วงจรปั๊มประจุบวกและลบ

ในบทความก่อนหน้านี้ผมได้แสดงให้เห็นว่าคุณสามารถสร้างตัวเองแรงดันไฟฟ้าประจุเปลี่ยนวงจรแปลงของคุณโดยใช้คลาสสิกมาตรฐานอุตสาหกรรมLMC7660 IC แต่บ่อยครั้งมีสถานการณ์เกิดขึ้นเมื่อคุณไม่มี IC เฉพาะหรือต้นทุนของ IC เพิ่มเติมกำลังทำลายความกลมกลืนของ BOM ของคุณ และนี่คือจุดที่ IC จับเวลา 555 อันเป็นที่รักของเรามาช่วยชีวิต นั่นคือเหตุผลที่ต้องลดความเจ็บปวดในการหาชิปเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะและลดต้นทุน BOM เราจะไปใช้ที่รัก 555 ตัวนับของเราที่จะสร้างสาธิตและทดสอบในเชิงบวกและวงจรค่าใช้จ่ายปั๊มเชิงลบกับไอซี 555

วงจรปั๊มประจุคืออะไร?

ปั๊มประจุไฟฟ้าเป็นวงจรประเภทหนึ่งที่สร้างจากไดโอดและตัวเก็บประจุโดยการกำหนดค่าไดโอดและตัวเก็บประจุในการกำหนดค่าเฉพาะเพื่อให้ได้แรงดันเอาต์พุตสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าหรือต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้า โดยที่ต่ำกว่าฉันหมายถึงการพูดแรงดันลบเทียบกับกราวด์ เช่นเดียวกับทุกวงจรวงจรนี้มีข้อดีและข้อเสียบางประการซึ่งเราจะพูดถึงในบทความต่อไป

หากต้องการทราบว่าวงจรทำงานอย่างไรเราจำเป็นต้องดูแผนผังของทั้งสองตัวคือตัวกระตุ้นปั๊มประจุและวงจรอินเวอร์เตอร์ปั๊มประจุก่อน

วงจรชาร์จปั๊มบูสเตอร์

เพื่อให้เข้าใจถึงวงจรที่ดีกว่าสมมติว่าเรากำลังใช้ไดโอดและตัวเก็บประจุที่เหมาะที่จะสร้างวงจรที่แสดงในรูปที่ 1 นอกจากนี้เราสมมติว่าวงจรถึงสถานะคงที่และตัวเก็บประจุถูกชาร์จจนเต็ม นอกจากนี้เราไม่มีโหลดที่เชื่อมต่อกับวงจรนี้โดยคำนึงถึงเงื่อนไขเหล่านี้หลักการทำงานได้อธิบายไว้ด้านล่าง

ด้วยความช่วยเหลือของรูปที่ 1 และรูปที่ 2 เราจะอธิบายว่าวงจรปั๊มประจุทำงานอย่างไร

สมมติว่าเราได้เชื่อมต่อสัญญาณ PWM จากเครื่องกำเนิดสัญญาณและสัญญาณจะสั่นภายใน 0-5V

เมื่อสัญญาณ PWM อินพุตที่ตำแหน่ง -0อยู่ในสถานะ 0Vแรงดันไฟฟ้าที่ตำแหน่ง -1คือ+ 5V หรือ VCCนั่นคือสาเหตุที่ตัวเก็บประจุถูกชาร์จสูงถึง+ 5V หรือ VCCและในรอบถัดไปเมื่อสัญญาณ PWM เปลี่ยนจาก0V เป็น 5Vแรงดันไฟฟ้าที่ตำแหน่ง 1 จะเป็น+ 10Vหากคุณสังเกตรูปที่ 1 และรูปที่ 2 คุณสามารถสังเกตได้ว่าทำไมแรงดันไฟฟ้าถึงเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

มันเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเนื่องจากการอ้างอิงที่ขั้วของตัวเก็บประจุถูกร่อนและเนื่องจากกระแสไม่สามารถไหลในทิศทางย้อนกลับผ่านไดโอดเนื่องจากการกระทำของไดโอดดังนั้นที่ตำแหน่ง 1เราจะจบลงด้วยคลื่นสี่เหลี่ยมที่เลื่อนซึ่งอยู่เหนือแรงดันไบอัสหรือแรงดันไฟฟ้าอินพุต. ตอนนี้คุณสามารถเข้าใจผลในรูปที่ 2 ตำแหน่งที่ 1 ของรูปคลื่น

หลังจากนั้นสัญญาณจะถูกป้อนเข้ากับวงจรเรียงกระแสไดโอดเดี่ยวแบบคลาสสิกเพื่อทำให้คลื่นสี่เหลี่ยมเรียบและรับแรงดันไฟฟ้า+ 10V DC ที่เอาต์พุต

