Bayaran ang circuit ng pump

Ang sitwasyon ay simple - mayroon kang isang mababang boltahe ng supply rail, sabihin ang 3.3V, at nais mong paganahin ang isang bagay na nangangailangan ng 5V. Ito ay isang matigas na tawag, lalo na kung ang mga baterya ay kasangkot. Ang tanging maliwanag na paraan ay isang switch mode converter, mas tiyak na isang boost converter.

Dito kami tumama sa isang roadblock - ang mga converter ng boost ay hindi mabisa sa mababang kapangyarihan, dahil maraming enerhiya ang natupok para lamang sa pagpapanatili ng regulasyon sa punto at pagmamaneho ng switch ng kuryente. Gayundin, maingay ang mga converter ng switch mode ng ganitong uri - ito ay isang problema kung nakikipag-usap ka sa sensitibong circuitry. Nasa posisyon ka ng hindi komportable ng isang labis na inhenyeriyang solusyon. Ang mga linear regulator ay hindi gagana sa kabaligtaran, kaya't pinasiyahan bilang under-engineered.

Kaya saan natin iguhit ang linya sa pagitan ng labis na ininhinyero at under-engineered?

Ang sagot sa problemang ito ay ang Charge Pump - na kung saan mismo ay isang uri ng power supply ng switch mode. Tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang ganitong uri ng converter ay lilipat ng mga discrete charge at ang sangkap na nag-iimbak ng mga discrete charge na ito ay ang capacitor, kaya ang ganitong uri ng converter ay tinatawag ding Flying Capacitor Converter.

Ang isang singil na bomba ay lumilikha ng magkakaibang mga multiply ng input boltahe gamit ang mga capacitor.

Paano gumagana ang isang Charge Pump?

Ang pinakamahusay na paraan upang maunawaan ito ay upang isipin ang sumusunod na sitwasyon.

Sisingilin ka ng isang kapasitor gamit ang isang 9V na baterya, kaya ang boltahe sa kabuuan ng kapasitor ay 9V din. Pagkatapos kumuha ka ng isa pang capacitor at sisingilin din ito hanggang sa 9V din. Ikonekta ngayon ang dalawang capacitor sa serye, at sukatin ang boltahe sa kanila - 18V.

Ito ang pangunahing prinsipyo ng pagpapatakbo ng singil na bomba - kumuha ng dalawang capacitor, i-charge ang mga ito nang paisa-isa at pagkatapos ay ilagay ito sa serye, kahit na sa isang tunay na singil na bomba ang muling pagsasaayos ay tapos na sa elektronikong paraan.

Siyempre hindi ito limitado sa dalawang capacitor lamang, ang sunud-sunod na mga yugto ay maaaring i-cascaded upang makakuha ng mas mataas na voltages sa output.

Mga limitasyon ng Charge Pump

Bago kami magtayo ng isa, magandang ideya na malaman ang mga limitasyon ng mga pump pump.

1. Magagamit na kasalukuyang output - dahil ang mga charge pump ay walang iba kundi ang mga capacitor na sisingilin at pinalabas sa mga cycle, ang magagamit na kasalukuyang ay napakababa - may mga bihirang kaso kung saan ang paggamit ng tamang chip ay makakakuha sa iyo ng 100mA, ngunit sa mababang kahusayan.

2. Ang mas maraming mga yugto na idinagdag mo ay hindi nangangahulugang ang output ng boltahe ay nagdaragdag ng maraming beses - ang bawat yugto ay naglo-load ng output ng nakaraang yugto, kaya ang output ay hindi isang perpektong maramihang mga input. Ang problemang ito ay lumalala nang mas maraming mga yugto na idinagdag mo.

Pagbuo ng isang Charge Pump Circuit

Ang circuit na ipinakita dito ay para sa isang simpleng three stage charge pump na gumagamit ng evergreen 555 timer IC. Sa isang katuturan, ang circuit na ito ay 'modular' - ang mga yugto ay maaaring i-cascaded upang madagdagan ang output boltahe (na may limitasyong bilang dalawa sa isip).

Kinakailangan ang Mga Bahagi

1. Para sa 555 Oscillator

555 timer - bipolar variant
10uF electrolytic capacitor (decoupling)
2x 100nF ceramic capacitor (decoupling)
100pF ceramic capacitor (tiyempo)
1K risistor (tiyempo)
10K risistor (tiyempo)

2. Para sa Charge Pump

6x IN4148 diodes (inirerekumenda rin ng UF4007)
5x 10uF electrolytic capacitors
100uF electrolytic capacitor

Ang isang mahalagang bagay na dapat tandaan ay ang lahat ng mga capacitor na ginamit sa singil na bomba ay dapat na ma-rate para sa ilang mga volts higit sa inaasahan na boltahe ng output.

