מעגל משאבת טעינה

המצב פשוט - יש לך מסילת אספקה ​​במתח נמוך, נניח 3.3 וולט, ואתה רוצה להניע משהו שצריך 5 וולט. זו שיחה קשה, במיוחד אם מדובר בסוללות. הדרך היחידה לכאורה היא ממיר מצב מתג, ליתר דיוק ממיר דחיפה.

זה המקום בו אנו פוגעים במחסום - ממירי הדחיפה אינם יעילים בהספקים נמוכים, שכן נצרכת אנרגיה רבה רק לשם שמירה על הרגולציה בנקודה והנעת מתג ההפעלה. כמו כן, ממירי מצב מתג מסוג זה רועשים - זו בעיה אם אתה מתמודד עם מעגלים רגישים. אתה במצב לא נוח של פיתרון מהונדס יתר על המידה. הרגולטורים הליניאריים אינם פועלים לאחור, ולכן זה נשלל כלא מהונדס.

אז איפה נמתח את הגבול בין מהנדס יתר לתת-מהונדס?

התשובה לבעיה זו היא משאבת הטעינה - שהיא כשלעצמה סוג של ספק כוח במצב מתג. כפי שהשם מרמז, ממיר מסוג זה מעביר מטענים בדידים והרכיב המאחסן מטענים בדידים אלו הוא הקבל, ולכן ממיר מסוג זה נקרא גם ממיר קבלים מעופפים.

משאבת טעינה יוצרת מכפילים נפרדים של מתח הכניסה באמצעות קבלים.

כיצד פועלת משאבת טעינה?

הדרך הטובה ביותר להבין זאת היא לדמיין את המצב הבא.

אתה טוען קבלים באמצעות סוללה 9V, כך שהמתח על פני הקבל הוא גם 9V. ואז אתה לוקח קבל אחר ומטעין אותו גם עד 9 וולט. כעת חבר את שני הקבלים בסדרה, ומדוד את המתח עליהם - 18V.

זהו עקרון הפעולה הבסיסי של משאבת הטעינה - קח שני קבלים, טען אותם בנפרד ואז שים אותם בסדרה, אם כי במשאבת טעינה אמיתית הסידור מחדש מתבצע באופן אלקטרוני.

כמובן שזה לא מוגבל לשני קבלים בלבד, ניתן לשלוט בשלבים עוקבים כדי להשיג מתח גבוה יותר בפלט.

מגבלות משאבות טעינה

לפני שאנחנו בונים אחת, כדאי להכיר את המגבלות של משאבות הטענה.

1. זרם יציאה זמין - מכיוון שמשאבות טעינה אינן אלא קבלים שטעונים ומשוחררים במחזורים, הזרם הזמין נמוך מאוד - ישנם מקרים נדירים שבהם השימוש בשבב הנכון יכול להביא לכם 100mA, אך ביעילות נמוכה.

2. ככל שמוסיפים יותר שלבים לא אומר שפלט המתח גדל פעמים רבות - כל שלב טוען את הפלט של השלב הקודם, כך שהפלט אינו מכפיל מושלם של הקלט. בעיה זו מחמירה ככל שמוסיפים יותר שלבים.

בניית מעגל משאבת מטען

המעגל המוצג כאן מיועד למשאבת טעינה פשוטה בת שלושה שלבים המשתמשת ב- IC טיימר 555 ירוק-עד. במובן מסוים, מעגל זה הוא 'מודולרי' - ניתן לדרגות שלבים כדי להגביר את מתח המוצא (עם הגבלה מספר שתיים בראש).

רכיבים נדרשים

1. למתנד 555

• טיימר 555 - גרסה דו קוטבית
• קבל אלקטרוליטי 10uF (ניתוק)
• קבלים קרמיים 2x 100nF (ניתוק)
• קבלים קרמיים 100pF (תזמון)
• נגד 1K (תזמון)
• נגד 10K (תזמון)

2. למשאבת הטעינה

• 6 דיודות IN4148 (מומלץ גם UF4007)
• קבלים אלקטרוליטיים 5x 10uF
• קבל אלקטרוליטי 100uF

דבר חשוב לציין הוא כי כל הקבלים המשמשים במשאבת הטעינה חייבים להיות מדורגים בכמה וולט יותר ממתח המוצא הצפוי.

