Şarj pompası devresi

Durum basit - düşük voltajlı bir besleme rayınız var, mesela 3,3V ve 5V gerektiren bir şeye güç vermek istiyorsunuz. Bu zor bir çağrı, özellikle de piller söz konusuysa. Tek görünen yol, bir anahtar modu dönüştürücü, daha özel olarak bir artırıcı dönüştürücüdür.

Burada bir barikatla karşılaşıyoruz - boost dönüştürücüler düşük güçlerde verimsizdir, çünkü sadece düzenlemeyi yerinde tutmak ve güç düğmesini çalıştırmak için çok fazla enerji tüketilir. Ayrıca, bu türden anahtar modu dönüştürücüleri gürültülüdür - hassas devrelerle uğraşıyorsanız bu bir sorundur. Aşırı mühendislik ürünü bir çözümün rahatsız edici konumundasınız. Doğrusal regülatörler ters yönde çalışmaz, bu nedenle mühendislik harikası olduğu göz ardı edilir.

Öyleyse, aşırı mühendislik ile az mühendislik arasındaki sınırı nereye çekebiliriz?

Bu sorunun cevabı, kendi başına bir tür anahtar modlu güç kaynağı olan Şarj Pompasıdır. Adından da anlaşılacağı gibi, bu tür bir dönüştürücü, etrafındaki ayrı yükleri hareket ettirir ve bu ayrı yükleri depolayan bileşen kapasitördür, bu nedenle bu tür dönüştürücü, Uçan Kapasitör Dönüştürücü olarak da adlandırılır.

Bir şarj pompası, kapasitörleri kullanarak giriş voltajının ayrık katlarını oluşturur.

Şarj Pompası Nasıl Çalışır?

Bunu anlamanın en iyi yolu aşağıdaki durumu hayal etmektir.

9V'luk bir pil kullanarak bir kapasitör şarj edersiniz, bu nedenle kapasitördeki voltaj da 9V'dur. Sonra başka bir kondansatör alıp 9V'a kadar şarj edersiniz. Şimdi iki kondansatörü seri olarak bağlayın ve aralarındaki voltajı ölçün - 18V.

Bu, şarj pompasının temel çalışma prensibidir - iki kondansatör alın, bunları ayrı ayrı şarj edin ve ardından bunları seri hale getirin, ancak gerçek bir şarj pompasında yeniden düzenleme elektronik olarak yapılır.

Elbette bu sadece iki kapasitörle sınırlı değildir, çıkışta daha yüksek voltajlar elde etmek için ardışık aşamalar kademelendirilebilir.

Şarj Pompalarının Sınırlamaları

Bir tane oluşturmadan önce, şarj pompalarının sınırlamalarını öğrenmek iyi bir fikirdir.

1. Mevcut çıkış akımı - şarj pompaları, döngülerde şarj edilen ve boşaltılan kapasitörlerden başka bir şey olmadığından, mevcut akım çok düşüktür - doğru çipi kullanmanın size 100mA verebileceği nadir durumlar vardır, ancak düşük verimlilikle.

2. Eklediğiniz daha fazla aşama, voltaj çıkışının birçok kez arttığı anlamına gelmez - her aşama önceki aşamanın çıkışını yükler, bu nedenle çıkış, girişin mükemmel bir katı olmaz. Bu sorun, eklediğiniz aşamalar arttıkça daha da kötüleşir.

Şarj Pompası Devresi Oluşturma

Burada gösterilen devre, dökmeyen 555 zamanlayıcı IC kullanan basit bir üç aşamalı şarj pompası içindir. Bir anlamda, bu devre 'modülerdir' - aşamalar, çıkış voltajını artırmak için kademeli olabilir (iki numaralı sınırlama akılda tutularak).

Gerekli Bileşenler

1. 555 Osilatör için

• 555 zamanlayıcı - bipolar varyant
• 10 uF elektrolitik kondansatör (dekuplaj)
• 2x 100nF seramik kondansatör (dekuplaj)
• 100pF seramik kondansatör (zamanlama)
• 1K direnç (zamanlama)
• 10K direnç (zamanlama)

2. Şarj Pompası için

• 6x IN4148 diyotlar (UF4007 de önerilir)
• 5x 10 uF elektrolitik kapasitörler
• 100 uF elektrolitik kondansatör

Unutulmaması gereken önemli bir nokta, şarj pompasında kullanılan tüm kapasitörlerin beklenen çıkış voltajından birkaç volt daha yüksek olması gerektiğidir.

