I denne artikel lærer vi, hvordan man laver et par enkle DC til DC spændingsdoble kredsløb ved hjælp af en enkelt IC 4049 og IC 555 sammen med et par andre passive komponenter.

Hvis du spekulerer på, hvordan en simpel IC 555 kan bruges til at fremstille et kraftigt spændingsdobler-kredsløb, så hjælper denne artikel dig med at forstå detaljerne og konstruere designet derhjemme.

Hvad er en spændingsdobler

En spændingsdobler er et kredsløb, der kun bruger dioder og kondensatorer til at hæve en indgangsspænding til en højere spændingsudgang, dobbelt så stor som indgangen.

Hvis du er ny med spændingsdobler-konceptet og ønsker at lære konceptet i dybden, har vi en god udførlig artikel på dette websted, der forklarer forskellige spændingsmultiplikator kredsløb til din information.

Spændingsmultiplikatorkoncept blev først opdaget og brugt praktisk af britiske og irske fysikere John Douglas Cockcroft og Ernest Thomas Sinton Walton, derfor kaldes det også Cockcroft – Walton (CW) generator.

Et godt eksempel på et spændingsmultiplikatordesign kan studeres gennem denne artikel, der udnytter konceptet til generering af ioniseret luft til rensning af luft i hjem .

Et spændingsdobler-kredsløb er også en form for spændingsmultiplikator, hvor diode- / kondensatortrinet kun er begrænset til et par trin, så udgangen får lov til at producere en spænding, der kan være to gange forsyningsspændingen.

“hvordan man bruger en 555 timer ”

Da alle spændingsmultiplikatorkredsløb obligatorisk kræver en AC-indgang eller en pulserende indgang, bliver et oscillatorkredsløb afgørende for at opnå resultaterne.

IC 555 Pinout detaljer

Kredsløbsdiagram over spændingsdobler ved hjælp af IC 555

Med henvisning til ovenstående eksempel kan vi se et IC 555-kredsløb konfigureret som et astabelt multivibratortrin, der faktisk er en form for oscillator og er designet til at producere en pulserende DC (ON / OFF) ved sin udgangsstift # 3.

Hvis du husker, havde vi diskuteret det et LED-lommelygtekredsløb på dette websted, der ganske identisk bruger et spændingsdobler-kredsløb, omend oscillatorsektionen er oprettet ved hjælp af en IC 4049-porte.

Dybest set kan du udskifte IC 555-scenen med ethvert andet oscillatorkredsløb og stadig få spændingsdoblingseffekten.

Imidlertid har brugen af IC 555 en lille fordel, da denne IC er i stand til at generere mere strøm end noget andet IC-baseret oscillatorkredsløb uden brug af et eksternt strømforstærkerstrin.

Sådan fungerer Spændingsdobler-scenen

Som det kan ses i ovenstående diagram, implementeres den faktiske spændingsmultiplikation af D1, D2, C2, C3 trin, der er konfigureret som et halvbro 2-trins spændingsmultiplikator netværk.

Simulering af dette trin som reaktion på IC 555's pin # 3-situation kan være lidt vanskelig, og jeg kæmper stadig for at få det til at køre korrekt i min hjerne.

I henhold til min tankesimulation kan arbejdet i det nævnte spændingsdobler-trin forklares som angivet i følgende punkter:

Når IC-udgangsstiften nr. 3 er i sin lave logik eller jordniveau, er D1 i stand til at oplade C2, da den er i stand til at blive forspændt fremad gennem C2 og stifts nr. 3s negative potentiale, samtidig bliver C3 ladet via D1 og D2 .
Nu i det næste øjeblik, så snart pin nr. 3 bliver ved høj logik eller ved det positive forsyningspotentiale, bliver tingene lidt forvirrende.
Her kan C2 ikke aflade via D1, så vi har et forsyningsniveau output fra D1, fra C2 og fra C3 også.
Mange af de andre online-sider siger, at den lagrede spænding inde i C2 og det positive fra D1 på dette tidspunkt formodes at kombinere med output fra C3 for at producere en fordoblet spænding, men det giver ikke mening.
Fordi når spændinger kombineres parallelt, stiger netspændingen ikke. Spændingerne skal kombineres i serie for at forårsage den ønskede boosting eller fordoblingseffekt.
Den eneste logiske forklaring, der kan udledes, er, når pin nr. 3 bliver høj, C2s negative er på det positive niveau og dens positive ende også holdes på forsyningsniveauet, er det tvunget til at producere en omvendt ladepuls, der tilføjes med C3 opladning, hvilket forårsager en øjeblikkelig potentiel spids med en spids på to gange så høj som forsyningsniveauet.

