Hầu hết các mạch Điện tử Analog yêu cầu đường ray cấp nguồn kép để hoạt động cân bằng thích hợp; điều này đặc biệt quan trọng nếu chúng ta đang thiết kế các mạch khuếch đại hoạt động. Điện áp cung cấp âm cũng được yêu cầu trong các hệ thống kỹ thuật số như bộ chuyển đổi A / D, bộ khuếch đại op và bộ so sánh. Trong tất cả những trường hợp này, yêu cầu dòng điện sẽ thấp, nhưng việc tạo ra nguồn cung cấp -5V như vậy thường tốn kém và không hiệu quả nếu chúng ta sử dụng một số lượng lớn các thành phần mạch tích hợp và rời rạc. Vì vậy, trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ học cách xây dựng một mạch cung cấp nguồn 5V kép dòng điện thấp đơn giản có thể được cấp nguồn từ các cổng USB của chúng tôi. Tương tự như vậy, trước đây chúng tôi đã xây dựng Mạch cấp nguồn kép + 12V và -12V.
Mặc dù có nhiều phương pháp để phân chia điện áp đơn, nhưng điện thế đất ảo của chúng sẽ không đổi. Nếu chúng ta sử dụng hai pin để có được điện áp phân cực kép, tất nhiên pin này sẽ tiêu hao nhanh hơn pin kia và rất khó để duy trì điện áp phân cực kép cân bằng. Nếu bạn sử dụng bộ chia điện trở, một số điện năng sẽ bị tiêu tán do nhiệt và điện áp được phân chia không ổn định. Để khắc phục những vấn đề này, chúng tôi sẽ sử dụng một IC chuyển đổi điện áp CMOS có tên là ICL7660 của Renesas.
ICL7660
ICL7660 và ICL7660A là bộ chuyển đổi điện áp bơm sạc CMOS nguyên khối giúp chuyển đổi dải điện áp đầu vào từ + 1,5V đến + 10,0V thành dải điện áp đầu ra từ -1,5V đến -10,0V.
ICL7660 và ICL7660A chứa tất cả các mạch cần thiết để hoàn thành bộ chuyển đổi điện áp âm, ngoại trừ hai tụ điện bên ngoài. Sự làm việc của thiết bị có thể được hiểu rõ nhất bằng lý thuyết bộ biến đổi điện áp lý tưởng được đưa ra dưới đây.
Trong nửa chu kỳ đầu tiên, công tắc S1 và S3 đóng (Lưu ý: Công tắc S2 và S4 mở trong nửa chu kỳ này). Tụ C1 được tích điện đến hiệu điện thế V +. Trong nửa chu kỳ hoạt động thứ hai, công tắc S2 và S4 đóng (Lưu ý: Công tắc S1 và S3 mở trong nửa chu kỳ này). Điện áp trên tụ C1 dịch chuyển âm V + vôn. Sau đó, phí được chuyển từ C1 sang C2, giả sử công tắc lý tưởng và không tải trên C2. Do đó, điện áp V + ngược có sẵn trên C2. Hoạt động của ICL7660 và ICL7660A tương tự như hoạt động lý tưởng này của bộ chuyển đổi điện áp.
Mẹo ứng dụng ICL7660:
- Tụ C2 nên được đặt gần IC2 để tránh thiết bị bị kẹt. Không cung cấp nhiều hơn 10V cho ICL7660, 12V cho ICL7660A.
- Không kết nối đầu cuối LV với GROUND để có điện áp nguồn lớn hơn 3,5V.
- Khi sử dụng tụ điện phân cực, đầu cuối '+' của C1 phải được kết nối với chân 2 của ICL7660 và ICL7660A và đầu cuối '+' của C2 phải được kết nối với GROUND.
- Để có hiệu suất tốt nhất, hãy sử dụng tụ điện ESR có giá trị thấp thay cho C1 và C2.
- Một tụ đệm có thể được kết nối qua nguồn cung cấp đầu vào nếu khoảng cách của dây giữa USB và mạch dài.
- Dòng điện đầu ra của mạch này được giới hạn ở 40mA. Đối với yêu cầu hiện tại lên đến 100mA, IC MAX660 có thể được sử dụng thay cho U1.
Mạch cung cấp điện 5v và làm việc:
Sơ đồ mạch nguồn ± 5v hoàn chỉnh sử dụng ICL760 được hiển thị bên dưới. Điện áp đầu vào + 5V có thể được lấy từ bất kỳ cổng USB nào của máy tính xách tay / máy tính hoặc bộ sạc / bộ chuyển đổi.
Mạch được xây dựng bởi xung quanh ICL7660 (U1) cùng với hai tụ điện (C1 và C2). Đầu ra 5V từ USB được cấp cho chân 8 của U1. IC U1 và các tụ điện (C1 và C2) tạo thành phần nghịch lưu điện áp chuyển đổi + 5V thành -5V. Nguồn -5V được chuyển đổi có sẵn ở chân 5 của U1. Do đó, nguồn cung cấp 5V kép có sẵn ở đầu nối J2.
Chúng tôi đã mô phỏng mạch trong Proteus trước khi xây dựng nó trên phần cứng:
Kiểm tra Mạch cấp nguồn USB 5V kép (±):
Lắp ráp mạch trên PCB / breadboard theo sơ đồ mạch ở trên. Đặt tụ C2 càng gần IC U1. IC phải được cố định với đế IC thích hợp nếu mạch được hàn trên PCB. Khi mạch nguồn 5v được xây dựng, nó sẽ trông giống như thế này
Để kiểm tra mạch, hãy kết nối USB với máy tính xách tay hoặc pin dự phòng hoặc bất kỳ USB nào để cấp nguồn cho mạch. Kiểm tra điện áp đầu ra trên J2 bằng đồng hồ vạn năng có tham chiếu đến đất. Trong video thử nghiệm được đưa ra bên dưới, đồng hồ vạn năng được kết nối với đường ray dương khi nó hiển thị 4,9V. Sau đó, đồng hồ vạn năng được kết nối với đầu ra của IC (tức là, chân 5 của ICL7660), sau đó nó hiển thị -4,7V.
Dưới đây là mô phỏng
Hy vọng bạn đã hiểu mạch và biết cách xây dựng một mạch cấp nguồn kép sử dụng IC ICL7660. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, hãy để lại chúng trong phần bình luận hoặc sử dụng diễn đàn của chúng tôi để biết thêm các câu hỏi kỹ thuật. Ngoài ra, hãy kiểm tra các mạch cung cấp điện khác, bao gồm các mạch khác nhau như mạch bộ chuyển đổi tăng cường, mạch chuyển đổi buck, mạch cung cấp năng lượng biến đổi, mạch SMPS, mạch nguồn dự phòng, v.v.