Circuit de bomba de càrrega positiva i negativa

En un article anterior, us he mostrat com podeu construir el vostre propi circuit convertidor de voltatge de condensador commutat mitjançant el clàssic IC LMC7660 estàndard de la indústria. Però sovint hi ha situacions en què no teniu disponible un CI específic o el cost d’un CI addicional està arruïnant l’harmonia del vostre BOM. I aquí és on el nostre estimat CI de temporitzador 555 ve a rescatar. És per això que es redueix el dolor de trobar un xip específic per a una aplicació específica i també es redueix el cost de la BOM; utilitzarem els nostres estimats temporitzadors 555 per construir, demostrar i provar un circuit de bomba de càrrega positiva i negativa amb un CI de temporitzador 555.

Què és un circuit de bomba de càrrega?

Una bomba de càrrega és un tipus de circuit format per díodes i condensadors mitjançant la configuració de díodes i condensadors en una configuració específica per obtenir un voltatge de sortida superior al voltatge d’entrada o inferior al voltatge d’entrada. Per més baix, vull dir tensió negativa respecte a terra. A més, igual que tots els circuits, aquest circuit té alguns avantatges i desavantatges que parlarem més endavant a l'article.

Per saber com funciona el circuit, primer hem d’examinar l’esquema de tots dos: el circuit de reforç de la bomba de càrrega i el circuit inversor de la bomba de càrrega.

Circuit de reforç de la bomba de càrrega

Per entendre millor el circuit, suposem que fem servir díodes i condensadors ideals per construir el circuit que es mostra a la figura-1. A més, suposem que el circuit ha arribat a un estat estacionari i que els condensadors estan completament carregats. A més, no tenim cap càrrega connectada a aquest circuit tenint en compte aquestes condicions, el principi de funcionament es descriu a continuació.

Amb l'ajut de la figura 1 i la figura 2, explicarem com funciona un circuit de bomba de càrrega.

Ara suposem que hem connectat un senyal PWM des d’un generador de senyals i que el senyal oscil·la a 0-5V.

Quan el senyal PWM d'entrada a la ubicació-0 està en estat 0V, el voltatge a la ubicació-1 és + 5V o VCC. Per això, el condensador es va carregar fins a + 5 V o VCC. I al següent cicle, quan el senyal PWM canvia de 0V a 5V, el voltatge a la ubicació 1 és ara de + 10V. Si observeu la figura 1. i la figura 2. Podeu observar per què es va duplicar la tensió.

Es va duplicar perquè la referència al terminal del condensador es va tamisar i com que el corrent no pot fluir en la direcció inversa a través del díode a causa de l'acció del díode, per tant, a la ubicació 1 acabem amb una ona quadrada desplaçada que està per sobre de la tensió de polarització o la tensió d'entrada. Ara podeu entendre l’efecte a la figura 2, ubicació 1 de la forma d’ona.

Després d’això, el senyal s’alimenta a un clàssic circuit reductor de díode simple per suavitzar l’ona quadrada i obtenir una tensió de + 10V CC a la sortida.

A la següent etapa de la ubicació 2, el voltatge és de + 10 V, podeu comprovar que a la figura 1. Ara, al següent cicle, torna a passar el mateix fenomen, acabem amb una sortida de + 15 V a la ubicació 4 després de fer la rectificació final amb el díode i els condensadors.

Així és com el circuit elevador de la bomba de càrrega funciona .

A continuació, veurem com funciona un inversor de bomba de càrrega o una bomba de càrrega negativa.

Inversor de bomba de càrrega

La bomba de càrrega de tensió negativa és una mica complicada d’explicar, però si us plau, quedeu-vos amb mi i us explicaré com funciona.

Al primer cicle a la ubicació-0 de la Figura-3, el senyal d’entrada és 0V i no passa res, però tan bon punt el senyal PWM arriba a 5V a la ubicació-0, els condensadors comencen a carregar-se a través del díode D1 i aviat tenen 5V a la ubicació-1. I ara tenim un díode que es troba en una condició de biaix cap endavant, de manera que el voltatge es convertirà en 0V a la ubicació-1 gairebé a l'instant. Ara, quan el senyal d'entrada PWM torna a baixar, la tensió a la ubicació-1 és 0V. En aquest moment, el senyal PWM restarà el valor i obtindrem -5V a la ubicació 1.

I ara, el clàssic rectificador de díode únic farà la seva feina i convertirà el senyal pulsat en un senyal de CC suau i emmagatzemarà la tensió al condensador C2.

A la següent etapa del circuit, que és la ubicació 3 i la ubicació 4, es produirà el mateix fenomen simultàniament i obtindrem una constant de -10 V CC a la sortida del circuit.

I és així com funciona realment el circuit d’una bomba de càrrega negativa.

