- Kā darbojas uzlādes sūknis?
- Uzlādes sūkņu ierobežojumi
- Uzlādes sūkņa ķēdes izbūve
- Ķēdes shēma
- Uzlādes sūkņa ķēdes apraksts
- Circuit Construction padomi
- Uzlādes sūkņa variācijas
- Kur es varu izmantot uzlādes sūkni?
Situācija ir vienkārša - jums ir zemsprieguma barošanas sliede, teiksim, 3.3V, un jūs vēlaties darbināt kaut ko, kam nepieciešams 5V. Tas ir grūts zvans, it īpaši, ja ir iesaistītas baterijas. Vienīgais redzamais veids ir slēdža režīma pārveidotājs, precīzāk, pastiprinātāja pārveidotājs.
Šeit mēs nokļuvām pie bloķēšanas - pastiprinātāju pārveidotāji ar mazu jaudu ir neefektīvi, jo daudz enerģijas tiek patērēts tikai regulēšanas noturēšanai un strāvas slēdža vadīšanai. Arī šāda veida slēdžu režīma pārveidotāji ir trokšņaini - tā ir problēma, ja jums ir darīšana ar jutīgām shēmām. Jūs atrodaties pārāk neiedomātā risinājuma neērtā stāvoklī. Lineārie regulatori nedarbojas pretēji, tāpēc tas tiek izslēgts kā nepietiekami izstrādāts.
Tātad, kur mēs novilkam robežu starp pārāk inženierijas un nepietiekami izstrādātiem?
Atbilde uz šo problēmu ir lādēšanas sūknis - kas pats par sevi ir sava veida slēdža režīma barošanas avots. Kā norāda nosaukums, šāda veida pārveidotājs pārvieto diskrētus lādiņus apkārt un komponents, kas uzglabā šīs diskrētās maksas, ir kondensators, tāpēc šāda veida pārveidotāju sauc arī par lidojošā kondensatora pārveidotāju.
Uzlādes sūknis, izmantojot kondensatorus, rada atsevišķus ieejas sprieguma reizinājumus.
Kā darbojas uzlādes sūknis?
Labākais veids, kā to saprast, ir iedomāties šādu situāciju.
Jūs uzlādējat kondensatoru, izmantojot 9V akumulatoru, tāpēc arī kondensatora spriegums ir 9V. Tad jūs paņemat citu kondensatoru un arī to uzlādējat līdz 9 V. Tagad savienojiet divus kondensatorus virknē un izmēriet spriegumu starp tiem - 18V.
Tas ir lādēšanas sūkņa darbības pamatprincips - paņemiet divus kondensatorus, uzlādējiet tos atsevišķi un pēc tam ievietojiet tos virknē, lai gan reālā lādēšanas sūknī pārkārtošana notiek elektroniski.
Protams, tas neaprobežojas tikai ar diviem kondensatoriem, secīgus posmus var kaskādēt, lai iegūtu lielāku spriegumu izejā.
Uzlādes sūkņu ierobežojumi
Pirms mēs to izveidojam, ieteicams iepazīties ar lādēšanas sūkņu ierobežojumiem.
1. Pieejamā izejas strāva - tā kā uzlādes sūkņi nav nekas cits kā kondensatori, kas tiek uzlādēti un izlādēti ciklos, pieejamā strāva ir ļoti zema - ir reti gadījumi, kad, izmantojot pareizo mikroshēmu, jūs varat iegūt 100mA, taču ar zemu efektivitāti.
2. Vairāk pievienoto posmu nenozīmē, ka izejas spriegums tik daudz reizes palielinās - katrs posms ielādē iepriekšējā posma izvadi, tāpēc izeja nav ideāls ievades reizinājums. Šī problēma pasliktinās, jo pievienojat vairāk posmu.
Uzlādes sūkņa ķēdes izbūve
Šeit parādītā shēma ir paredzēta vienkāršam trīspakāpju uzlādes sūknim, kas izmanto mūžzaļo 555 taimera IC. Savā ziņā šī shēma ir "modulāra" - posmus var kaskādēt, lai palielinātu izejas spriegumu (paturot prātā ierobežojumu Nr. 2).
Nepieciešamās sastāvdaļas
1. Par 555 oscilatoru
- Taimeris 555 - bipolārs variants
- 10uF elektrolītiskais kondensators (atvienošana)
- 2x 100nF keramikas kondensators (atvienošana)
- 100pF keramikas kondensators (laiks)
- 1K rezistors (laiks)
- 10K rezistors (laiks)
2. Uzlādes sūknim
- 6x IN4148 diodes (ieteicams arī UF4007)
- 5x 10uF elektrolītiskie kondensatori
- 100uF elektrolītiskais kondensators
Svarīga lieta, kas jāņem vērā, ir tas, ka visiem kondensatoriem, ko izmanto uzlādes sūknī, jābūt nominālvērtībai par dažiem voltiem vairāk nekā paredzamais izejas spriegums.
