomata, että kaikki latauspumpussa käytetyt kondensaattorit on mitoitettava muutamalla voltilla enemmän kuin odotettu lähtöjännite.

Piirikaavio

Näin se näyttää leipälaudalla:

Latauspumpun piirin kuvaus

1. 555-ajastin

Tässä esitetty piiri on suoraviivainen 555-ajastimen astillaattori. Ajoituskomponentit tuottavat noin 500 kHz: n taajuuden (mikä kaksisuuntaiselle 555: lle on sinänsä saavutus). Tämä korkea taajuus varmistaa, että latauspumpun kondensaattoreita päivitetään säännöllisin väliajoin, jotta ulostulojännitteellä ei ole liikaa aaltoilua.

2. Latauspumppu

Tämä on pelottavin osa koko piiriä. Kuten useimmat muutkin asiat, se voidaan ymmärtää jakamalla se yhdeksi yksiköksi:

Oletetaan, että nasta 3, 555-ajastimen lähtö, on alhainen käynnistyksen aikana. Tämän seurauksena kondensaattori latautuu diodin kautta, koska negatiivinen napa on nyt maadoitettu. Kun lähtö menee korkealle, negatiivinen tappi nousee myös korkealle - mutta koska kondensaattorissa on jo varaus (joka ei voi mennä mihinkään diodin takia), kondensaattorin positiivisessa napassa näkyvä jännite kaksinkertaistaa tulojännitteen.

Tässä on kondensaattorin positiivinen napa:

Lopputulos on, että lisäät V _CC: n siirtymän 555-ajastimen lähtöön.

Nyt tämä jännite suoraan ulostulona on hyödytön, koska siellä on valtava 50%: n aaltoilu. Tämän ratkaisemiseksi lisäämme huippuilmaisimen alla olevan kuvan mukaisesti:

Tämä on yllä olevan piirin lähtö:

Ja olemme kaksinkertaistaneet jännitelähdön!

Piirin rakentamisen vinkit

Bipolaarinen 555 tunnetaan syöttökiskossa syntyvistä syöttöpiikeistä, koska lähdön push-pull-vaihe on lähes lyhyt syöttö siirtymien aikana. Joten irrotus on pakollinen.

Otan nopean kiertotien kertoa teille jotain asianmukaisesta irrotuksesta.

Tässä on oskillaattorin V _CC- tappi ilman irrotusta:

Ja tässä on sama tappi asianmukaisella irrotuksella:

Voit selvästi nähdä eron, joka pienellä erottamisella on.

Matalan induktanssin omaavia keraamisia SMD-kondensaattoreita suositellaan latauspumppuvaiheeseen. Myös Schottky-diodit, joilla on alhainen jännitehäviö, parantavat suorituskykyä.

CMOS 555: n käyttö asianmukaisella ulostulovaiheella (ehkä jopa porttiohjain, kuten TC4420) voi vähentää (mutta ei eliminoida) syöttöpiikkejä.

Lataa pumpun muunnelmat

Latauspumput eivät vain lisää jännitettä, vaan niitä voidaan käyttää vaihtamaan jännitteen napaisuus.

Tämä piiri toimii samalla tavalla kuin jännitteen kaksinkertaistin - kun 555-ulostulo nousee korkealle, korkki latautuu ja kun lähtö menee matalaksi, se vedetään toisen kondensaattorin läpi vastakkaiseen suuntaan, mikä luo negatiivisen jännitteen lähtöön.

Missä käytän latauspumppua?

Bipolaarisuussyöttö op-vahvistimille piirissä, jossa on käytettävissä vain yksi jännite. Op-vahvistimet eivät kuluta paljon virtaa, joten tämä sopii täydellisesti. Hienoa tässä on se, että taajuusmuuttajaa ja kaksinkertaistajaa voidaan käyttää samasta lähdöstä, mikä luo esimerkiksi ± 12 V: n virran 5 V: n virtalähteestä.
Porttiohjaimet - bootstrapping on vaihtoehto, mutta latauspumpulla on potentiaalia tuottaa suurempaa jännitettä, esimerkiksi, jos sillä on 12 V: n porttikäyttö 3,3 V: n virtalähteestä. Bootstrapping ei antaisi sinulle yli 7V tässä tapauksessa.

Joten Charge-pumput ovat yksinkertaisia ja tehokkaita laitteita, joita käytetään syöttöjännitteen erillisten kerrosten luomiseen.