Nota! Tingueu en compte que en aquest punt no he esmentat la ubicació 2 perquè, com es pot veure al circuit de la ubicació 2, el voltatge seria de -5V.

Components necessaris

• NE555 Temporitzador IC - 2
• Regulador de tensió LM7805 IC - 1
• Condensador de 0,1 uF: 4
• Condensador de 0,01 uF: 2
• Condensador de 4,7 uF: 8
• 1N5819 Diodo Schottky - 8
• Resistència de 680 Ohm - 2
• Resistència de 330 Ohm - 2
• Font d'alimentació de 12 V CC: 1
• Filferro genèric únic - 18
• Taula de pa genèrica: 1

Diagrama esquemàtic

Circuit per al reforç de la bomba de càrrega:

Circuit per al inversor de bomba de càrrega:

Com a demostració, el circuit es construeix sobre una placa de soldadura sense soldadura amb l'ajut de l'esquema. Tots els components es col·loquen el més a prop i ordenats possible per disminuir el soroll i l’ondulació no desitjats.

Càlculs

Cal calcular la freqüència PWM i el cicle de treball de l’IC 555 temporitzador, així que he avançat i he calculat la freqüència i el cicle de treball dels 555 temporitzadors amb l’ajut d’aquesta eina 555 Timer Astable Circuit Calculator.

Per al circuit pràctic, he utilitzat una freqüència bastant alta de 10 kHz per tal de reduir l’ ondulació del circuit. A continuació es mostra el càlcul

Configuració de la prova del circuit de bomba de càrrega positiva i negativa

Per provar el circuit, s’utilitzen les següents eines i configuració,

1. Alimentació en mode de commutació de 12V (SMPS)
2. Multímetre Meco 108B +
3. Multímetre Meco 450B +
4. Oscil·loscopi USB per a PC Hantech 600BE

Per construir el circuit es van utilitzar resistències de 1% de pel·lícula metàl·lica i no es va tenir en compte la tolerància dels condensadors. La temperatura ambient va ser de 30 graus centígrads durant el temps de la prova.

Aquí el voltatge d'entrada és de 5V, he connectat el meu subministrament de 12V a un regulador de voltatge de 5V 7805. Per tant, el sistema total funciona amb + 5V CC.

La imatge anterior mostra que la freqüència del temporitzador IC 555 és de 8 KHz, això es deu als factors de tolerància de les resistències i els condensadors.

A partir de les dues imatges anteriors, podeu calcular el cicle de treball del circuit que va resultar ser del 63%. L’he mesurat prèviament, així que no el tornaré a calcular.

A continuació, a la imatge anterior, es pot veure que la tensió de sortida va caure força tant per al circuit de duplicador de tensió com per al convertidor de tensió, ja que he connectat una càrrega de 9,1K.

El flux de corrent a través de la resistència de 9,1 K es pot calcular fàcilment mitjançant la llei d’ohms, que va resultar ser de 1,21 mA per al circuit de duplicador de tensió i per al circuit inversor de tensió, va resultar ser de 0,64 mA.

Ara per diversió, vegem què passa si connectem una resistència de 1 K com a càrrega. I podeu veure el circuit de duplicador de tensió on no es troba en un estat per utilitzar-lo per alimentar res.

I l’ondulació al terminal de sortida és fenomenal. i sens dubte us arruïnarà el dia si intenteu alimentar qualsevol cosa amb aquest tipus de subministrament elèctric.

Per obtenir aclariments, aquí teniu alguns dels primers plans del circuit.

Millora addicional

1. El circuit es pot modificar per satisfer la necessitat específica d’una aplicació específica.
2. Per obtenir millors resultats, el circuit es pot integrar en una placa perf o PCB.
3. Es pot afegir un potenciòmetre per millorar encara més la freqüència de sortida dels 555 circuits
4. La ondulació es pot reduir mitjançant l'ús d'un condensador de valor superior o simplement mitjançant un senyal PWM de freqüència més alta.
5. Es pot afegir un LDO a la sortida del circuit per obtenir una tensió de sortida relativament constant.

Aplicacions

Aquest circuit es pot utilitzar per a moltes aplicacions diferents com:

1. Podeu conduir un Op-Amp amb aquest circuit
2. També es pot accionar una pantalla LCD amb l'ajut d'aquest circuit.
3. Amb l'ajut del circuit inversor de tensió Op-Amps amb alimentació de doble polaritat.
4. També podeu conduir circuits de preamplificador que requereixen un subministrament de + 12V per arribar a un estat de funcionament.

Espero que aquest article us hagi agradat i n’hagueu après alguna cosa nova. Si teniu cap dubte, podeu demanar-los als comentaris següents o fer servir els nostres fòrums per a una discussió detallada.