2 diskuterade enkla spänningsdubblerkretsar

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





I den här artikeln lär vi oss hur man skapar ett par enkla DC till DC-spänningsdubblerkretsar med en enda IC 4049 och IC 555 tillsammans med några andra passiva komponenter.

Om du undrar hur en enkel IC 555 kan användas för att göra en kraftfull spänningsdubblerkrets, kommer den här artikeln att hjälpa dig att förstå detaljerna och konstruera designen hemma.



Vad är en spänningsdubbler

En spänningsdubblare är en krets som endast använder dioder och kondensatorer för att höja en ingångsspänning till en högre spänningsutgång, dubbelt så stor som ingången.

Om du är ny inom spänningsfördubblarkonceptet och vill lära dig begreppet på djupet har vi en bra utarbetad artikel på den här webbplatsen som förklarar olika spänningsmultiplikatorkretsar för din kännedom.



Spänningsmultiplikatorkoncept upptäcktes först och användes praktiskt av brittiska och irländska fysiker John Douglas Cockcroft och Ernest Thomas Sinton Walton, därför kallas det också Cockcroft – Walton (CW) generator.

Ett bra exempel på en spänningsmultiplikatordesign kan studeras genom denna artikel som utnyttjar konceptet för generera joniserad luft för att rena luft i hem .

En spänningsdubblerkrets är också en form av spänningsmultiplikator där diod / kondensatorsteget är begränsat till endast ett par steg, så att utgången får producera en spänning som kan vara två gånger av matningsspänningen.

Eftersom alla spänningsmultiplikatorkretsar obligatoriskt kräver en växelströmsingång eller en pulserande ingång blir en oscillatorkrets nödvändig för att uppnå resultaten.

IC 555 Pinout-detaljer

IC 555 pinout-detaljer, jord, Vcc, återställning, tröskel, urladdning, styrspänning

Kretsschema för spänningsdubblare med IC 555

IC 555-spänningsdubblerkrets

Med hänvisning till ovanstående exempel kan vi se en IC 555-krets konfigurerad som ett astabelt multivibratorsteg, som faktiskt är en form av oscillator, och är utformad för att producera en pulserande DC (PÅ / AV) vid sin utgångsstift # 3.

Om du kommer ihåg hade vi diskuterat en LED-brännarkrets på den här webbplatsen, som helt identiskt använder en spänningsdubblerkrets, om än oscillatorsektionen skapas med hjälp av IC 4049-grindar.

I grund och botten kan du ersätta IC 555-steget med någon annan oscillatorkrets och ändå få spänningsdubbleringseffekten.

Användning av IC 555 har dock en liten fördel, eftersom denna IC kan generera mer ström än någon annan IC-baserad oscillatorkrets utan att använda något externt strömförstärkarsteg.

Hur spänningsdubblaren fungerar

Som kan ses i ovanstående diagram implementeras den faktiska spänningsmultiplikationen av D1-, D2-, C2-, C3-steget, vilka är konfigurerade som ett halvbrygga 2-stegs spänningsmultiplikatornätverk.

Att simulera detta steg som svar på IC 555: s stift nr 3-situation kan vara lite svårt, och jag kämpar fortfarande för att få det att springa korrekt i min hjärna.

Enligt min sinnesimulering kan arbetet i det nämnda spänningsdubblersteget förklaras enligt följande punkter:

  1. När IC-utgångsstiftet # 3 har låg logik eller marknivå, kan D1 ladda C2, eftersom det kan förspända framåt genom C2 och pin # 3: s negativa potential, också samtidigt laddas C3 via D1 och D2 .
  2. Nu, i nästa ögonblick så snart stift nr 3 har hög logik eller med en positiv utbudspotential blir saker och ting förvirrande.
  3. Här kan C2 inte urladdas via D1, så vi har en matningsnivåutgång från D1, från C2 och från C3 också.
  4. Många av de andra onlinesidorna säger att den lagrade spänningen inuti C2, och det positiva från D1, ska kombineras med utgången från C3 för att producera en fördubblad spänning, men det är inte meningsfullt.
  5. Eftersom spänningar kombineras parallellt ökar inte nätspänningen. Spänningarna måste kombineras i serie för att orsaka önskad boosting eller dubbleringseffekt.
  6. Den enda logiska förklaringen som kan härledas är att när stift # 3 blir högt, C2: s negativa är på den positiva nivån och dess positiva ände också hålls på matningsnivån, tvingas den att producera en omvänd laddningspuls som lägger till C3 laddning, vilket orsakar en ögonblicklig potentiell spik med en toppspänning som är dubbelt så hög som matningsnivån.

Om du har en bättre eller tekniskt mer korrekt förklaring kan du gärna förklara det genom dina kommentarer.

