Circuito pompa di carica positivo e negativo

In un articolo precedente, ti ho mostrato come puoi costruire il tuo circuito convertitore di tensione a condensatore commutato utilizzando il classico IC LMC7660 standard del settore. Ma spesso ci sono situazioni in cui non hai un IC specifico disponibile o il costo di un IC aggiuntivo sta rovinando l'armonia della tua BOM. Ed è qui che il nostro amato circuito integrato 555 viene in soccorso. Ecco perché ridurre il dolore di trovare un chip specifico per un'applicazione specifica e anche ridurre il costo della distinta base; useremo i nostri amati timer 555 per costruire, dimostrare e testare un circuito a pompa di carica positivo e uno negativo con un IC timer 555.

Cos'è un circuito della pompa di carica?

Una pompa di carica è un tipo di circuito costituito da diodi e condensatori configurando i diodi e i condensatori in una configurazione specifica per ottenere la tensione di uscita superiore alla tensione di ingresso o inferiore alla tensione di ingresso. Per minore intendo dire tensione negativa rispetto a massa. Inoltre, come ogni circuito, questo circuito presenta alcuni vantaggi e svantaggi di cui parleremo più avanti nell'articolo.

Per sapere come funziona il circuito, dobbiamo prima esaminare lo schema di entrambi, il booster della pompa di carica e il circuito dell'invertitore della pompa di carica.

Circuito booster della pompa di carica

Per capire meglio il circuito, supponiamo di utilizzare diodi e condensatori ideali per costruire il circuito mostrato nella Figura 1. Inoltre, supponiamo che il circuito abbia raggiunto uno stato stazionario e che i condensatori siano completamente carichi. Inoltre, non abbiamo alcun carico collegato a questo circuito con queste condizioni in mente il principio di funzionamento è descritto di seguito.

Con l'aiuto della Figura 1 e della Figura 2, spiegheremo come funziona un circuito a pompa di carica.

Supponiamo ora di aver collegato un segnale PWM da un generatore di segnale e il segnale oscilla entro 0-5V.

Quando il segnale PWM in ingresso nella posizione 0 è nello stato 0 V, la tensione nella posizione 1 è + 5 V o VCC. Quindi, ecco perché il condensatore è stato caricato fino a + 5V o VCC. E nel ciclo successivo, quando il segnale PWM passa da 0V a 5V, la tensione nella posizione 1 è ora + 10V. Se osservate la Figura 1. e la Figura 2. Potete osservare perché la tensione è raddoppiata.

È raddoppiato perché il riferimento al terminale del condensatore è stato setacciato e poiché la corrente non può fluire nella direzione inversa attraverso il diodo a causa dell'azione del diodo, quindi nella posizione 1 si finisce con un'onda quadra spostata che è al di sopra della tensione di polarizzazione o tensione di ingresso. Ora puoi capire l'effetto nella Figura 2, posizione 1 della forma d'onda.

Successivamente, il segnale viene inviato a un classico circuito raddrizzatore a diodo singolo per appianare l'onda quadra e ottenere una tensione di + 10 V CC in uscita.

Nella fase successiva nella posizione 2, la tensione è + 10 V, è possibile verificare che dalla Figura 1. Ora nel ciclo successivo, lo stesso fenomeno si verifica di nuovo, si finisce con un'uscita di + 15 V nella posizione 4 dopo che è stata eseguita la rettifica finale con il diodo e i condensatori.

Questo è come il circuito di spinta pompa di carica funziona .

Successivamente, vedremo come funziona un inverter con pompa di carica o una pompa di carica negativa.

Inverter pompa di carica

La pompa di carica a tensione negativa è un po 'complicata da spiegare, ma rimani con me e ti spiegherò come funziona.

Nel primo ciclo nella posizione 0 della Figura 3, il segnale di ingresso è 0 V e non accade nulla, ma non appena il segnale PWM raggiunge 5 V nella posizione 0, i condensatori iniziano a caricarsi attraverso il diodo D1 e presto lo farà avere 5 V nella posizione 1. E ora abbiamo un diodo che si trova in una condizione di polarizzazione diretta, quindi la tensione diventerà 0 V nella posizione 1 quasi istantaneamente. Ora, quando il segnale PWM in ingresso scende di nuovo, la tensione nella posizione 1 è 0V. In questo momento il segnale PWM sottrarrà il valore e otterremo -5V nella posizione 1.

E ora il classico raddrizzatore a diodo singolo farà il suo lavoro e convertirà il segnale a impulsi in un segnale DC regolare e immagazzinerà la tensione sul condensatore C2.

Nella fase successiva del circuito, che è la posizione 3 e la posizione 4, lo stesso fenomeno si verificherà simultaneamente e otterremo un costante -10 V CC all'uscita del circuito.

Ed è così che funziona effettivamente il circuito per una pompa di carica negativa.