ในขั้นตอนต่อไปที่ตำแหน่ง 2 แรงดันไฟฟ้าคือ+ 10Vคุณสามารถตรวจสอบได้จากรูปที่ 1 ตอนนี้ในรอบถัดไปปรากฏการณ์เดียวกันนี้เกิดขึ้นอีกครั้งเราลงเอยด้วยเอาต์พุต+ 15Vที่ตำแหน่ง 4หลังจากการแก้ไขขั้นสุดท้ายเสร็จสิ้นด้วย ไดโอดและตัวเก็บประจุ

นี่คือวิธีการที่วงจรค่าใช้จ่ายเพิ่มเครื่องสูบน้ำทำงาน

ต่อไปเราจะดูว่าอินเวอร์เตอร์ปั๊มประจุหรือปั๊มประจุลบทำงานอย่างไร

อินเวอร์เตอร์ปั๊มชาร์จ

ปั๊มประจุแรงดันลบเป็นเรื่องยากที่จะอธิบาย แต่โปรดอยู่กับฉันและฉันจะอธิบายวิธีการทำงาน

ในรอบแรกที่ตำแหน่ง -0ของรูปที่ 3สัญญาณอินพุตคือ0Vและไม่มีอะไรเกิดขึ้น แต่ทันทีที่สัญญาณ PWM ถึง5Vที่ตำแหน่ง -0ตัวเก็บประจุจะเริ่มชาร์จผ่านไดโอดD1และในไม่ช้าก็จะ มี5Vที่ตำแหน่ง -1 และตอนนี้เรามีไดโอดที่อยู่ในสภาพส่งต่ออคติดังนั้นแรงดันไฟฟ้าจะกลายเป็น 0V ที่ตำแหน่ง -1 แทบจะในทันที ตอนนี้เมื่อสัญญาณ PWM อินพุตต่ำอีกครั้งแรงดันไฟฟ้าที่ตำแหน่ง -1 คือ 0V ในขณะนี้สัญญาณ PWM จะลบค่าและเราจะได้ -5V ที่ตำแหน่ง 1

และตอนนี้คลาสสิกไดโอด rectifier เดียวจะทำในงานของตนและแปลงสัญญาณชีพจรลงในเรียบสัญญาณ DC และเก็บแรงดันไฟฟ้าที่ประจุC2

ในขั้นตอนต่อไปของวงจรซึ่งคือตำแหน่ง -3 และตำแหน่ง -4 ปรากฏการณ์เดียวกันจะเกิดขึ้นพร้อมกันและเราจะได้รับ-10V DC ที่คงที่ที่เอาต์พุตของวงจร

และนี่คือวิธีที่วงจรสำหรับปั๊มประจุลบทำงานได้จริง

บันทึก! โปรดทราบว่าฉันไม่ได้พูดถึงตำแหน่ง 2 ณ จุดนี้เพราะอย่างที่คุณเห็นจากวงจรที่ตำแหน่ง 2 แรงดันไฟฟ้าจะเป็น-5V

ส่วนประกอบที่จำเป็น

• NE555 Timer IC - 2
• LM7805 IC ควบคุมแรงดันไฟฟ้า - 1
• ตัวเก็บประจุ 0.1 uF - 4
• 0.01uF ตัวเก็บประจุ - 2
• ตัวเก็บประจุ 4.7uF - 8
• 1N5819 Schottky Diode - 8
• ตัวต้านทาน 680 โอห์ม - 2
• ตัวต้านทาน 330 โอห์ม - 2
• แหล่งจ่ายไฟ DC 12V - 1
• ลวดเกจเดี่ยวทั่วไป - 18
• เขียงหั่นขนมทั่วไป - 1

แผนภาพ

วงจรสำหรับCharge Pump Booster:

วงจรสำหรับอินเวอร์เตอร์ปั๊มประจุ:

สำหรับการสาธิตวงจรถูกสร้างขึ้นบนเขียงหั่นขนมแบบไม่บัดกรีด้วยความช่วยเหลือของแผนผัง ส่วนประกอบทั้งหมดถูกจัดวางให้ใกล้เคียงและเป็นระเบียบมากที่สุดเพื่อลดเสียงรบกวนและการกระเพื่อมที่ไม่ต้องการ

การคำนวณ

จำเป็นต้องคำนวณความถี่ PWM และรอบการทำงานของ IC ตัวจับเวลา 555 ดังนั้นฉันจึงได้ดำเนินการต่อและคำนวณความถี่และรอบการทำงานของตัวจับเวลา 555 ตัวด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือคำนวณวงจร 555 Timer Astable Circuitนี้

สำหรับวงจรที่ใช้งานได้จริงฉันใช้ความถี่สูงพอสมควรที่10 kHzเพื่อลดการกระเพื่อมในวงจร แสดงด้านล่างเป็นการคำนวณ

