Circuit de pompe de charge positive et négative

Dans un article précédent, je vous ai montré comment créer votre propre circuit de convertisseur de tension à condensateur commuté à l'aide du circuit intégré LMC7660 standard de l' industrie. Mais il arrive souvent que vous ne disposiez pas d'un CI spécifique ou que le coût d'un CI supplémentaire ruine l'harmonie de votre nomenclature. Et c'est là que notre circuit intégré de minuterie 555 bien-aimé vient à la rescousse. C'est pourquoi réduire la douleur de trouver une puce spécifique pour une application spécifique et également réduire le coût de la nomenclature; nous allons utiliser nos minuteries 555 bien-aimées pour construire, démontrer et tester un circuit de pompe à charge positive et négative avec un circuit intégré de minuterie 555.

Qu'est-ce qu'un circuit de pompe de charge?

Une pompe de charge est un type de circuit composé de diodes et de condensateurs en configurant les diodes et les condensateurs dans une configuration spécifique pour obtenir la tension de sortie supérieure à la tension d'entrée ou inférieure à la tension d'entrée. Par plus bas, je veux dire une tension négative par rapport à la terre. De plus, comme tous les circuits, ce circuit présente des avantages et des inconvénients dont nous parlerons plus loin dans l'article.

Pour savoir comment le circuit fonctionne, nous devons d'abord examiner le schéma des deux, le surpresseur de pompe de charge et le circuit inverseur de pompe de charge.

Circuit de suralimentation de la pompe de charge

Pour mieux comprendre le circuit, supposons que nous utilisons des diodes et des condensateurs idéaux pour construire le circuit illustré à la figure 1. De plus, nous supposons que le circuit a atteint un état stable et que les condensateurs sont complètement chargés. De plus, nous n'avons aucune charge connectée à ce circuit avec ces conditions à l'esprit le principe de fonctionnement est décrit ci-dessous.

À l'aide des figures 1 et 2, nous allons expliquer comment fonctionne un circuit de pompe de charge.

Supposons maintenant que nous ayons connecté un signal PWM à partir d'un générateur de signaux et que le signal oscille entre 0 et 5 V.

Lorsque le signal PWM d'entrée à l' emplacement-0 est à l' état 0V, la tension à l' emplacement-1 est + 5V ou VCC. C'est pourquoi le condensateur a été chargé jusqu'à + 5V ou VCC. Et dans le cycle suivant, lorsque le signal PWM passe de 0V à 5V, la tension à l'emplacement 1 est maintenant + 10V. Si vous observez les figures 1 et 2, vous pouvez observer pourquoi la tension a doublé.

Il a doublé parce que la référence à la borne du condensateur a été tamisée et que le courant ne peut pas circuler dans le sens inverse à travers la diode en raison de l'action de la diode, à l' emplacement 1, nous nous retrouvons avec une onde carrée décalée qui est au-dessus de la tension de polarisation ou de la tension d'entrée. Maintenant, vous pouvez comprendre l'effet de la figure 2, emplacement 1 de la forme d'onde.

Après cela, le signal est envoyé à un circuit redresseur classique à diode unique pour lisser l'onde carrée et obtenir une tension continue de + 10 V en sortie.

Dans l'étape suivante à l'emplacement 2, la tension est de + 10V, vous pouvez vérifier qu'à partir de la figure 1. Maintenant, au cycle suivant, le même phénomène se produit à nouveau, nous nous retrouvons avec une sortie + 15V à l' emplacement 4 après le redressement final avec la diode et les condensateurs.

Voici comment le circuit d'amplification de la pompe de charge fonctionne .

Ensuite, nous verrons comment fonctionne un inverseur de pompe de charge ou une pompe de charge négative.

Inverseur de pompe de charge

La pompe de charge à tension négative est un peu difficile à expliquer, mais restez avec moi et je vais vous expliquer comment cela fonctionne.

Dans le premier cycle à l' emplacement 0 de la figure 3, le signal d'entrée est de 0 V et rien ne se passe mais dès que le signal PWM atteint 5 V à l' emplacement 0, les condensateurs commencent à se charger à travers la diode D1 et bientôt il va avoir 5V à l'emplacement-1. Et maintenant, nous avons une diode qui est dans une condition de polarisation directe de sorte que la tension deviendra 0V à l'emplacement-1 presque instantanément. Maintenant, lorsque le signal d'entrée PWM redevient bas, la tension à l'emplacement-1 est de 0V. À ce moment, le signal PWM soustraira la valeur et nous obtiendrons -5V à l'emplacement 1.

Et maintenant, le redresseur classique à diode unique fera son travail et convertira le signal pulsé en un signal continu régulier et stockera la tension au condensateur C2.

Dans la prochaine étape du circuit qui est location-3 et location-4, le même phénomène se produira simultanément et nous obtiendrons un courant continu de -10V à la sortie du circuit.

