Litar pam pengecas

Situasinya mudah - anda mempunyai rel bekalan voltan rendah, katakan 3.3V, dan anda ingin menghidupkan sesuatu yang memerlukan 5V. Ini adalah panggilan yang sukar, terutamanya jika bateri terlibat. Satu-satunya cara yang jelas adalah penukar mod suis, lebih khusus penukar penguat.

Di sinilah kita mengalami sekatan jalan - penukar penguat tidak cekap pada daya rendah, kerana banyak tenaga yang digunakan hanya untuk menjaga peraturan tetap tepat dan mendorong suis daya. Juga, penukar mod suis jenis ini tidak bising - ini adalah masalah jika anda berhadapan dengan litar sensitif. Anda berada dalam kedudukan yang tidak selesa dengan penyelesaian yang terlalu direkayasa. Pengatur linier tidak berfungsi secara terbalik, jadi itu dikesampingkan sebagai kurang direkayasa.

Oleh itu, di mana kita menarik garis antara mesin yang terlalu banyak dan yang kurang direkayasa?

Jawapan untuk masalah ini adalah Charge Pump - yang dengan sendirinya adalah sejenis bekalan kuasa mod suis. Seperti namanya, penukar jenis ini menggerakkan caj diskrit dan komponen yang menyimpan caj diskrit ini adalah kapasitor, jadi penukar jenis ini juga disebut Flying Capacitor Converter.

Pam pengecas menghasilkan gandaan voltan masukan yang diskrit menggunakan kapasitor.

Bagaimana Pam Pengecas Berfungsi?

Cara terbaik untuk memahami ini adalah dengan membayangkan keadaan berikut.

Anda mengecas kapasitor menggunakan bateri 9V, jadi voltan merentas kapasitor juga 9V. Kemudian anda mengambil kapasitor lain dan mengecasnya hingga 9V juga. Sekarang sambungkan dua kapasitor secara bersiri, dan ukur voltan yang melintanginya - 18V.

Ini adalah prinsip asas pengoperasian pam pengecas - ambil dua kapasitor, isi secara berasingan dan kemudian pasang secara bersiri, walaupun dalam pam cas sebenar penyusunan semula dilakukan secara elektronik.

Sudah tentu ini tidak terbatas hanya pada dua kapasitor, tahap berturut-turut dapat dilancarkan untuk mendapatkan voltan yang lebih tinggi pada output.

Had Pam Caj

Sebelum kita membuatnya, adalah idea yang baik untuk mengetahui had pam pengecasan.

1. Arus keluaran yang tersedia - kerana pam pengecas tidak lain adalah kapasitor yang dicas dan dikeluarkan dalam kitaran, arus yang tersedia sangat rendah - ada kes yang jarang berlaku di mana menggunakan cip yang betul dapat memberi anda 100mA, tetapi dengan kecekapan rendah.

2. Semakin banyak tahap yang anda tambahkan tidak bermaksud bahawa output voltan meningkat berkali-kali - setiap tahap memuatkan output dari tahap sebelumnya, jadi outputnya bukanlah gandaan input yang sempurna. Masalah ini semakin teruk semakin banyak peringkat yang anda tambahkan.

Membina Litar Pam Cas

Litar yang ditunjukkan di sini adalah untuk pam pengecas tiga peringkat sederhana yang menggunakan IC pemasa malar hijau 555. Dalam arti tertentu, litar ini bersifat 'modular' - tahap dapat dilancarkan untuk meningkatkan voltan keluaran (dengan mempertimbangkan batasan nombor dua).

Komponen Diperlukan

1. Untuk Pengayun 555

• Pemasa 555 - varian bipolar
• Kapasitor elektrolitik 10uF (pemutusan)
• Kapasitor seramik 2x 100nF (decoupling)
• Kapasitor seramik 100pF (pemasaan)
• Perintang 1K (pemasaan)
• Perintang 10K (pemasaan)

2. Untuk Pam Caj

• 6x IN4148 dioda (UF4007 juga disyorkan)
• Kapasitor elektrolit 5x 10uF
• Kapasitor elektrolitik 100uF

Perkara penting yang perlu diperhatikan adalah bahawa semua kapasitor yang digunakan dalam pam pengecas mesti dinilai untuk beberapa volt lebih tinggi daripada voltan keluaran yang diharapkan.