ทดสอบการตั้งค่าสำหรับวงจรปั๊มประจุบวกและลบ

ในการทดสอบวงจรจะใช้เครื่องมือและการตั้งค่าต่อไปนี้

1. แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ 12V (SMPS)
2. Meco 108B + มัลติมิเตอร์
3. Meco 450B + มัลติมิเตอร์
4. Hantech 600BE USB PC Oscilloscope

ในการสร้างวงจรใช้ตัวต้านทานฟิล์มโลหะ 1% และไม่ได้พิจารณาความทนทานของตัวเก็บประจุ อุณหภูมิห้องอยู่ที่ 30 องศาเซลเซียสในระหว่างการทดสอบ

ที่นี่แรงดันไฟฟ้าอินพุตคือ 5V ฉันได้เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ 12V เข้ากับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า 5V 7805 ดังนั้นระบบทั้งหมดใช้พลังงาน + 5V DC

ภาพด้านบนแสดงให้เห็นว่าความถี่ของ IC จับเวลา 555 คือ 8KHz ซึ่งเป็นเพราะปัจจัยความทนทานของตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ

จากข้างต้นสองภาพที่คุณสามารถคำนวณรอบหน้าที่ของวงจรซึ่งเปิดออกมาเป็น63%ฉันได้ทำการวัดไว้ล่วงหน้าดังนั้นฉันจะไม่คำนวณอีกครั้ง

ถัดไปในภาพข้างต้นจะเห็นได้ว่าแรงดันขาออกลดลงไม่น้อยสำหรับทั้งทวีแรงดันไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าอินเวอร์เตอร์วงจรที่ผมได้เชื่อมต่อความเร็วในการโหลดของ9.1K

การไหลของกระแสผ่านตัวต้านทาน 9.1K สามารถคำนวณได้อย่างง่ายดายโดยกฎหมายโอห์มซึ่งเปิดออกมาเป็น1.21mAสำหรับวงจรไฟฟ้าแรงทวีและแรงดันไฟฟ้าอินเวอร์เตอร์วงจรมันเปิดออกมาเป็น0.64mA

ตอนนี้เพื่อความสนุกสนานมาดูกันว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราเชื่อมต่อตัวต้านทาน 1K เป็นโหลด และคุณจะเห็นวงจรแรงดันไฟฟ้าสองเท่าโดยที่มันไม่ได้อยู่ในสถานะที่จะใช้จ่ายไฟอะไรเลย

และการกระเพื่อมที่ขั้วเอาต์พุตเป็นปรากฏการณ์ และมันจะทำลายวันของคุณอย่างแน่นอนหากคุณพยายามเติมพลังด้วยแหล่งจ่ายไฟประเภทนี้

เพื่อความกระจ่างต่อไปนี้คือภาพระยะใกล้ของวงจร

การปรับปรุงเพิ่มเติม

1. วงจรสามารถแก้ไขเพิ่มเติมเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะสำหรับการใช้งานเฉพาะ
2. เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดียิ่งขึ้นสามารถสร้างวงจรในแผงวงจรไฟฟ้าหรือ PCB
3. สามารถเพิ่มโพเทนชิออมิเตอร์เพื่อปรับปรุงความถี่เอาต์พุตของวงจร 555
4. การกระเพื่อมสามารถลดลงได้โดยใช้ตัวเก็บประจุที่มีค่าสูงกว่าหรือเพียงแค่ใช้สัญญาณ PWM ที่มีความถี่สูงขึ้น
5. สามารถเพิ่ม LDO ลงในเอาต์พุตของวงจรเพื่อให้ได้แรงดันเอาต์พุตที่ค่อนข้างคงที่

การใช้งาน

วงจรนี้สามารถใช้กับแอพพลิเคชั่นต่างๆเช่น:

1. คุณสามารถขับ Op-Amp ด้วยวงจรนี้
2. LCD ยังสามารถขับเคลื่อนได้ด้วยความช่วยเหลือของวงจรนี้
3. ด้วยความช่วยเหลือของวงจรอินเวอร์เตอร์แรงดันไฟฟ้า Op-Amps พร้อมแหล่งจ่ายไฟแบบขั้วคู่
4. คุณยังสามารถขับวงจรปรีแอมป์ที่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ + 12V เพื่อให้เข้าสู่สภาวะการทำงานได้

ฉันหวังว่าคุณจะชอบบทความนี้และเรียนรู้สิ่งใหม่ ๆ จากบทความนี้ หากคุณมีข้อสงสัยคุณสามารถถามได้ในความคิดเห็นด้านล่างหรือสามารถใช้ฟอรัมของเราสำหรับการอภิปรายโดยละเอียด