Töltse fel a szivattyú áramkört

A helyzet egyszerű - van egy kisfeszültségű tápvezetéke, mondjuk 3,3 V, és olyan energiát szeretne táplálni, amelyhez 5 V szükséges. Ez egy kemény hívás, különösen, ha akkumulátorokról van szó. Az egyetlen látszólagos mód egy kapcsoló módú átalakító, pontosabban egy boost átalakító.

Itt ütközünk útlezáráshoz - a teljesítmény-átalakítók alacsony teljesítmény mellett nem hatékonyak, mivel sok energiát fogyasztanak csak a szabályozás pontban tartása és a főkapcsoló meghajtása érdekében. Az ilyen típusú kapcsoló módú átalakítók zajosak is - ez problémát jelent, ha érzékeny áramkörökkel foglalkozunk. Kényelmetlen helyzetben vagy egy túlterhelt megoldás mellett. A lineáris szabályozók nem működnek fordítva, ezért kizárt, hogy alulképzettek.

Tehát hol húzzuk meg a határt a túlmérnökök és az alulmérnökök között?

A válasz erre a problémára a töltőszivattyú - amely önmagában egyfajta kapcsolóüzemű tápegység. Ahogy a neve is mutatja, ez a fajta átalakító diszkrét töltéseket mozgat körül, és az a komponens, amely ezeket a diszkrét töltéseket tárolja, a kondenzátor, ezért ezt a fajta átalakítót Flying Capacitor Converter néven is nevezik.

A töltőszivattyú a bemeneti feszültség diszkrét többszörösét hozza létre kondenzátorok segítségével.

Hogyan működik a töltőszivattyú?

A megértés legjobb módja a következő helyzet elképzelése.

A kondenzátort 9V-os akkumulátorral tölti fel, így a kondenzátoron keresztüli feszültség is 9V. Akkor vegyen egy másik kondenzátort, és töltse fel 9 V-ig is. Most kösse sorba a két kondenzátort, és mérje meg a feszültséget közöttük - 18V.

Ez a töltőszivattyú működésének alapelve - vegyen két kondenzátort, töltse fel külön-külön, majd sorba helyezze őket, bár egy valódi töltőszivattyúban az átrendezés elektronikus úton történik.

Természetesen ez nem korlátozódik csak két kondenzátorra, az egymást követő fokozatok lépcsőzetesen léphetnek fel, hogy magasabb kimeneti feszültséget kapjanak.

A töltőszivattyúk korlátai

Mielőtt felépítenénk egyet, érdemes megismerni a töltőszivattyúk korlátait.

1. Rendelkezésre álló kimeneti áram - mivel a töltőszivattyúk nem csak kondenzátorok, amelyeket ciklusokban töltenek és ürítenek, a rendelkezésre álló áram nagyon alacsony - vannak olyan ritka esetek, amikor a megfelelő chip használatával 100 mA-t érhet el, de alacsony hatékonyság mellett.

2. A több hozzáadott fokozat nem jelenti azt, hogy a feszültség kimenete annyiszor növekszik - mindegyik fokozat betölti az előző szakasz kimenetét, így a kimenet nem a bemenet tökéletes többszöröse. Ez a probléma annál rosszabb, minél több szakaszot ad hozzá.

Töltőszivattyú áramkör kiépítése

Az itt bemutatott áramkör egy egyszerű háromfokozatú töltőszivattyú, amely az örökzöld 555 időzítő IC-t használja. Bizonyos értelemben ez az áramkör „moduláris” - a fokozatok lépcsőzetesen növelhetők a kimeneti feszültség növelése érdekében (a második korlátozást szem előtt tartva).

Szükséges alkatrészek

1. Az 555-ös oszcillátorhoz

• 555 időzítő - bipoláris változat
• 10uF elektrolit kondenzátor (szétkapcsolás)
• 2x 100nF kerámia kondenzátor (szétkapcsolás)
• 100pF kerámia kondenzátor (időzítés)
• 1K ellenállás (időzítés)
• 10K ellenállás (időzítés)

2. A töltőszivattyúhoz

• 6x IN4148 dióda (UF4007 is ajánlott)
• 5x 10uF elektrolit kondenzátor
• 100uF elektrolit kondenzátor

Fontos megjegyezni, hogy a töltőszivattyúban használt összes kondenzátort a várható kimeneti feszültségnél néhány voltos névleges értékkel kell ellátni.