Rajah Litar

Beginilah rupanya di papan roti:

Huraian Litar Pam Cas

1. Pemasa 555

Litar yang ditunjukkan di sini adalah pengayun 555 pemasa yang mudah. Komponen masa menghasilkan frekuensi sekitar 500kHz (yang untuk bipolar 555 adalah prestasi itu sendiri). Frekuensi tinggi ini memastikan bahawa kapasitor pada pam pengecas 'disegarkan' secara berkala sehingga voltan pada output tidak terlalu banyak riak.

2. Pam Pengecas

Ini adalah bahagian yang paling menakutkan dari keseluruhan litar. Seperti kebanyakan perkara lain, ia dapat difahami dengan memecahnya menjadi satu unit:

Mari kita anggap bahawa pin 3, output pemasa 555, rendah semasa permulaan. Ini mengakibatkan kapasitor mengisi melalui dioda kerana terminal negatif kini dibumikan. Apabila output menjadi tinggi, pin negatif juga tinggi - tetapi kerana sudah ada cas pada kapasitor (yang tidak dapat pergi ke mana-mana kerana dioda) voltan yang dilihat pada terminal positif kapasitor secara efektif menggandakan voltan input.

Inilah terminal positif kapasitor:

Hasil akhirnya adalah dengan berkesan anda menambahkan offset V _CC pada output pemasa 555.

Sekarang voltan ini secara langsung sebagai output tidak berguna, kerana terdapat riak 50% yang besar. Untuk menyelesaikannya, kami menambahkan alat pengesan puncak seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah:

Ini adalah output litar di atas:

Dan kami berjaya menggandakan output voltan!

Petua Pembinaan Litar

Bipolar 555 terkenal dengan lonjakan bekalan yang dihasilkannya pada rel bekalan, kerana tahap push-pull output hampir memendekkan bekalan semasa peralihan. Oleh itu, pencabutan adalah wajib.

Saya akan mengambil jalan memutar cepat untuk memberitahu anda sesuatu mengenai penyahpasangan yang betul.

Inilah pin V _CC pengayun tanpa penyahpasangan:

Dan inilah pin yang sama dengan pemutusan yang betul:

Anda dapat melihat dengan jelas perbezaan yang dibuat oleh beberapa penyahpasangan.

Kapasitor SMD seramik induktansi rendah disyorkan untuk tahap pam pengecasan. Diod Schottky dengan penurunan voltan ke hadapan yang rendah juga meningkatkan prestasi.

Menggunakan CMOS 555 dengan tahap output yang betul (bahkan mungkin pemandu gerbang seperti TC4420) dapat mengurangkan (tetapi tidak menghilangkan) lonjakan bekalan.

Variasi Pam Cas

Pam pengisian tidak hanya meningkatkan voltan, tetapi juga dapat digunakan untuk membalikkan kekutuban voltan.

Litar ini berfungsi dengan cara yang sama seperti penggandaan voltan - apabila output 555 naik tinggi, topi mengecas, dan apabila output naik cas ditarik melalui kapasitor kedua ke arah terbalik, mewujudkan voltan negatif pada output.

Di mana saya menggunakan Charge Pump?

• Bekalan bipolariti untuk op-amp dalam litar di mana hanya voltan tunggal yang ada. Op-amp tidak banyak menggunakan arus jadi ini sangat sesuai. Perkara yang baik adalah bahawa penyongsang dan penggandaan boleh didorong dari output yang sama, mewujudkan, katakanlah, bekalan ± 12V dari bekalan 5V.
• Pemacu gerbang - bootstrapping adalah pilihan tetapi pam pengecas berpotensi menghasilkan voltan yang lebih tinggi, katakanlah, mempunyai pemacu gerbang 12V dari bekalan 3.3V. Bootstrapping tidak akan memberi anda lebih daripada 7V dalam kes ini.

Oleh itu, pam Charge adalah peranti mudah dan cekap yang digunakan untuk membuat gandaan voltan input yang berbeza.