Diagram ng Circuit

Ganito ang hitsura nito sa breadboard:

Paglalarawan ng Charge Pump Circuit

1. Ang 555 Timer

Ang circuit na ipinapakita dito ay isang prangka na 555 timer astable oscillator. Ang mga bahagi ng tiyempo ay nagreresulta sa isang dalas ng halos 500kHz (na para sa isang bipolar 555 ay isang gawa sa sarili nito). Tinitiyak ng mataas na dalas na ito na ang mga capacitor sa charge pump ay 'na-refresh' pana-panahon upang ang boltahe sa output ay walang masyadong ripple.

2. Ang Charge Pump

Ito ang pinaka-nakakatakot na bahagi ng buong circuit. Tulad ng karamihan sa iba pang mga bagay maaari itong maunawaan sa pamamagitan ng paghiwalay nito sa isang solong yunit:

Ipagpalagay natin na ang pin 3, ang output ng 555 timer, ay mababa sa panahon ng pagsisimula. Nagreresulta ito sa pagsingil ng kapasitor sa pamamagitan ng diode dahil ang negatibong terminal ay na-grounded na ngayon. Kapag ang output ay naging mataas, ang negatibong pin ay mataas din - ngunit dahil mayroon nang singil sa capacitor (na hindi maaaring pumunta kahit saan dahil sa diode) ang boltahe na nakikita sa positibong terminal ng capacitor ay mabisang doble ang input boltahe.

Narito ang positibong terminal ng capacitor:

Ang pangwakas na resulta ay ang epektibo mong pagdaragdag ng isang offset ng V _CC sa output ng 555 timer.

Ngayon ang boltahe na ito nang direkta bilang isang output ay walang silbi, dahil mayroong isang napakalaking 50% ripple. Upang malutas ito, nagdagdag kami ng isang detektor ng rurok tulad ng ipinakita sa ibabang pigura:

Ito ang output ng circuit sa itaas:

At matagumpay naming dinoble ang output ng boltahe!

Mga Tip sa Konstruksiyon ng Circuit

Ang bipolar 555 ay kilala sa mga supply spike na nabubuo nito sa supply rail, dahil ang yugto ng push-pull na output ay halos maikli ang suplay sa mga paglilipat. Kaya't sapilitan ang pag-decoupling.

Kukunin ko ang isang mabilis na pagliko upang sabihin sa iyo ang isang bagay tungkol sa tamang decoupling.

Narito ang V _CC pin ng oscillator nang walang anumang decoupling:

At narito ang parehong pin na may tamang decoupling:

Malinaw mong nakikita ang pagkakaiba ng kaunting paggawa ng decoupling.

Ang mga mababang inductance ceramic SMD capacitor ay inirerekomenda para sa yugto ng singil ng pagsingil. Ang mga Schottky diode na may mababang pasulong na pagbagsak ng boltahe ay nagpapabuti din sa pagganap.

Ang paggamit ng isang CMOS 555 na may tamang yugto ng output (marahil kahit isang driver ng gate tulad ng TC4420) ay maaaring mabawasan (ngunit hindi maalis) ang mga supply ng pako.

Mga Pagkakaiba-iba ng Charge Pump

Ang mga pumping ng singil ay hindi lamang nagdaragdag ng boltahe, maaari silang magamit upang baligtarin ang polarity ng boltahe.

Gumagawa ang circuit na ito sa parehong paraan tulad ng doble ng boltahe - kapag ang output na 555 ay mataas, ang takip ay singil pataas, at kapag ang output ay bumaba ng mababang singil ay nakuha sa pamamagitan ng pangalawang capacitor sa reverse direksyon, lumilikha ng isang negatibong boltahe sa output.

Saan ako gagamit ng isang Charge Pump?

Ang supply ng bipolarity para sa mga op-amp sa isang circuit kung saan magagamit lamang ang solong boltahe. Ang mga Op-amp ay hindi kumakain ng maraming kasalukuyang kaya ito ay isang perpektong akma. Ang magandang bagay tungkol dito ay ang isang inverter at isang doble ay maaaring maitulak mula sa parehong output, na lumilikha, sabihin, ± 12V na supply mula sa isang 5V supply.
Ang mga driver ng gate - ang bootstrapping ay isang pagpipilian ngunit ang isang singil na bomba ay may potensyal na makabuo ng mas mataas na boltahe, halimbawa, pagkakaroon ng 12V gate drive mula sa isang supply ng 3.3V. Ang Bootstrapping ay hindi magbibigay sa iyo ng higit sa 7V sa kasong ito.

Kaya't ang mga Charge pump ay simple at mahusay na mga aparato na ginagamit upang lumikha ng mga discrete multiplier ng input boltahe.