Obvod čerpadla s kladným a záporným nábojem

V předchozím článku jsem vám ukázal, jak si můžete vytvořit svůj vlastní spínaný obvod převodníku napětí kondenzátoru pomocí klasického průmyslového standardu LMC7660 IC. Často však existují situace, kdy nemáte k dispozici konkrétní IC nebo náklady na další IC ničí harmonii vašeho kusovníku. A právě tady přichází na pomoc náš milovaný časovač IC 555. To je důvod, proč snížit bolest při hledání konkrétního čipu pro konkrétní aplikaci a také snížit náklady na kusovník; použijeme naše milované časovače 555 k sestavení, předvedení a testování obvodu čerpadla kladného a záporného náboje s časovačem IC 555.

Co je to obvod nabíjecího čerpadla?

Nabíjecí čerpadlo je typ obvodu, který je vyroben z diod a kondenzátorů konfigurací diod a kondenzátorů ve specifické konfiguraci tak, aby výstupní napětí bylo vyšší než vstupní napětí nebo nižší než vstupní napětí. Pod nižším mám na mysli negativní napětí vzhledem k zemi. Stejně jako každý okruh má i tento obvod některé výhody a nevýhody, o kterých si povíme dále v článku.

Abychom věděli, jak obvod funguje, musíme se nejprve podívat na schéma obou, obvodu posilovače nabíjení a invertoru nabíjení.

Obvod posilovače plnícího čerpadla

Abychom obvodu lépe porozuměli, předpokládejme, že k sestavení obvodu zobrazeného na obrázku 1 používáme ideální diody a kondenzátory. Také předpokládáme, že obvod dosáhl ustáleného stavu a kondenzátory jsou plně nabité. Kromě toho nemáme žádné zatížení připojené k tomuto obvodu s ohledem na tyto podmínky, pracovní princip je popsán níže.

S pomocí obr. 1 a obr. 2 vysvětlíme, jak funguje obvod nabíjecího čerpadla.

Nyní předpokládejme, že jsme připojili signál PWM z generátoru signálu a signál osciluje v rozmezí 0-5V.

Pokud je vstupní PWM signál na místě-0 je v 0V stavu, napětí na poloze-1 je + 5V nebo VCC. Proto je kondenzátor nabitý až na + 5 V nebo VCC. A v dalším cyklu, když se signál PWM přepne z 0V na 5V, je napětí v místě 1 nyní + 10V. Pokud sledujete obrázek 1. a obrázek 2. Můžete sledovat, proč se napětí zdvojnásobilo.

Zdvojnásobil se, protože reference na terminálu kondenzátoru byla prosetá a protože proud nemůže protékat opačným směrem přes diodu kvůli působení diody, tak v místě 1 skončíme s posunutou čtvercovou vlnou, která je nad předpětím nebo vstupním napětím. Nyní můžete pochopit účinek na obrázku 2, umístění 1 křivky.

Poté je signál přiváděn do klasického obvodu s jednou diodou usměrňovače, aby se vyhladilo obdélníkové vlnění a na výstupu bylo napětí + 10 V DC.

V další fázi v Umístění 2 je napětí + 10 V, můžete ověřit, že z obrázku 1. Nyní se v dalším cyklu stane stejný jev znovu, skončíme s výstupem + 15 V v místě 4 po provedení konečné nápravy dioda a kondenzátory.

Takto funguje obvod pro zvýšení nabíjecího čerpadla .

Dále uvidíme, jak funguje invertor nabíjecího čerpadla nebo čerpadlo záporného náboje.

Střídač plnicího čerpadla

Záporné napětí nabíjecího čerpadla je trochu obtížné vysvětlit, ale zůstaňte se mnou a já vysvětlím, jak to funguje.

V prvním cyklu v poloze 0 na obrázku 3 je vstupní signál 0 V a nic se neděje, ale jakmile signál PWM dosáhne 5 V v místě 0, kondenzátory se začnou nabíjet přes diodu D1 a brzy to bude mít 5V na místě-1. A teď máme diodu, která je ve stavu dopředného zkreslení, takže napětí se téměř okamžitě stane 0V v místě-1. Nyní, když vstupní signál PWM opět poklesne, je napětí v místě-1 0V. V tuto chvíli signál PWM odečte hodnotu a na místě 1 dostaneme -5V.

A nyní klasický jednodiodový usměrňovač udělá svou práci a převede pulzní signál na hladký stejnosměrný signál a uloží napětí na kondenzátoru C2.

V další fázi obvodu, což je umístění-3 a umístění-4, dojde ke stejnému jevu současně a na výstupu obvodu dostaneme stálý -10V DC.

A tak vlastně funguje obvod pro čerpadlo se záporným nábojem.

