Mạch bơm tích cực và âm

Trong bài viết trước, tôi đã giới thiệu cho các bạn cách bạn có thể xây dựng mạch chuyển đổi điện áp tụ điện chuyển mạch của riêng mình bằng cách sử dụng IC LMC7660 tiêu chuẩn công nghiệp cổ điển. Nhưng đôi khi có những trường hợp khi bạn không có sẵn một vi mạch cụ thể hoặc chi phí của một vi mạch bổ sung đang phá hỏng sự hài hòa của BOM của bạn. Và đây là nơi IC hẹn giờ 555 yêu quý của chúng ta đến để giải cứu. Đó là lý do tại sao để giảm bớt khó khăn trong việc tìm kiếm một con chip cụ thể cho một ứng dụng cụ thể và cũng để giảm chi phí BOM; chúng tôi sẽ sử dụng bộ hẹn giờ 555 yêu quý của mình để xây dựng, trình diễn và thử nghiệm mạch bơm tích điện dương và âm với IC hẹn giờ 555.

Mạch bơm sạc là gì?

Máy bơm tích điện là một loại mạch được tạo ra từ điốt và tụ điện bằng cách cấu hình điốt và tụ điện theo một cấu hình cụ thể để có được điện áp đầu ra cao hơn điện áp đầu vào hoặc thấp hơn điện áp đầu vào. Thấp hơn, tôi muốn nói điện áp âm đối với mặt đất. Ngoài ra, giống như mọi mạch, mạch này có một số ưu điểm và nhược điểm mà chúng ta sẽ thảo luận ở phần sau của bài viết.

Để biết cách thức hoạt động mạch, chúng ta cần phải nhìn vào sơ đồ của cả hai, sự tăng cường phí bơm và biến tần phí bơm mạch đầu tiên.

Mạch tăng áp bơm sạc

Để hiểu mạch tốt hơn, hãy giả sử chúng ta đang sử dụng các điốt và tụ điện lý tưởng để xây dựng mạch như trong Hình-1. Ngoài ra, chúng tôi giả định rằng mạch đạt trạng thái ổn định và các tụ điện đã được sạc đầy. Hơn nữa, chúng tôi không có tải nào được kết nối với mạch này với các điều kiện này, nguyên tắc làm việc được mô tả dưới đây.

Với sự trợ giúp của Hình 1 và Hình 2, Chúng ta sẽ giải thích cách hoạt động của mạch bơm tích điện.

Bây giờ, hãy giả sử rằng chúng ta đã kết nối tín hiệu PWM từ bộ tạo tín hiệu và tín hiệu dao động trong khoảng 0-5V.

Khi tín hiệu PWM đầu vào tại vị trí-0 ở trạng thái 0V, Điện áp tại vị trí-1 là + 5V hoặc VCC. Vì vậy, đó là lý do tại sao tụ điện được sạc lên đến + 5V hoặc VCC. Và trong chu kỳ tiếp theo, khi tín hiệu PWM chuyển từ 0V sang 5V, điện áp tại vị trí 1 lúc này là + 10V. Nếu bạn quan sát Hình 1. & Hình 2. Bạn có thể quan sát tại sao điện áp tăng gấp đôi.

Nó tăng gấp đôi do tham chiếu tại cực của tụ điện bị sàng lọc và vì dòng điện không thể chạy theo hướng ngược lại qua diode do hoạt động của diode nên tại vị trí 1, chúng ta kết thúc với một sóng vuông dịch chuyển cao hơn điện áp phân cực hoặc điện áp đầu vào. Bây giờ, bạn có thể hiểu hiệu ứng trong Hình 2, vị trí 1 của dạng sóng.

Sau đó, tín hiệu được đưa đến mạch chỉnh lưu diode đơn cổ điển để làm mịn sóng vuông và nhận được điện áp + 10V DC ở đầu ra.

Trong giai đoạn tiếp theo tại Vị trí 2, điện áp là + 10V, bạn có thể xác minh rằng từ Hình 1. Bây giờ trong chu kỳ tiếp theo, hiện tượng tương tự lại xảy ra, chúng tôi kết thúc với đầu ra + 15V ở vị trí 4 sau khi chỉnh lưu cuối cùng được thực hiện với diode và tụ điện.

Đây là cách hoạt động của mạch tăng phí bơm .

Tiếp theo, chúng ta sẽ xem cách hoạt động của biến tần bơm tích điện hoặc bơm tích điện âm.

Biến tần bơm sạc

Máy bơm điện áp âm có một chút khó giải thích, nhưng hãy ở lại với tôi và tôi sẽ giải thích cách hoạt động của nó.

Trong chu kỳ đầu tiên tại vị trí-0 của Hình-3, tín hiệu đầu vào là 0V và không có gì xảy ra nhưng ngay sau khi tín hiệu PWM đạt đến 5V tại vị trí-0, các tụ điện bắt đầu sạc qua diode D1 và ngay sau đó nó sẽ có 5V tại vị trí-1. Và bây giờ chúng ta có một diode ở điều kiện phân cực thuận nên điện áp sẽ trở thành 0V tại vị trí-1 gần như ngay lập tức. Bây giờ khi tín hiệu PWM đầu vào lại xuống thấp, điện áp tại vị trí-1 là 0V. Tại thời điểm này, tín hiệu PWM sẽ trừ đi giá trị và chúng ta sẽ nhận được -5V tại vị trí 1.

Và bây giờ bộ chỉnh lưu diode đơn cổ điển sẽ làm nhiệm vụ của nó và chuyển đổi tín hiệu xung thành tín hiệu một chiều trơn và lưu trữ điện áp ở tụ C2.