Kördiagramm

Így néz ki a kenyérlapon:

Töltőszivattyú áramkör leírása

1. Az 555 időzítő

Az itt látható áramkör egy egyszerű 555-ös időzítővel ellátott oszcillátor. Az időzítő komponensek kb. 500 kHz frekvenciát eredményeznek (ami egy 555 bipoláris számára önmagában is nagy teljesítmény). Ez a magas frekvencia biztosítja, hogy a töltőszivattyú kondenzátorai periodikusan „frissüljenek”, hogy a kimenet feszültsége ne legyen túl sok hullámzás.

2. A töltőszivattyú

Ez az egész áramkör legfélelmetesebb része. A legtöbb dologhoz hasonlóan úgy is meg lehet érteni, hogy egyetlen egységre bontjuk:

Tegyük fel, hogy a 3. érintkező, az 555 időzítő kimenete alacsony az indítás során. Ez azt eredményezi, hogy a kondenzátor a diódán keresztül töltődik, mivel a negatív kapocs már földelt. Amikor a kimenet magasra emelkedik, a negatív tű is magasra emelkedik - de mivel a kondenzátoron már van töltés (ami a dióda miatt nem mehet sehova), a kondenzátor pozitív kapcsán látható feszültség duplája a bemeneti feszültség.

Itt van a kondenzátor pozitív kapcsa:

A végeredmény az, hogy ténylegesen hozzáadod a V _CC eltolását az 555 időzítő kimenetéhez.

Ez a feszültség közvetlenül kimenetként használhatatlan, mivel hatalmas 50% -os hullámzás van. Ennek megoldása érdekében hozzáadunk egy csúcsérzékelőt az alábbi ábra szerint:

Ez a fenti áramkör kimenete:

És sikeresen megdupláztuk a kimeneti feszültséget!

Áramkörépítési tippek

A bipoláris 555 ismert a tápcsövekről, amelyeket az ellátó sínen generál, mivel a kimeneti push-pull fokozat szinte rövidíti az ellátást az átmenetek során. Tehát a szétválasztás kötelező.

Gyors kitérőt teszek, hogy elmondjak valamit a megfelelő szétválasztásról.

Itt van az oszcillátor V _CC csapja leválasztás nélkül:

És itt van ugyanaz a csap a megfelelő leválasztással:

Jól látható a különbség, amelyet egy kis szétválasztás okoz.

Alacsony induktivitású kerámia SMD kondenzátorok ajánlottak a töltőszivattyú szakaszához. Az alacsony előremenő feszültségeséssel rendelkező Schottky diódák szintén javítják a teljesítményt.

Megfelelő kimeneti fokozattal rendelkező CMOS 555 (esetleg még egy kapu meghajtó, például a TC4420) használata csökkentheti (de nem megszünteti) az ellátási tüskéket.

Töltőszivattyú variációk

A töltőszivattyúk nemcsak növelik a feszültséget, hanem a feszültség polaritásának megfordítására is használhatók.

Ez az áramkör ugyanúgy működik, mint a feszültségduplázó - amikor az 555-ös kimenet magasra megy, a kupak feltöltődik, és amikor a kimenet alacsonyra süllyed, a töltés hátramenetben a második kondenzátoron keresztül húzódik, negatív feszültséget keltve a kimeneten.

Hol használhatok töltőszivattyút?

• Bipolaritás-ellátás op-erősítőkhöz olyan áramkörben, ahol csak egyetlen feszültség áll rendelkezésre. Az op-erősítők nem fogyasztanak sok áramot, így ez tökéletesen megfelel. Ebben az a szép, hogy egy invertert és egy duplert is lehet hajtani ugyanabból a kimenetről, ami 5 V-os tápfeszültségből mondjuk ± 12 V-os tápot hoz létre.
• Kapu meghajtók - a rendszerindítás egy lehetőség, de a töltőszivattyú nagyobb feszültséget képes előállítani, például 12 V kapuhajtással rendelkezik egy 3,3 V-os tápfeszültségről. A rendszerindítás ebben az esetben nem ad 7V-nál többet.

Tehát a töltőszivattyúk egyszerű és hatékony eszközök, amelyeket a bemeneti feszültség diszkrét többszörösének létrehozására használnak.