चार्ज पंप सर्किट

स्थिति सरल है - आपके पास कम वोल्टेज की आपूर्ति वाली रेल है, 3.3V कहिए, और आप कुछ ऐसा चाहते हैं जो 5V की आवश्यकता हो। यह एक कठिन कॉल है, खासकर अगर बैटरी शामिल हैं। एकमात्र स्पष्ट तरीका एक स्विच मोड कनवर्टर है, विशेष रूप से एक बढ़ावा कनवर्टर।

यह वह जगह है जहां हम एक अवरोधन को मारते हैं - बूस्टर कन्वर्टर्स कम शक्तियों पर अक्षम होते हैं, क्योंकि बहुत सारी ऊर्जा बस बिंदु पर विनियमन रखने और पावर स्विच को चलाने के लिए खपत होती है। इसके अलावा, इस प्रकार के स्विच मोड कन्वर्टर्स शोर करते हैं - यह एक समस्या है यदि आप संवेदनशील सर्किटरी के साथ काम कर रहे हैं। आप एक अधिक इंजीनियर समाधान की असहज स्थिति में हैं। रैखिक नियामक रिवर्स में काम नहीं करते हैं, इसलिए इसे अंडर-इंजीनियर के रूप में खारिज किया जाता है।

तो हम ओवर-इंजीनियर और अवर-इंजीनियर के बीच की रेखा कहाँ खींचते हैं?

इस समस्या का उत्तर चार्ज पंप है - जो स्वयं एक प्रकार का स्विच मोड बिजली की आपूर्ति है। जैसा कि नाम से पता चलता है, इस तरह के कनवर्टर के चारों ओर असतत आवेश होते हैं और घटक जो इन असतत आवेशों को संचित करता है, संधारित्र होता है, इसलिए इस तरह के कनवर्टर को फ्लाइंग कैपेसिटर कनवर्टर भी कहा जाता है ।

एक चार्ज पंप कैपेसिटर का उपयोग करके इनपुट वोल्टेज के असतत गुणक बनाता है।

चार्ज पंप कैसे काम करता है?

इसे समझने का सबसे अच्छा तरीका निम्न स्थिति की कल्पना करना है।

आप 9V बैटरी का उपयोग करके एक संधारित्र चार्ज करते हैं, इसलिए संधारित्र के पार वोल्टेज भी 9V है। फिर आप एक अन्य संधारित्र लेते हैं और इसे 9V तक भी चार्ज करते हैं। अब श्रृंखला में दो कैपेसिटर को कनेक्ट करें, और उन पर वोल्टेज को मापें - 18 वी।

यह चार्ज पंप के संचालन का मूल सिद्धांत है - दो कैपेसिटर ले लो, उन्हें व्यक्तिगत रूप से चार्ज करें और फिर उन्हें श्रृंखला में डाल दें, हालांकि एक वास्तविक चार्ज पंप में इलेक्ट्रॉनिक रूप से पुनर्व्यवस्थित किया जाता है।

बेशक यह सिर्फ दो कैपेसिटर तक सीमित नहीं है, आउटपुट पर उच्च वोल्टेज प्राप्त करने के लिए क्रमिक चरणों को कैस्केड किया जा सकता है।

चार्ज पंप्स की सीमाएं

इससे पहले कि हम एक का निर्माण करें, चार्ज पंप की सीमाओं को जानना एक अच्छा विचार है।

1. उपलब्ध आउटपुट वर्तमान - चूंकि चार्ज पंप कुछ भी नहीं हैं, लेकिन कैपेसिटर जो चार्ज किए जाते हैं और चक्रों में डिस्चार्ज होते हैं, उपलब्ध वर्तमान बहुत कम है - ऐसे दुर्लभ मामले हैं जहां सही चिप का उपयोग करके आप 100mA प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन कम क्षमता पर।

2. आपके द्वारा जोड़े जाने वाले अधिक चरणों का मतलब यह नहीं है कि वोल्टेज आउटपुट कई गुना बढ़ जाता है - प्रत्येक चरण पिछले चरण के आउटपुट को लोड करता है, इसलिए आउटपुट सही इनपुट का एक से अधिक नहीं है। यह समस्या आपके द्वारा जोड़े जाने वाले अधिक चरणों को खराब कर देती है।

एक चार्ज पंप सर्किट का निर्माण

यहाँ दिखाया गया सर्किट एक साधारण तीन स्टेज चार्ज पंप के लिए है जो सदाबहार 555 टाइमर आईसी का उपयोग करता है। एक अर्थ में, यह सर्किट 'मॉड्यूलर' है - आउटपुट वोल्टेज (मन में सीमा संख्या दो के साथ) को बढ़ाने के लिए चरणों को कैस्केड किया जा सकता है।

अवयव आवश्यक

1. 555 थरथरानवाला के लिए

• 555 टाइमर - द्विध्रुवी संस्करण
• 10uF इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर (डिकॉउलिंग)
• 2x 100nF सिरेमिक संधारित्र (डिकॉउलिंग)
• 100pF सिरेमिक संधारित्र (समय)
• 1K रोकनेवाला (समय)
• 10K रोकनेवाला (समय)

2. चार्ज पंप के लिए

• 6x IN4148 डायोड (UF4007 भी अनुशंसित)
• 5x 10uF इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर
• 100uF इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर

ध्यान देने वाली एक महत्वपूर्ण बात यह है कि चार्ज पंप में उपयोग किए जाने वाले सभी कैपेसिटर को अपेक्षित आउटपुट वोल्टेज से अधिक कुछ वोल्ट के लिए रेट किया जाना चाहिए।