Trong giai đoạn tiếp theo của mạch là vị trí-3 và vị trí-4, hiện tượng tương tự sẽ xảy ra đồng thời và chúng ta sẽ nhận được một -10V DC ổn định ở đầu ra của mạch.

Và đây là cách hoạt động của mạch cho một máy bơm điện tích âm.

Ghi chú! Xin lưu ý rằng tôi đã không đề cập đến vị trí 2 tại thời điểm này vì như bạn có thể thấy từ mạch ở vị trí 2, điện áp sẽ là -5V.

Thành phần bắt buộc

• IC hẹn giờ NE555 - 2
• IC điều chỉnh điện áp LM7805 - 1
• Tụ điện 0,1 uF - 4
• Tụ 0,01uF - 2
• Tụ điện 4.7uF - 8
• 1N5819 Schottky Diode - 8
• Điện trở 680 Ohm - 2
• Điện trở 330 Ohm - 2
• Nguồn điện 12V DC - 1
• Dây Guage Chung - 18
• Bảng mạch chung - 1

Sơ đồ

Mạch cho bộ tăng áp bơm sạc:

Mạch cho Biến tần Bơm Phí:

Để trình diễn, mạch được xây dựng trên một bảng mạch không hàn với sự trợ giúp của sơ đồ. Tất cả các thành phần được đặt càng gần và càng gọn gàng càng tốt để giảm tiếng ồn và gợn sóng không mong muốn.

Tính toán

Tần số PWM và chu kỳ làm việc của IC hẹn giờ 555 cần được tính toán như vậy, tôi đã đi trước và tính toán tần số và chu kỳ nhiệm vụ của bộ định thời 555 với sự trợ giúp của công cụ Máy tính mạch linh hoạt 555 này.

Đối với mạch thực tế, tôi đã sử dụng tần số khá cao 10 kHz để giảm gợn sóng trong mạch. Hình dưới đây là phép tính

Thiết lập kiểm tra cho mạch bơm tích cực và tiêu cực

Để kiểm tra mạch, các công cụ và thiết lập sau được sử dụng,

1. Nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch 12V (SMPS)
2. Meco 108B + Đồng hồ vạn năng
3. Meco 450B + Đồng hồ vạn năng
4. Máy hiện sóng USB PC Hantech 600BE

Để xây dựng mạch điện trở Màng kim loại 1% được sử dụng và dung sai của tụ điện không được xem xét. Nhiệt độ phòng là 30 độ C trong thời gian thử nghiệm.

Ở đây điện áp đầu vào là 5V, tôi đã kết nối nguồn cung cấp 12V của mình với bộ điều chỉnh điện áp 5V 7805. Vì vậy hệ thống tổng được cấp nguồn + 5V DC.

Hình trên cho thấy tần số của IC hẹn giờ 555 là 8KHz, điều này là do các yếu tố dung sai của điện trở và tụ điện.

Từ hai hình ảnh trên, bạn có thể tính toán chu kỳ hoạt động của mạch hóa ra là 63%. Tôi đã đo nó từ trước nên tôi sẽ không tính toán lại.

Tiếp theo trong hình trên, có thể thấy rằng điện áp đầu ra giảm khá nhiều đối với cả bộ nghi ngờ điện áp và mạch nghịch lưu điện áp vì tôi đã kết nối một tải 9.1K.

Dòng điện chạy qua điện trở 9,1K có thể dễ dàng tính toán theo định luật ohms, hóa ra là 1,21mA đối với mạch bộ nghi ngờ điện áp và mạch biến tần điện áp, hóa ra là 0,64mA.

Bây giờ chỉ cho vui thôi, hãy xem điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta kết nối một điện trở 1K làm tải. Và bạn có thể thấy mạch nghi ngờ điện áp nơi nó không ở trạng thái được sử dụng để cấp nguồn cho bất cứ thứ gì.

Và gợn sóng ở đầu ra là một hiện tượng. và nó chắc chắn sẽ làm hỏng ngày của bạn nếu bạn cố cung cấp năng lượng cho bất cứ thứ gì bằng loại nguồn điện này.

Để làm rõ đây là một số ảnh chụp cận cảnh của mạch.

Cải tiến thêm

1. Mạch có thể được sửa đổi thêm để đáp ứng nhu cầu cụ thể cho một ứng dụng cụ thể.
2. Để tạo ra kết quả tốt hơn, mạch có thể được xây dựng thành bảng mạch hoàn chỉnh hoặc PCB.
3. Một chiết áp có thể được thêm vào để cải thiện hơn nữa tần số đầu ra của mạch 555
4. Có thể giảm độ gợn sóng bằng cách sử dụng tụ điện có giá trị cao hơn hoặc chỉ bằng cách sử dụng tín hiệu PWM tần số cao hơn.
5. Một LDO có thể được thêm vào đầu ra của mạch để có được điện áp đầu ra tương đối không đổi.

Các ứng dụng

Mạch này có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau như:

1. Bạn có thể lái Op-Amp với mạch này
2. Một màn hình LCD cũng có thể được điều khiển với sự trợ giúp của mạch này.
3. Với sự trợ giúp của mạch biến tần điện áp Op-Amps với nguồn cung cấp phân cực kép.
4. Bạn cũng có thể điều khiển các mạch tiền khuếch đại yêu cầu nguồn + 12V để đạt được điều kiện hoạt động.

Tôi hy vọng bạn thích bài viết này và học được điều gì đó mới từ nó. Nếu bạn có bất kỳ nghi ngờ nào, bạn có thể hỏi trong phần bình luận bên dưới hoặc có thể sử dụng diễn đàn của chúng tôi để thảo luận chi tiết.