دائرة مضخة الشحن

الوضع بسيط - لديك سكة إمداد منخفضة الجهد ، على سبيل المثال 3.3 فولت ، وتريد تشغيل شيء يحتاج إلى 5 فولت. هذه مكالمة صعبة ، خاصة إذا كانت البطاريات متضمنة. الطريقة الوحيدة الواضحة هي محول وضع التبديل ، وبشكل أكثر تحديدًا محول دفعة.

هذا هو المكان الذي وصلنا فيه إلى طريق مسدود - محولات التعزيز غير فعالة عند استخدام الطاقة المنخفضة ، حيث يتم استهلاك الكثير من الطاقة لمجرد الحفاظ على اللوائح التنظيمية وقيادة مفتاح الطاقة. أيضًا ، محولات وضع التبديل من هذا النوع صاخبة - وهذه مشكلة إذا كنت تتعامل مع دوائر حساسة. أنت في وضع غير مريح لحل مبالغة في الهندسة. لا تعمل المُنظِّمات الخطية في الاتجاه المعاكس ، لذا يُستبعد من ذلك على أنها غير مُهندَسة.

إذن ، أين نرسم الخط الفاصل بين الهندسة الزائدة عن الحد والهندسة؟

الإجابة على هذه المشكلة هي مضخة الشحن - والتي تعد في حد ذاتها نوعًا من مصدر طاقة وضع التبديل. كما يوحي الاسم ، فإن هذا النوع من المحولات يحرك الشحنات المنفصلة حوله والمكون الذي يخزن هذه الشحنات المنفصلة هو المكثف ، لذلك يُسمى هذا النوع من المحولات أيضًا محول مكثف الطيران.

تخلق مضخة الشحن مضاعفات منفصلة لجهد الدخل باستخدام المكثفات.

كيف تعمل مضخة الشحن؟

أفضل طريقة لفهم هذا هو تخيل الموقف التالي.

أنت تشحن مكثفًا باستخدام بطارية 9 فولت ، وبالتالي فإن الجهد عبر المكثف هو أيضًا 9 فولت. ثم تأخذ مكثفًا آخر وشحنه حتى 9 فولت أيضًا. قم الآن بتوصيل المكثفين على التوالي ، وقياس الجهد عبرهما - 18 فولت.

هذا هو المبدأ الأساسي لتشغيل مضخة الشحن - خذ مكثفين ، اشحنهما كل على حدة ثم ضعهما في سلسلة ، على الرغم من أن إعادة الترتيب في مضخة الشحن الحقيقية تتم إلكترونيًا.

بالطبع هذا لا يقتصر على اثنين فقط من المكثفات ، يمكن أن تتالي المراحل المتتالية للحصول على جهد أعلى على الخرج.

حدود مضخات الشحن

قبل أن نبني واحدة ، من الجيد التعرف على قيود مضخات الشحن.

1. تيار الإخراج المتاح - نظرًا لأن مضخات الشحن ليست سوى مكثفات يتم شحنها وتفريغها في دورات ، فإن التيار المتاح منخفض جدًا - هناك حالات نادرة حيث يمكن أن يوفر لك استخدام الشريحة الصحيحة 100 مللي أمبير ، ولكن بكفاءة منخفضة.

2. كلما أضفت المزيد من المراحل لا يعني أن خرج الجهد يزيد عدة مرات - كل مرحلة تقوم بتحميل خرج المرحلة السابقة ، وبالتالي فإن الناتج ليس مضاعفًا مثاليًا للإدخال. تزداد هذه المشكلة سوءًا كلما أضفت مراحل أكثر.

بناء دائرة مضخة الشحن

الدائرة الموضحة هنا هي لمضخة شحن بسيطة من ثلاث مراحل تستخدم مؤقت الخضرة 555 IC. بمعنى ما ، هذه الدائرة "معيارية" - يمكن تتابع المراحل لزيادة جهد الخرج (مع وضع الحد الثاني في الاعتبار).

المكونات مطلوبة

1. لمذبذب 555

• مؤقت 555 - متغير ثنائي القطب
• 10 فائق التوهج مكثف كهربائيا (فصل)
• مكثف سيراميك 2x 100nF (فصل)
• مكثف سيراميك 100pF (توقيت)
• 1K المقاوم (توقيت)
• 10 كيلو المقاوم (توقيت)

2. لمضخة الشحن

• 6x IN4148 الثنائيات (يوصى أيضًا UF4007)
• 5x 10 فائق التوهج المكثفات كهربائيا
• مكثف كهربائيا 100 فائق التوهج

من المهم ملاحظة أنه يجب تصنيف جميع المكثفات المستخدمة في مضخة الشحن لبضعة فولت أكثر من جهد الخرج المتوقع.