सर्किट आरेख

यह ब्रेडबोर्ड पर कैसा दिखता है:

चार्ज पंप सर्किट विवरण

1. 555 टाइमर

यहाँ दिखाया गया सर्किट एक सीधा 555 टाइमर वाला एस्ट्रोसबल ऑसिलेटर है। समय घटकों के परिणामस्वरूप लगभग 500kHz की आवृत्ति होती है (जो द्विध्रुवी 555 के लिए अपने आप में एक उपलब्धि है)। यह उच्च आवृत्ति यह सुनिश्चित करती है कि चार्ज पंप पर कैपेसिटर समय-समय पर 'ताज़ा' हो जाते हैं ताकि आउटपुट पर वोल्टेज बहुत अधिक न हो।

2. चार्ज पंप

यह पूरे सर्किट का सबसे डराने वाला हिस्सा है। ज्यादातर अन्य चीजों की तरह इसे एक इकाई में तोड़कर समझा जा सकता है:

मान लें कि पिन 3, 555 टाइमर के आउटपुट, स्टार्टअप के दौरान कम है। यह संधारित्र में डायोड के माध्यम से चार्ज करने का परिणाम है क्योंकि नकारात्मक टर्मिनल अब जमीन पर है। जब आउटपुट उच्च हो जाता है, तो नकारात्मक पिन बहुत अधिक हो जाता है - लेकिन चूंकि पहले से ही संधारित्र पर चार्ज है (जो डायोड के कारण कहीं भी नहीं जा सकता है) संधारित्र के सकारात्मक टर्मिनल पर देखा गया वोल्टेज प्रभावी रूप से इनपुट वोल्टेज को दोगुना करता है ।

यहाँ संधारित्र का धनात्मक टर्मिनल है:

अंतिम परिणाम यह है कि आप 555 टाइमर के आउटपुट में प्रभावी रूप से V _CC की भरपाई जोड़ रहे हैं ।

अब यह वोल्टेज सीधे आउटपुट के रूप में बेकार है, क्योंकि इसमें 50% की भारी मात्रा है। इसे हल करने के लिए, हम एक पीक डिटेक्टर जोड़ते हैं जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है:

यह उपरोक्त सर्किट का आउटपुट है:

और हमने सफलतापूर्वक वोल्टेज आउटपुट को दोगुना कर दिया है!

सर्किट निर्माण युक्तियाँ

द्विध्रुवी 555 आपूर्ति स्पैक के लिए जाना जाता है जो आपूर्ति रेल पर उत्पन्न होता है, क्योंकि आउटपुट पुश-पुल चरण संक्रमण के दौरान आपूर्ति को लगभग कम करता है। इसलिए डीकंप्लॉय करना अनिवार्य है ।

मैं आपको उचित डिकॉउलिंग के बारे में कुछ बताने के लिए एक त्वरित उपाय करूँगा।

यहाँ थरथरानवाला का V _CC पिन बिना किसी डिकॉउलिंग के है:

और यहां उचित डिकूपिंग के साथ एक ही पिन है:

आप स्पष्ट रूप से फर्क देख सकते हैं कि थोड़ा सा डिकॉप्लिंग बनाता है।

चार्ज पंप चरण के लिए कम अधिष्ठापन सिरेमिक एसएमडी कैपेसिटर की सिफारिश की जाती है । एक कम आगे वोल्टेज ड्रॉप के साथ Schottky डायोड भी प्रदर्शन में सुधार।

एक उचित उत्पादन चरण के साथ CMOS 555 का उपयोग करना (शायद TC4420 की तरह एक गेट ड्राइवर भी) आपूर्ति बाइक को कम कर सकता है (लेकिन खत्म नहीं कर सकता)।

चार्ज पंप बदलाव

चार्ज पंप न केवल वोल्टेज बढ़ाते हैं, उनका उपयोग वोल्टेज पोलरिटी को पलटने के लिए किया जा सकता है।

यह सर्किट उसी तरह से काम करता है जैसे वोल्टेज डबलर - जब 555 आउटपुट उच्च हो जाता है, तो कैप चार्ज होता है, और जब आउटपुट कम चार्ज होता है, तो दूसरी कैपेसिटर के माध्यम से रिवर्स दिशा में खींच लिया जाता है, जिससे आउटपुट पर एक नकारात्मक वोल्टेज पैदा होता है।

मैं एक चार्ज पंप का उपयोग कहां करूं?

• एक सर्किट में ऑप-एम्प्स के लिए द्विध्रुवी आपूर्ति जहां केवल एक ही वोल्टेज उपलब्ध है। Op-amps ज्यादा करंट की खपत नहीं करते हैं इसलिए यह एक सही फिट है। इसके बारे में अच्छी बात यह है कि एक इनवर्टर और एक डबललर को एक ही आउटपुट से संचालित किया जा सकता है, जिससे 5V आपूर्ति से a 12V आपूर्ति हो सकती है।
• गेट ड्राइवर - बूटस्ट्रैपिंग एक विकल्प है, लेकिन एक चार्ज पंप में उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने की क्षमता है, कहते हैं, 3.3V आपूर्ति से 12V गेट ड्राइव है। बूटस्ट्रैपिंग आपको इस मामले में 7V से अधिक नहीं देगा।

तो चार्ज पंप सरल और कुशल उपकरण हैं जिनका उपयोग इनपुट वोल्टेज के असतत गुणकों को बनाने के लिए किया जाता है।