Hvis du har en bedre eller teknisk mere korrekt beskrivelse, er du velkommen til at forklare det gennem dine kommentarer.

Hvor meget strøm?

Pin nr. 3 på IC er tildelt til at levere et maksimum på 200 mA strøm, derfor kan den maksimale topstrøm forventes at være på dette 200 mA niveau, men toppene bliver smallere afhængigt af C2-, C3-værdierne. Kondensatorer med højere værdi muliggør muligvis fyldigere strømoverførsel på tværs af output, så sørg for, at C2-, C3-værdierne er optimalt valgt, omkring 100uF / 25V vil være lige nok

En praktisk anvendelse

Selvom et spændingsdobler-kredsløb kan være nyttigt til mange elektroniske kredsløbsapplikationer, kan en hobbybaseret applikation være at belyse en højspændings-LED fra en lavspændingskilde, som vist nedenfor:

I ovenstående kredsløbsdiagram kan vi se, hvordan kredsløbet bruges til at belyse en 9V LED-pære fra en 5V forsyningskilde, hvilket normalt ville være umuligt, hvis 5V blev direkte anvendt på LED'en.

Forholdet mellem frekvens, PWM og spændingsudgangsniveauet

Frekvensen i ethvert spændingsdobler kredsløb er ikke afgørende, men hurtigere frekvens hjælper dig med at få bedre resultater end langsommere frekvenser.

Tilsvarende for PWM-området skal driftscyklussen være ca. 50%, smallere impulser vil medføre lavere strøm ved udgangen , hvorimod for brede impulser ikke tillader de relevante kondensatorer at aflade optimalt, hvilket igen resulterer i en ineffektiv udgangseffekt.

I det diskuterede IC 555 astabile kredsløb kan R1 være hvor som helst mellem 10K og 100K, denne modstand sammen med C1 bestemmer frekvensen. C1 kan følgelig være hvor som helst mellem 50nF og 0,5uF.

R2 vil grundlæggende give dig mulighed for at styre PWM, derfor kan dette gøres til en variabel modstand gennem en 100K pot.

Brug af IC 4049 IKKE porte

Følgende CMOS IC-baserede kredsløb kan bruges til at fordoble enhver jævnstrømsspænding (op til 15 V jævnstrøm). Det præsenterede design vil fordoble enhver spænding mellem 4 og 15 V DC og vil være i stand til at køre belastninger ved strøm, ikke mere end 30 mA.

Som det kan ses i diagrammet, anvender dette DC-spændingsdobler-kredsløb kun en enkelt IC 4049 til at opnå det foreslåede resultat.

IC 4049 Pinouts

Kredsløb

IC 4049 har i alt seks porte, som alle er effektive til at generere de diskuterede spændingsdoblingshandlinger. To af portene ud af de seks er konfigureret som en oscillator.

Den yderste venstre side af diagrammet viser oscillatorsektionen.

100 K-modstanden og 0,01 kondensatoren danner de grundlæggende frekvensbestemmende komponenter.
En frekvens er absolut nødvendigt, hvis der skal implementeres en spændingsforstærkningshandling, hvorfor også her involvering af en oscillator bliver nødvendig.

Disse svingninger bliver nyttige til initialisering af opladningen og afladning af et sæt kondensatorer ved udgangen, hvilket svarer til multiplikationen af spændingen på tværs af kondensatorsættet på en sådan måde, at resultatet bliver det dobbelte af den påførte forsyningsspænding.

Imidlertid kan spændingen fra oscillatoren ikke fortrinsvis påføres direkte på kondensatorerne, snarere gennemføres den via en gruppe af porte til IC arrangeret på en parallel måde.

Disse parallelle porte giver sammen en god puffer til den anvendte frekvens fra generatorportene, således at den resulterende frekvens er stærkere i forhold til strøm og ikke vakler med relativt højere belastninger ved udgangene.

Men ved stadig at holde specifikationerne for en CMOS IC i tankerne kan udgangsstrømhåndteringskapaciteten ikke forventes at være større end 40 mA.

Højere belastninger end dette vil resultere i forringelse af spændingsniveauet mod forsyningsniveauet.

Udgangskondensatorværdierne kan øges til 100uF for at få rimeligt højere effektivitetsniveauer fra kredsløbet.

Med 12 volt som forsyningsindgang til IC'en kan der opnås en udgang på omkring 22 volt fra dette IC 4049-baserede spændingsdobler-kredsløb.