Hur mycket ström?

Stift nr 3 på IC är tilldelat att leverera maximalt 200mA ström, därför kan den maximala toppströmmen förväntas vara på denna 200mA-nivå, men topparna kommer att bli smalare beroende på C2-, C3-värdena. Kondensatorer med högre värde kan möjliggöra mer strömöverföring över utgången, se därför till att C2-, C3-värdena är optimalt valda, runt 100uF / 25V räcker precis

En praktisk tillämpning

Även om en spänningsdubblerkrets kan vara användbar för många elektroniska kretsapplikationer, kan en hobbybaserad applikation vara att belysa en högspännings-LED från en lågspänningskälla, som visas nedan:

IC 555-dubbleringskrets med LED

I ovanstående kretsschema kan vi se hur kretsen används för att belysa en 9V LED-lampa från en 5V matningskälla, vilket normalt skulle vara omöjligt om 5V applicerades direkt på lysdioden.

Förhållandet mellan frekvens, PWM och spänningsutgångsnivå

Frekvensen i alla spänningsdubblerkretsar är inte avgörande, men snabbare frekvens hjälper dig att få bättre resultat än långsammare frekvenser.

På samma sätt för PWM-intervallet bör arbetscykeln vara ungefär 50%, smalare pulser kommer att orsaka lägre ström vid utgången medan alltför breda pulser inte tillåter relevanta kondensatorer att urladdas optimalt, vilket återigen resulterar i en ineffektiv uteffekt.

I den diskuterade snabba kretsen IC 555 kan R1 vara var som helst mellan 10K och 100K, detta motstånd tillsammans med C1 bestämmer frekvensen. C1 kan följaktligen vara var som helst mellan 50nF och 0,5uF.

R2 gör det i grund och botten möjligt för dig att styra PWM, därför kan detta göras till ett variabelt motstånd genom en 100K-pott.

Använda IC 4049 INTE grindar

Följande CMOS IC-baserade krets kan användas för att fördubbla vilken DC-källspänning som helst (upp till 15 V DC). Den presenterade designen kommer att fördubbla alla spänningar mellan 4 och 15 V DC och kommer att kunna hantera belastningar vid ström, inte mer än 30 mA.

Som framgår av diagrammet använder denna likspänningsdubblerkrets bara en enda IC 4049 för att uppnå det föreslagna resultatet.

IC 4049 Pinouts

IC 4049 specifikationer för pinout-diagram

Kretsdrift

IC 4049 har sex grindar som alla är effektiva för att generera de diskuterade spänningsdubbleringsåtgärderna. Två av portarna av de sex är konfigurerade som en oscillator.

Den extrema vänstra delen av diagrammet visar oscillatorsektionen.

Motståndet på 100 K och kondensatorn 0,01 utgör de grundläggande frekvensbestämmande komponenterna.
En frekvens är absolut nödvändig om en spänningsstegningsåtgärd behöver genomföras, varför även här involvering av en oscillator blir nödvändig.

Dessa svängningar blir användbara för att initiera laddning och urladdning av en uppsättning kondensatorer vid utgången vilket motsvarar multiplicering av spänningen över uppsättningen kondensatorer på ett sådant sätt att resultatet blir dubbelt så mycket som den applicerade matningsspänningen.

Spänningen från oscillatorn kan emellertid inte företrädesvis appliceras direkt på kondensatorerna, utan görs genom en grupp av grindar till IC anordnade på ett parallellt sätt.

Dessa parallella grindar ger tillsammans en bra buffring till den applicerade frekvensen från generatorgrindarna så att den resulterande frekvensen är starkare med avseende på ström och inte vacklar med relativt högre belastningar vid utgångarna.

Men ändå hålla specifikationerna för en CMOS IC i åtanke kan utgångsströmhanteringskapaciteten inte förväntas vara större än 40 mA.

Högre belastningar än detta kommer att leda till att spänningsnivån försämras mot matningsnivån.

Utgångskondensatorvärdena kan ökas till 100uF för att få rimligt högre effektivitetsnivåer från kretsen.

Med 12 volt som matningsingång till IC kan en utgång på cirka 22 volt förvärvas från denna IC 4049-baserade spänningsdubblerkrets.

INTE grindspänningsdubblerkrets

Dellista

  • R1 = 68K,
  • C1 = 680pF,
  • C2, C3 = 100 uF / 25V,
  • D1, D2 = 1N4148,
  • N1, N2, N3, N4 = IC 4049,
  • Vita lysdioder = 3 nr.



Tidigare: Bygg ett hemgjort GSM-bilsäkerhetssystem Nästa: Hur man mäter växelström Milli-volt med IC 741