Devre şeması

Breadboard'da şöyle görünüyor:

Şarj Pompası Devresi Açıklaması

1. 555 Zamanlayıcı

Burada gösterilen devre, basit bir 555 zamanlayıcı kararsız osilatördür. Zamanlama bileşenleri, yaklaşık 500 kHz'lik bir frekansla sonuçlanır (bu, iki kutuplu bir 555 için başlı başına bir başarıdır). Bu yüksek frekans, çıkıştaki voltajın çok fazla dalgalanması olmaması için şarj pompasındaki kapasitörlerin periyodik olarak 'yenilenmesini' sağlar.

2. Şarj Pompası

Bu, tüm devrenin en korkutucu kısmı. Diğer birçok şey gibi, onu tek bir birime bölerek anlaşılabilir:

555 timer'ın çıkışı olan pin 3'ün başlatma sırasında düşük olduğunu varsayalım. Negatif terminal artık topraklandığı için bu, kapasitörün diyot üzerinden şarj olmasına neden olur. Çıkış yükseldiğinde, negatif pin de yükselir - ancak kondansatörde zaten bir yük olduğundan (diyot nedeniyle hiçbir yere gidemez), kondansatörün pozitif terminalinde görülen voltaj etkili bir şekilde giriş voltajını iki katına çıkarır..

İşte kapasitörün pozitif terminali:

Nihai sonuç, 555 zamanlayıcının çıkışına etkili bir şekilde bir V _CC ofseti eklemenizdir.

Şimdi bu voltaj doğrudan bir çıkış olarak işe yaramaz, çünkü% 50'lik devasa bir dalgalanma var. Bunu çözmek için aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir tepe detektörü ekliyoruz:

Bu, yukarıdaki devrenin çıkışıdır:

Ve voltaj çıkışını başarıyla ikiye katladık!

Devre Yapım İpuçları

Bipolar 555, çıkış itme-çekme aşaması geçişler sırasında beslemeyi neredeyse kısalttığı için besleme rayı üzerinde oluşturduğu besleme artışlarıyla bilinir. Bu nedenle, ayrıştırma zorunludur.

Doğru ayrıştırmayla ilgili bir şey söylemek için hızlı bir yoldan geçeceğim.

İşte osilatörün herhangi bir dekuplaj olmadan V _CC pini:

Ve işte uygun ayırma ile aynı pim:

Biraz ayrılmanın yarattığı farkı açıkça görebilirsiniz.

Şarj pompası kademesi için düşük endüktanslı seramik SMD kapasitörler önerilir. Düşük ileri voltaj düşüşüne sahip Schottky diyotları da performansı artırır.

Uygun bir çıktı aşamasına sahip bir CMOS 555 kullanmak (belki TC4420 gibi bir kapı sürücüsü bile) arz artışlarını azaltabilir (ancak ortadan kaldıramaz).

Şarj Pompası Varyasyonları

Şarj pompaları yalnızca voltajı artırmakla kalmaz, aynı zamanda voltaj polaritesini ters çevirmek için de kullanılabilir.

Bu devre voltaj katlayıcı ile aynı şekilde çalışır - 555 çıkışı yükseldiğinde, kapak şarj olur ve çıkış düşük olduğunda, ikinci kondansatörden ters yönde çekilerek çıkışta negatif bir voltaj oluşturulur.

Şarj Pompasını nerede kullanırım?

• Yalnızca tek bir voltajın mevcut olduğu bir devrede op-amp'ler için bipolarite kaynağı. Op-amp'ler çok fazla akım tüketmez, bu yüzden bu mükemmel bir uyumdur. Bununla ilgili güzel olan şey, bir invertör ve bir çiftleyicinin aynı çıkıştan çalıştırılabilmesidir, diyelim ki 5V'luk bir beslemeden ± 12V besleme oluşturabilir.
• Kapı sürücüleri - önyükleme bir seçenektir, ancak bir şarj pompası, daha yüksek voltaj üretme potansiyeline sahiptir, örneğin, 3.3V'luk bir beslemeden 12V geçit sürücüsü olması gibi. Önyükleme, bu durumda size 7V'den fazlasını vermez.

Bu yüzden Şarj pompaları, giriş voltajının ayrık katlarını oluşturmak için kullanılan basit ve verimli cihazlardır.