이전 기사에서 고전적인 산업 표준 LMC7660 IC를 사용하여 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로를 구축하는 방법을 보여 드렸습니다. 그러나 사용 가능한 특정 IC가 없거나 추가 IC 비용이 BOM의 조화를 망치는 상황이 종종 있습니다. 그리고 이것이 우리의 사랑하는 555 타이머 IC가 구출되는 곳입니다. 그렇기 때문에 특정 애플리케이션을위한 특정 칩을 찾는 데 따르는 어려움을 줄이고 BOM 비용을 절감해야합니다. 우리는 사랑하는 555 타이머를 사용 하여 555 타이머 IC가 있는 양 및 음 전하 펌프 회로 를 구축, 시연 및 테스트 할 것 입니다.
차지 펌프 회로 란 무엇입니까?
차지 펌프는 특정 구성에서 다이오드와 커패시터를 구성하여 입력 전압보다 높거나 입력 전압보다 낮은 출력 전압을 얻도록 구성하여 다이오드와 커패시터로 구성된 회로 유형입니다. 더 낮게 말하면 접지에 대한 음의 전압을 의미합니다. 또한 모든 회로와 마찬가지로이 회로에는이 기사의 뒷부분에서 설명 할 몇 가지 장점과 단점이 있습니다.
회로가 어떻게 작동하는지 알아 보려면 먼저 차지 펌프 부스터 와 차지 펌프 인버터 회로 의 회로도를 살펴 봐야합니다.
차지 펌프 부스터 회로
회로를 더 잘 이해하기 위해 이상적인 다이오드와 커패시터를 사용하여 그림 -1에 표시된 회로를 구축한다고 가정 해 보겠습니다. 또한 회로가 정상 상태에 도달하고 커패시터가 완전히 충전되었다고 가정합니다. 또한 아래에 설명 된 작동 원리를 염두에두고 이러한 조건을 고려하여이 회로에 연결된 부하가 없습니다.
그림 1과 그림 2의 도움으로 차지 펌프 회로가 어떻게 작동하는지 설명하겠습니다.
이제 신호 발생기의 PWM 신호를 연결했고 신호가 0-5V 내에서 진동한다고 가정 해 보겠습니다.
위치 0 의 입력 PWM 신호 가 0V 상태 일 때 위치 1 의 전압 은 + 5V 또는 VCC입니다. 그래서 커패시터가 최대 + 5V 또는 VCC 까지 충전되었습니다 . 다음주기에서 PWM 신호가 0V에서 5V로 전환 될 때 위치 1의 전압은 이제 + 10V입니다. 그림 1과 그림 2를 보면 전압이 두 배가 된 이유를 알 수 있습니다.
커패시터 단자의 기준이 체로 쳐졌고 전류가 다이오드 동작으로 인해 다이오드를 통해 역방향으로 흐를 수 없기 때문에 두 배가 되었기 때문에 위치 1 에서 바이어스 전압 또는 입력 전압보다 높은 이동 된 구형파로 끝납니다.. 이제 그림 2, 파형의 위치 1에서 효과를 이해할 수 있습니다.
그 후 신호는 구형 단일 다이오드 정류기 회로 에 공급되어 구형파를 평활화 하고 출력에서 + 10V DC 전압을 얻습니다.
위치 2의 다음 단계에서 전압은 + 10V 입니다. 그림 1에서 확인할 수 있습니다. 이제 다음 사이클에서 동일한 현상이 다시 발생 하여 최종 정류가 완료된 후 위치 4 에서 + 15V 출력으로 끝납니다. 다이오드와 커패시터.
이것이 차지 펌프 부스트 회로가 작동하는 방식 입니다.
다음으로 차지 펌프 인버터 또는 마이너스 차지 펌프 가 어떻게 작동 하는지 살펴 보겠습니다.
차지 펌프 인버터
네거티브 전압 차지 펌프는 설명하기가 조금 까다 롭지 만 저와 함께 있으면 어떻게 작동하는지 설명하겠습니다.
시의 제 1 사이클에서 위치 0 의 도 3 입력 신호는 0V 아무것도 발생하지 않고 즉시 PWM 신호가 도달 5V의 에 위치 0, 캐패시터는 다이오드를 통해 충전하기 시작 D1 및 곧 것 이 5V를 위치 1에서. 이제 우리는 순방향 바이어스 상태에있는 다이오드를 가지므로 전압은 거의 즉시 위치 1에서 0V가됩니다. 이제 입력 PWM 신호가 다시 낮아지면 위치 1의 전압은 0V입니다. 이 순간 PWM 신호는 값을 빼고 위치 1에서 -5V를 얻습니다.
이제 고전적인 단일 다이오드 정류기 가 제 역할을 수행하고 펄스 신호를 부드러운 DC 신호로 변환하고 전압을 커패시터 C2에 저장합니다.