Nota! Si prega di notare che non ho menzionato la posizione 2 a questo punto perché come puoi vedere dal circuito nella posizione 2 la tensione sarebbe -5V.

Componenti richiesti

• IC timer NE555 - 2
• IC regolatore di tensione LM7805 - 1
• Condensatore 0,1 uF - 4
• Condensatore 0,01 uF - 2
• Condensatore 4.7uF - 8
• Diodo Schottky 1N5819 - 8
• Resistore da 680 Ohm - 2
• Resistore da 330 Ohm - 2
• Alimentazione 12V DC - 1
• Cavo generico a calibro singolo - 18
• Breadboard generica - 1

Diagramma schematico

Circuito per il booster della pompa di carica:

Circuito per l' inverter della pompa di carica:

Per dimostrazione, il circuito è costruito su una breadboard senza saldatura con l'aiuto dello schema. Tutti i componenti sono posizionati il ​​più vicino e ordinato possibile per ridurre il rumore e l'ondulazione indesiderati.

Calcoli

La frequenza PWM e il ciclo di lavoro del timer IC 555 devono essere calcolati, quindi sono andato avanti e ho calcolato la frequenza e il ciclo di lavoro dei timer 555 con l'aiuto di questo strumento 555 Timer Astable Circuit Calculator.

Per il circuito pratico, ho usato una frequenza abbastanza alta di 10 kHz per ridurre il ripple nel circuito. Di seguito è mostrato il calcolo

Configurazione di prova per circuito pompa di carica positivo e negativo

Per testare il circuito, vengono utilizzati i seguenti strumenti e impostazioni,

1. Alimentatore Switch Mode 12V (SMPS)
2. Meco 108B + Multimetro
3. Meco 450B + Multimetro
4. Oscilloscopio per PC USB Hantech 600BE

Per costruire il circuito sono state utilizzate resistenze a film metallico all'1% e non è stata considerata la tolleranza dei condensatori. La temperatura della stanza era di 30 gradi Celsius durante il periodo del test.

Qui la tensione di ingresso è 5V, ho collegato la mia alimentazione 12V a un regolatore di tensione 7805 5V. Quindi il sistema totale è alimentato da + 5V DC.

L'immagine sopra mostra che la frequenza dell'IC del timer 555 è 8KHz, questo a causa dei fattori di tolleranza dei resistori e dei condensatori.

Dalle due immagini sopra è possibile calcolare il duty cycle del circuito che è risultato essere del 63%. L'ho misurato in anticipo, quindi non lo calcolerò di nuovo.

Successivamente, nell'immagine sopra, si può vedere che la tensione di uscita è scesa un po 'sia per il duplicatore di tensione che per il circuito dell'inverter di tensione poiché ho collegato un carico di 9.1K.

Il flusso di corrente attraverso il resistore 9.1K può essere facilmente calcolato dalla legge di ohm che si è rivelata essere 1,21 mA per il circuito duplicatore di tensione e il circuito inverter di tensione, risultando essere 0,64 mA.

Ora, solo per divertimento, vediamo cosa succede se colleghiamo un resistore da 1K come carico. E puoi vedere il circuito del duplicatore di tensione in cui non è in uno stato per essere utilizzato per alimentare qualsiasi cosa.

E l'ondulazione al terminale di uscita è fenomenale. e sicuramente ti rovinerà la giornata se provi ad alimentare qualcosa con questo tipo di alimentazione.

Per chiarimenti ecco alcuni dei primi piani del circuito.

Ulteriore miglioramento

1. Il circuito può essere ulteriormente modificato per soddisfare le esigenze specifiche di un'applicazione specifica.
2. Per produrre risultati migliori, il circuito può essere integrato in una scheda perfetta o PCB.
3. È possibile aggiungere un potenziometro per migliorare ulteriormente la frequenza di uscita dei circuiti 555
4. L'ondulazione può essere ridotta utilizzando un condensatore di valore superiore o semplicemente utilizzando un segnale PWM a frequenza più elevata.
5. È possibile aggiungere un LDO all'uscita del circuito per ottenere una tensione di uscita relativamente costante.

Applicazioni

Questo circuito può essere utilizzato per molte applicazioni diverse come:

1. Puoi pilotare un amplificatore operazionale con questo circuito
2. Un LCD può anche essere guidato con l'aiuto di questo circuito.
3. Con l'aiuto del circuito inverter di tensione Op-Amp con alimentazione a doppia polarità.
4. È inoltre possibile pilotare circuiti preamplificatori che richiedono alimentazione a + 12V per raggiungere una condizione operativa.

Spero che questo articolo ti sia piaciuto e che abbia imparato qualcosa di nuovo da esso. Se hai qualche dubbio, puoi chiedere nei commenti qui sotto o puoi usare i nostri forum per una discussione dettagliata.