Et c'est ainsi que fonctionne le circuit d'une pompe à charge négative.

Remarque! Veuillez noter que je n'ai pas mentionné l'emplacement 2 à ce stade car comme vous pouvez le voir sur le circuit à l'emplacement 2, la tension serait de -5V.

Composants requis

CI de minuterie NE555 - 2
Régulateur de tension LM7805 IC - 1
Condensateur 0,1 uF - 4
Condensateur 0.01uF - 2
Condensateur 4,7 uF - 8
Diode Schottky 1N5819 - 8
Résistance 680 Ohm - 2
Résistance 330 Ohm - 2
Alimentation 12V CC - 1
Fil de jauge unique générique - 18
Breadboard générique - 1

Diagramme schématique

Circuit pour le booster de pompe de charge:

Circuit pour l' inverseur de pompe de charge:

Pour la démonstration, le circuit est construit sur une maquette sans soudure à l'aide du schéma. Tous les composants sont placés le plus près et le plus ordonné possible pour réduire les bruits indésirables et les ondulations.

Calculs

La fréquence PWM et le cycle de service du circuit intégré de la minuterie 555 doivent être calculés.Je suis donc allé de l'avant et j'ai calculé la fréquence et le cycle de service des minuteries 555 à l'aide de cet outil 555 Timer Astable Circuit Calculator.

Pour le circuit pratique, j'ai utilisé une fréquence assez élevée de 10 kHz afin de réduire l' ondulation dans le circuit. Ci-dessous, le calcul

Configuration de test pour le circuit de pompe de charge positive et négative

Pour tester le circuit, les outils et la configuration suivants sont utilisés,

Alimentation à découpage 12V (SMPS)
Multimètre Meco 108B +
Multimètre Meco 450B +
Oscilloscope PC USB Hantech 600BE

Pour construire le circuit, des résistances à film métallique à 1% ont été utilisées et la tolérance des condensateurs n'a pas été prise en compte. La température ambiante était de 30 degrés Celsius pendant le temps des tests.

Ici, la tension d'entrée est de 5V, j'ai connecté mon alimentation 12V à un régulateur de tension 5V 7805. Ainsi, l'ensemble du système est alimenté par + 5V DC.

L'image ci-dessus montre que la fréquence du circuit intégré de minuterie 555 est de 8 KHz, cela est dû aux facteurs de tolérance des résistances et des condensateurs.

À partir des deux images ci-dessus, vous pouvez calculer le cycle de service du circuit qui s'est avéré être de 63%. Je l'ai mesuré au préalable donc je ne vais pas le calculer à nouveau.

Suivant dans l'image ci - dessus, on peut voir que la tension de sortie a chuté un peu à la fois pour le doubleur de tension et la tension de circuit onduleur comme je l' ai reliée une charge de 9.1K.

Le flux de courant à travers la résistance de 9,1 K peut être facilement calculé par la loi des ohms qui s'est avérée être de 1,21 mA pour le circuit doubleur de tension et le circuit inverseur de tension, il s'est avéré être 0,64 mA.

Maintenant, juste pour le plaisir, voyons ce qui se passe si nous connectons une résistance de 1K en tant que charge. Et vous pouvez voir le circuit du doubleur de tension où il n'est pas en état d'être utilisé pour alimenter quoi que ce soit.

Et l'ondulation au niveau de la borne de sortie est phénoménale. et cela gâchera certainement votre journée si vous essayez d'alimenter quoi que ce soit avec ce type d'alimentation.

Pour plus de précision, voici quelques-uns des plans rapprochés du circuit.

Amélioration supplémentaire

Le circuit peut être modifié davantage pour répondre au besoin spécifique d'une application spécifique.
Pour produire de meilleurs résultats, le circuit peut être intégré dans une carte de performance ou un PCB.
Un potentiomètre peut être ajouté pour améliorer encore la fréquence de sortie des 555 circuits
L'ondulation peut être réduite en utilisant un condensateur de valeur plus élevée ou simplement en utilisant un signal PWM de fréquence plus élevée.
Un LDO peut être ajouté à la sortie du circuit pour obtenir une tension de sortie relativement constante.

Applications

Ce circuit peut être utilisé pour de nombreuses applications différentes telles que:

Vous pouvez conduire un ampli-op avec ce circuit
Un écran LCD peut également être piloté à l'aide de ce circuit.
Avec l'aide du circuit inverseur de tension Op-Amps avec alimentation à double polarité.
Vous pouvez également piloter des circuits de préamplificateur qui nécessitent une alimentation + 12V pour arriver à un état de fonctionnement.

J'espère que vous avez aimé cet article et en avez appris quelque chose de nouveau. Si vous avez le moindre doute, vous pouvez demander dans les commentaires ci-dessous ou utiliser nos forums pour une discussion détaillée.