위치 -3과 위치 -4 인 회로의 다음 단계에서 동일한 현상이 동시에 발생 하고 회로의 출력에서 안정적인 -10V DC를 얻을 수 있습니다.
이것이 음전하 펌프 회로가 실제로 작동하는 방식입니다.
노트! 위치 2의 회로에서 볼 수 있듯이 전압은 -5V 가 될 것이기 때문에이 시점에서 위치 2를 언급하지 않았습니다 .
필요한 구성 요소
- NE555 타이머 IC-2
- LM7805 전압 조정기 IC-1
- 0.1uF 커패시터-4
- 0.01uF 커패시터-2
- 4.7uF 커패시터-8
- 1N5819 쇼트 키 다이오드-8
- 680 Ohm 저항기-2
- 330 Ohm 저항기-2
- 12V DC 전원 공급 장치-1
- 일반 단일 게이지 와이어-18
- 일반 브레드 보드-1
개략도
차지 펌프 부스터 회로:
차지 펌프 인버터 회로:
데모를 위해 회로는 회로도를 사용하여 납땜없는 브레드 보드에 구성됩니다. 모든 구성 요소는 원치 않는 소음과 리플을 줄이기 위해 최대한 가깝고 깔끔하게 배치됩니다.
계산
PWM 주파수와 555 타이머 IC의 듀티 사이클을 계산해야 하므로이 555 Timer Astable Circuit Calculator 도구 를 사용하여 555 타이머의 주파수와 듀티 사이클을 계산했습니다.
실제 회로의 경우 회로 의 리플 을 줄이기 위해 상당히 높은 주파수 인 10kHz 를 사용했습니다 . 아래는 계산입니다.
포지티브 및 네거티브 차지 펌프 회로에 대한 테스트 설정
회로를 테스트하기 위해 다음 도구와 설정이 사용됩니다.
- 12V 스위치 모드 전원 공급 장치 (SMPS)
- Meco 108B + 멀티 미터
- Meco 450B + 멀티 미터
- Hantech 600BE USB PC 오실로스코프
회로를 구성하기 위해 1 % 금속 필름 저항이 사용되었으며 커패시터의 허용 오차는 고려되지 않았습니다. 테스트 기간 동안 실내 온도는 섭씨 30도였습니다.
여기서 입력 전압은 5V이고 12V 전원을 5V 7805 전압 조정기에 연결했습니다. 따라서 전체 시스템은 + 5V DC로 전원이 공급됩니다.
위의 이미지는 555 타이머 IC의 주파수가 8KHz임을 보여줍니다. 이는 저항과 커패시터의 허용 오차 요인 때문입니다.
위의 두 이미지에서 63 %로 밝혀진 회로 의 듀티 사이클 을 계산할 수 있습니다. 나는 그것을 미리 측정 했으므로 다시 계산하지 않을 것입니다.
다음으로 위의 이미지에서 9.1K 의 부하를 연결함에 따라 전압 더블 러와 전압 인버터 회로 모두에서 출력 전압이 상당히 떨어졌음을 알 수 있습니다.
9.1K 저항을 통한 전류 흐름 은 전압 배가 회로 및 전압 인버터 회로에 대해 1.21mA 로 밝혀진 옴 법칙으로 쉽게 계산할 수 있으며 0.64mA 로 밝혀 졌습니다.
이제 재미를 위해 1K 저항을 부하로 연결하면 어떻게되는지 살펴 보겠습니다. 그리고 전원을 공급하는 데 사용되는 상태가 아닌 전압 배가 회로를 볼 수 있습니다.
그리고 출력 단자의 리플은 놀랍습니다. 그리고 이런 종류의 전원 공급 장치로 무엇이든 전원을 공급하려고하면 당신의 하루를 확실히 망칠 것입니다.
설명을 위해 여기에 회로의 근접 촬영 사진이 있습니다.
추가 향상
- 회로는 특정 애플리케이션에 대한 특정 요구를 충족하기 위해 추가로 수정할 수 있습니다.
- 더 나은 결과를 얻기 위해 회로를 성능 기판 또는 PCB에 구축 할 수 있습니다.
- 전위차계를 추가하여 555 회로의 출력 주파수를 더욱 향상시킬 수 있습니다.
- 리플은 더 높은 값의 커패시터를 사용하거나 더 높은 주파수 PWM 신호를 사용하여 줄일 수 있습니다.
- 상대적으로 일정한 출력 전압을 얻기 위해 회로의 출력에 LDO를 추가 할 수 있습니다.
응용
이 회로는 다음과 같은 다양한 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.
- 이 회로로 Op-Amp를 구동 할 수 있습니다.
- 이 회로의 도움으로 LCD를 구동 할 수도 있습니다.
- 전압 인버터 회로 Op-Amp의 도움으로 이중 극성 공급이 가능합니다.
- 작동 조건에 도달하기 위해 + 12V 공급이 필요한 프리 앰프 회로를 구동 할 수도 있습니다.
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