תרשים מעגל

כך זה נראה על קרש הלחם:

תיאור מעגל משאבת מטען

1. טיימר 555

המעגל המוצג כאן הוא מתנד פשוט 555 טיימר. רכיבי התזמון גורמים לתדר של סביב 500 קילוהרץ (שעבור 555 דו קוטבית הוא הישג בפני עצמו). תדר גבוה זה מבטיח כי הקבלים במשאבת הטעינה 'מתרעננים' מעת לעת, כך שלמתח על הפלט אין יותר מדי אדוות.

2. משאבת הטעינה

זה החלק הכי מאיים בכל המעגל. כמו רוב הדברים ניתן להבין זאת על ידי פירוק ליחידה אחת:

נניח שסיכה 3, הפלט של טיימר 555, נמוכה במהלך ההפעלה. התוצאה היא שהקבל נטען דרך הדיודה מכיוון שהמסוף השלילי מקורקע כעת. כאשר הפלט עולה גבוה, גם הפין השלילי עולה גבוה - אך מכיוון שכבר יש מטען על הקבל (שאינו יכול ללכת לשום מקום בגלל הדיודה) המתח שנראה במסוף החיובי של הקבל הוא למעשה כפול מתח הכניסה.

הנה המסוף החיובי של הקבל:

התוצאה הסופית היא שאתה מוסיף למעשה קיזוז של V _CC לפלט טיימר 555.

עכשיו המתח הזה ישירות כתפוקה הוא חסר תועלת, מכיוון שיש אדווה אדירה של 50%. כדי לפתור זאת, אנו מוסיפים גלאי שיא כפי שמוצג באיור להלן:

זו הפלט של המעגל הנ"ל:

והכפלנו בהצלחה את תפוקת המתח!

טיפים לבניית מעגלים

555 הדו קוטבי ידוע בזוויות האספקה ​​שהוא מייצר על מסילת האספקה, שכן שלב הדחיפה-משיכה הפלט כמעט קצר מההיצע במהלך מעברים. אז ניתוק חובה.

אני אעבור סיבוב מהיר כדי לספר לך משהו על ניתוק נכון.

הנה סיכת V _CC של המתנד ללא ניתוק כלשהו:

והנה אותה סיכה עם ניתוק ראוי:

אתה יכול לראות בבירור את ההבדל שעושה מעט ניתוק.

קבלים SMD קרמיים עם אינדוקציה נמוכה מומלצים לשלב משאבת הטעינה. דיודות שוטקי עם ירידת מתח קדימה נמוכה משפרות גם את הביצועים.

שימוש ב- CMOS 555 עם שלב פלט תקין (אולי אפילו נהג שער כמו TC4420) יכול להפחית (אך לא לבטל) את קוצי האספקה.

וריאציות משאבת מטען

משאבות טעינה לא רק מגבירות את המתח, אלא באמצעותן ניתן להפוך את קוטביות המתח.

מעגל זה פועל באותה צורה כמו מכפיל המתח - כאשר תפוקת 555 גבוהה, מכסה הטעינה עולה, וכאשר התפוקה עוברת טעינה נמוכה נמשכת דרך הקבל השני בכיוון ההפוך, ויוצרת מתח שלילי בפלט.

היכן אני משתמש במשאבת טעינה?

• אספקת דו-קוטביות למגברים אופטיים במעגל שבו זמין מתח בודד בלבד. מגברים אופ -יים אינם צורכים זרם רב ולכן זו התאמה מושלמת. הדבר היפה בכך הוא שניתן להניע מהפך ומכפיל מאותה פלט, ויוצר, למשל, אספקה ​​של 12 וולט מהספק של 5 וולט.
• כונני שער - אפשרות לאתחול היא אפשרות אך למשאבת טעינה יש פוטנציאל לייצר מתח גבוה יותר, למשל, בעל כונן שער 12 וולט מהספק 3.3 וולט. Bootstrapping לא יתן לך יותר מ -7 וולט במקרה זה.

אז משאבות טעינה הן מכשירים פשוטים ויעילים המשמשים ליצירת מכפילים נפרדים של מתח הכניסה.