Poznámka! Vezměte prosím na vědomí, že jsem v tomto okamžiku nezmínil umístění 2, protože jak vidíte z obvodu v místě 2, napětí by bylo -5V.

Požadované komponenty

• Časovač IC NE555 - 2
• Integrovaný obvod regulátoru napětí LM7805 - 1
• Kondenzátor 0,1 uF - 4
• Kondenzátor 0,01 uF - 2
• Kondenzátor 4,7uF - 8
• 1N5819 Schottkyho dioda - 8
• Rezistor 680 Ohm - 2
• Rezistor 330 Ohm - 2
• Napájení 12V DC - 1
• Generic Single Guage Wire - 18
• Obecná prkénka - 1

Schematický diagram

Obvod pro posilovač plnicího čerpadla:

Obvod střídače nabíjecího čerpadla:

Pro demonstraci je obvod postaven na nepájeném nepájivém poli pomocí schématu. Všechny komponenty jsou umístěny co nejblíže a co nejpřísněji, aby se snížil nežádoucí hluk a zvlnění.

Výpočty

Je třeba vypočítat frekvenci PWM a pracovní cyklus časovače 555 IC, takže jsem šel dopředu a vypočítal frekvenci a pracovní cyklus časovačů 555 pomocí tohoto nástroje 555 Timer Astable Circuit Calculator.

Pro praktický obvod jsem použil poměrně vysokou frekvenci 10 kHz, abych snížil zvlnění v obvodu. Níže je uveden výpočet

Otestujte nastavení obvodu čerpadla kladného a záporného náboje

K testování obvodu se používají následující nástroje a nastavení,

1. 12V spínaný napájecí zdroj (SMPS)
2. Multimetr Meco 108B +
3. Multimetr Meco 450B +
4. USB osciloskop Hantech 600BE

Pro konstrukci obvodu byly použity 1% kovové filmové rezistory a nebyla zohledněna tolerance kondenzátorů. Teplota v místnosti byla v době testování 30 stupňů Celsia.

Zde je vstupní napětí 5V, připojil jsem svůj 12V zdroj k regulátoru napětí 5V 7805. Celý systém je tedy napájen + 5 V ss.

Výše uvedený obrázek ukazuje, že frekvence 555 časovače IC je 8KHz, je to kvůli tolerančním faktorům rezistorů a kondenzátorů.

Z výše uvedených dvou obrázků můžete vypočítat pracovní cyklus obvodu, který se ukázal být 63%. Měřil jsem to předem, takže to nebudu znovu počítat.

Dále na výše uvedeném obrázku je vidět, že výstupní napětí docela pokleslo jak pro obvod zdvojovače napětí, tak pro měnič napětí, protože jsem připojil zátěž 9,1K.

Tok proudu přes odpor 9,1 K lze snadno vypočítat zákonem ohmů, který se ukázal jako 1,21 mA pro obvod zdvojovače napětí a obvod měniče napětí, ukázalo se, že je 0,64 mA.

Nyní jen pro zábavu, podívejme se, co se stane, když připojíme 1K rezistor jako zátěž. A můžete vidět obvod zdvojovače napětí, kde není ve stavu, který by byl použit k napájení čehokoli.

A zvlnění na výstupním terminálu je fenomenální. a určitě vám zničí den, pokud se pokusíte napájet cokoli pomocí tohoto druhu napájení.

Pro objasnění zde uvádíme některé detailní záběry okruhu.

Další vylepšení

1. Obvod lze dále upravit tak, aby splňoval konkrétní potřebu konkrétní aplikace.
2. Pro dosažení lepších výsledků může být obvod zabudován do perfboardu nebo PCB.
3. K dalšímu zlepšení výstupní frekvence 555 obvodů lze přidat potenciometr
4. Zvlnění lze snížit použitím kondenzátoru s vyšší hodnotou nebo pouhým použitím signálu PWM s vyšší frekvencí.
5. K výstupu obvodu lze přidat LDO, aby se získalo relativně konstantní výstupní napětí.

Aplikace

Tento obvod lze použít pro mnoho různých aplikací, jako jsou:

1. S tímto obvodem můžete řídit operační zesilovač
2. Pomocí tohoto obvodu lze také ovládat LCD.
3. Pomocí obvodu měniče napětí Op-Amps s napájením s dvojitou polaritou.
4. Můžete také řídit obvody předzesilovače, které vyžadují napájení + 12V, aby se dostali do provozního stavu.

Doufám, že se vám tento článek líbil a dozvěděli jste se z něj něco nového. Máte-li jakékoli pochybnosti, můžete se zeptat v níže uvedených komentářích nebo můžete použít naše fóra pro podrobnou diskusi.