Ķēdes shēma
Tas izskatās uz maizes dēļa:
Uzlādes sūkņa ķēdes apraksts
1. Taimeris 555
Šeit parādītais ķēde ir vienkāršs 555 taimera astable oscilators. Laika komponentu frekvence ir aptuveni 500 kHz (kas bipolāram 555 ir pats par sevi varoņdarbs). Šī augstā frekvence nodrošina, ka lādēšanas sūkņa kondensatori tiek periodiski "atsvaidzināti", lai izejas spriegumam nebūtu pārāk daudz pulsācijas.
2. Uzlādes sūknis
Šī ir visbiedējošākā visa ķēdes daļa. Tāpat kā lielāko daļu citu lietu, to var saprast, sadalot to vienā vienībā:
Pieņemsim, ka starta laikā 3. tapa, 555 taimera izeja, ir zema. Tā rezultātā kondensators uzlādējas caur diode, jo negatīvais spaile tagad ir iezemēta. Kad izeja ir augsta, arī negatīvais kontakts ir augsts - bet, tā kā kondensatorā jau ir lādiņš (kas diodes dēļ nekur nevar iet), kondensatora pozitīvajā spailē redzamais spriegums faktiski divkāršo ieejas spriegumu.
Šeit ir kondensatora pozitīvais spaile:
Galīgais rezultāts ir tāds, ka jūs faktiski pievienojat V CC nobīdi 555 taimera izejai.
Tagad šis spriegums kā izeja ir bezjēdzīgs, jo tur ir milzīgs 50% pulsācija. Lai to atrisinātu, mēs pievienojam pīķa detektoru, kā parādīts attēlā:
Šī ir iepriekšējās ķēdes izeja:
Un mēs esam veiksmīgi dubultojuši sprieguma izeju!
Circuit Construction padomi
Bipolārais 555 ir pazīstams ar piegādes tapām, ko tas rada uz piegādes sliedes, jo izejas spiedpogas posms gandrīz īss piegādē pārejas laikā. Tātad atsaistīšana ir obligāta.
Es paņemšu ātru apvedceļu, lai pastāstītu jums kaut ko par pareizu atsaistīšanu.
Šeit ir oscilatora V CC tapa bez atvienošanas:
Un šeit ir tā pati tapa ar pareizu atsaistīšanu:
Jūs varat skaidri redzēt atšķirību, ko rada neliela atsaistīšana.
Uzlādes sūkņa stadijā ir ieteicami zemas induktivitātes keramikas SMD kondensatori. Arī Schottky diodes ar zemu sprieguma kritumu uz priekšu uzlabo veiktspēju.
Izmantojot CMOS 555 ar atbilstošu izejas pakāpi (varbūt pat vārtu draiveri, piemēram, TC4420), var samazināt (bet ne novērst) piegādes tapas.
Uzlādes sūkņa variācijas
Uzlādes sūkņi ne tikai palielina spriegumu, bet tos var izmantot, lai apgrieztu sprieguma polaritāti.
Šī ķēde darbojas tāpat kā sprieguma divkāršotājs - kad 555 izeja iet uz augšu, vāciņš uzlādējas, un, ja izeja iet ar zemu lādiņu, caur otro kondensatoru velk pretējā virzienā, radot negatīvu spriegumu izejā.
Kur es varu izmantot uzlādes sūkni?
- Bipolaritātes padeve op-ampēriem ķēdē, kurā ir pieejams tikai viens spriegums. Op-ampēri nepatērē daudz strāvas, tāpēc tas ir ideāli piemērots. Patīkami šajā ziņā ir tas, ka invertoru un divkāršotāju var vadīt no vienas un tās pašas izejas, izveidojot, teiksim, ± 12 V barošanu no 5 V barošanas avota.
- Vārtu draiveri - sāknēšanas režīms ir iespēja, taču uzlādes sūknis var radīt lielāku spriegumu, piemēram, 12 V vārtu piedziņu no 3,3 V barošanas avota. Bootstrapping šajā gadījumā nedotu jums vairāk par 7V.
Tātad lādēšanas sūkņi ir vienkāršas un efektīvas ierīces, ko izmanto, lai izveidotu atsevišķus ieejas sprieguma reizinājumus.