مخطط الرسم البياني

هكذا تبدو على اللوح:

وصف حلبة مضخة الشحن

1. 555 الموقت

الدائرة الموضحة هنا عبارة عن مذبذب مستقر مباشر بمؤقت 555. ينتج عن مكونات التوقيت تردد يبلغ حوالي 500 كيلو هرتز (وهو ما يعد إنجازًا بحد ذاته بالنسبة للقطب ثنائي القطب 555). يضمن هذا التردد العالي أن المكثفات الموجودة على مضخة الشحن يتم تحديثها بشكل دوري بحيث لا يكون للجهد الناتج تموجًا كبيرًا.

2. مضخة الشحن

هذا هو الجزء الأكثر تخويفًا في الدائرة بأكملها. مثل معظم الأشياء الأخرى ، يمكن فهمه من خلال تقسيمه إلى وحدة واحدة:

لنفترض أن الطرف 3 ، ناتج المؤقت 555 ، منخفض أثناء بدء التشغيل. ينتج عن هذا شحن المكثف عبر الصمام الثنائي نظرًا لأن الطرف السالب مؤرض الآن. عندما يرتفع الناتج ، يرتفع الدبوس السالب أيضًا - ولكن نظرًا لوجود شحنة بالفعل على المكثف (لا يمكن أن تذهب إلى أي مكان بسبب الصمام الثنائي) ، فإن الجهد المرئي عند الطرف الموجب للمكثف هو ضعف جهد الدخل بشكل فعال.

هذا هو الطرف الموجب للمكثف:

والنتيجة النهائية هي أنك تضيف بشكل فعال إزاحة V _CC إلى خرج المؤقت 555.

الآن هذا الجهد بشكل مباشر كناتج عديم الفائدة ، حيث يوجد تموج هائل بنسبة 50٪. لحل هذا ، نضيف كاشف ذروة كما هو موضح في الشكل أدناه:

هذا هو خرج الدائرة أعلاه:

وقد نجحنا في مضاعفة خرج الجهد!

نصائح لبناء الدائرة

يُعرف القطبين 555 بارتفاع العرض الذي يولده على سكة التوريد ، نظرًا لأن مرحلة الدفع والسحب الناتجة تقصر تقريبًا من العرض أثناء التحولات. لذا فإن الفصل إلزامي.

سآخذ منعطفًا سريعًا لأخبرك شيئًا عن الفصل الصحيح.

إليك دبوس V _CC للمذبذب دون أي فصل:

وإليك نفس الدبوس مع الفصل الصحيح:

يمكنك أن ترى بوضوح الفرق الذي يحدثه القليل من الفصل.

يوصى باستخدام مكثفات SMD الخزفية ذات الحث المنخفض لمرحلة مضخة الشحن. تعمل ثنائيات شوتكي مع انخفاض الجهد الأمامي المنخفض أيضًا على تحسين الأداء.

يمكن أن يؤدي استخدام CMOS 555 مع مرحلة إخراج مناسبة (ربما حتى برنامج تشغيل بوابة مثل TC4420) إلى تقليل (ولكن لا يلغي) طفرات العرض.

الاختلافات في مضخة الشحن

لا تزيد مضخات الشحن من الجهد فقط ، بل يمكن استخدامها لعكس قطبية الجهد.

تعمل هذه الدائرة بنفس الطريقة التي يعمل بها مضاعف الجهد - عندما يرتفع خرج 555 ، يرتفع الغطاء ، وعندما يذهب الخرج يتم سحب الشحنة المنخفضة عبر المكثف الثاني في الاتجاه العكسي ، مما ينتج عنه جهد سلبي على الخرج.

أين أستخدم مضخة الشحن؟

• إمداد ثنائي القطب لمكبرات التشغيل في دائرة حيث يتوفر جهد واحد فقط. لا تستهلك المكبرات الأولية الكثير من التيار لذا فهي مناسبة تمامًا. الشيء الجميل في هذا هو أنه يمكن تشغيل العاكس والمضاعف من نفس الناتج ، مما يؤدي إلى إنشاء ± 12 فولت من مصدر 5 فولت.
• محركات البوابة - يعد bootstrapping خيارًا ولكن مضخة الشحن لديها القدرة على توليد جهد أعلى ، على سبيل المثال ، وجود محرك بوابة 12V من مصدر 3.3V. لن يمنحك Bootstrapping أكثر من 7V في هذه الحالة.

لذا فإن مضخات الشحن هي أجهزة بسيطة وفعالة تستخدم لإنشاء مضاعفات منفصلة لجهد الإدخال.