Eine Ladungspumpe ist a Schalter Typ-Netzteil, das mithilfe eines Kondensators diskrete Vielfache der Eingangsspannung erzeugt. In niedrig Leistungselektronik Unter bestimmten Bedingungen, bei denen wir eine niedrige Spannung haben, sagen wir 3,3 V, aber wir benötigen 5 V. Um diese Situation zu überwinden, verwenden wir einen Aufwärtswandler. Diese Konverter sind bei geringer Leistung ineffizient, da sie während des Betriebs viel Strom verbrauchen, verrauschte Geräte sind und im Rückwärtsbetrieb nicht funktionieren. Um dieses Problem zu lösen, verwenden wir daher ein Schaltnetzteil, das als Ladungspumpe bezeichnet wird.

Was ist eine Ladepumpe?

Definition: Eine Ladungspumpe ist ein Gleichstrom zu DC-Wandler , die eine hocheffiziente Ausgabe erzeugt. Sie arbeiten normalerweise höher Frequenz . Es wird auch als Fliegen bezeichnet

Eigenschaften

Das Folgende sind die allgemeinen Eigenschaften der Ladungspumpe, die sie sind

Schaltplan der Ladepumpe

Die folgende Schaltung besteht normalerweise aus einem Schalter 'S' oder a

Einstufige Ladepumpe

Die folgende Schaltung zeigt den Aufbau einer zweistufigen Ladungspumpe, bei der der Ausgang der ersten Stufe als Eingang für die zweite Stufe gegeben wird und der Ausgang der zweiten Stufe mit der Ausgangslaststufe kaskadiert wird. Diese Konstruktion ermöglicht es der Pumpe, aus der niedrigeren Eingangsspannung eine hohe Ausgangsspannung zu erzeugen.

Mehrstufiger Stromkreis der Ladepumpe

Arbeiten

Das Arbeiten einer Ladungspumpe kann mit einem Kondensator erklärt werden. Die Grundfunktion eines Kondensators besteht darin, die Ladung bei Bedarf zu speichern oder zu laden und zu entladen. Zum Beispiel haben wir einen Kondensator mit einer Kapazität von 9 V, bei dem wir den Kondensator auf 9 V aufladen und mit a messen

Der Aufbau des praktischen Kreislaufs

Eine 3-stufige Ladungspumpe besteht aus 3 Ladungspumpenstufen, die zusammen mit a nacheinander kaskadiert werden 555 IC-Timer . Diese Konstruktion erhöht die Ausgangsspannung.

Schaltplan 3 Stufe

Verwendete Komponenten

Die 2 verwendeten Hauptkomponenten sind der 555-Timer-IC und der Pumpenkreis

555 Stunden

Ein 555 IC besteht aus 8 Pins, GND, Trigger, Ausgang, Reset, Stromversorgung, Entladekondensator, Schwellenwert und Steuerspannung, wie unten gezeigt.

555 IC-Pin-Diagramm

In einem 555 IC verwendete Komponenten: Kondensator (Entkopplung), 2 in 100 nF Entkopplung Frequenz bis zu 500 kHz, wodurch der Pumpenkondensator regelmäßig aktualisiert wird, damit die Ausgangsspannung nicht wellig wird.

555 IC-Schaltung

Ladepumpenkreis

In dieser Schaltung verwendete Komponenten sind 6 IN4148-Dioden (oder UF4007), 5 10 µF-Elektrolytkondensatoren und 100 µF-Elektrolytkondensatoren. Das Schaltbild ist unten gezeigt, der Eingang zu dieser Schaltung wird vom Ausgangspin 3 des 555 IC entnommen. Über den Eingang kann der Kondensator über die Diode aufgeladen werden. An der Schaltung können wir beobachten, dass das negative Ende des Kondensators geerdet ist. Wenn der Ausgang der Schaltung hoch geht, geht auch der negative Stift des Kondensators hoch. Da wir jedoch wissen, dass der Kondensator bereits Ladung in ihm speichert, zeigt die über ihm gemessene Spannung eine doppelte Eingangsspannung.

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Ladepumpenkreis

Die erhaltene Ausgangsspannung besteht jedoch zu 50% aus Welligkeit. Um diesen Welligkeitseffekt am Ausgang zu überwinden, fügen wir eine Additionsschaltung hinzu, die als Spitzendetektor bezeichnet wird (siehe unten).

Spitzendetektor einer Ladungspumpe

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Ladepumpe als Spannungswechselrichter

Eine Ladungspumpe erzeugt nicht nur eine hohe Ausgangsspannung, sondern kann auch die Ausgangsspannung invertieren. Das Schaltbild ähnelt einem Spannungsverdoppler, bei dem die Diode in der Schaltung wie unten gezeigt umgekehrt geschaltet ist.

Wechselrichterschaltung

Arbeiten

Wenn der Ausgang des 555 IC hoch geht, lädt sich der Kondensator auf und wenn der IC-Ausgang niedrig wird, entlädt sich der Kondensator durch den 2. Kondensator in Rückwärtsrichtung. Daher wird am Ausgang des Stromkreises eine negative Spannung erzeugt.

Vorteile der Ladepumpe

Das Folgende sind die Vorteile

Kostengünstig
Besetzt weniger Fläche
Kompaktierbar
Kann in invertierter Spannungspolarität verwendet werden
Erzeugt eine hohe Ausgangsspannung aus der niedrigen Eingangsspannung.

Einschränkungen der Ladepumpe

Das Folgende sind die Einschränkungen

Der am Ausgang erhaltene Strom ist sehr niedrig, aber in bestimmten Fällen können wir bei Verwendung eines kompatiblen IC 100 mA Strom am Ausgang erhalten, jedoch mit geringerem Wirkungsgrad.
Der Ausgang ist indirekt proportional zu den Eingangsstufen. ich, e. wenn diese Pumpen in jeder Stufe von Anfang bis Ende hinzugefügt werden, um eine hohe Ausgangsspannung zu erhalten. Dieser Zustand erhöht nur die Komplexität des Systems und erzeugt keine hohe Ausgangsspannung.
Der Wirkungsgrad hängt von der Ausgangsspannung ab.

Anwendungen

Das Anwendungen der Ladungspumpe das Folgende einschließen.

Sie werden in verwendet RS-232 Pegelumsetzer, die sowohl positive (+ 10V) als auch negative Spannung (-10V) von der 5V- oder 3V-Stromversorgungsschiene ansteuern.
Bewerbung in LCD oder weiß LED Treiber , die aus einer einzelnen Niederspannungsversorgung eine hohe Vorspannung erzeugen
Benutzt in NMOS Speicher und Mikroprozessor auf eine negative Spannung VBB
Benutzt in H Brücken in Hochgeschwindigkeitsfahrern
Spannung doppelt
PLL-Phasenregelkreise .

Ladungspumpen sind daher eine der Anwendungen in der Elektronik mit geringer Leistung, die aus einer niedrigen Eingangsspannung eine hohe Ausgangsspannung erzeugt. Es wird auch als fliegender Kondensatorwandler bezeichnet. Eine einstufige Ladungspumpenkreis besteht aus eines Kondensators, eines Schalters oder einer Diode, die an eine Spannungsquelle angeschlossen ist. Unter bestimmten Bedingungen kann die erzeugte Ausgangsspannung aus Welligkeiten bestehen, die unter Verwendung eines Spitzendetektors an der Ausgangsstufe beseitigt werden können. Diese Schaltungen können auch eine invertierte Ausgangsspannung erzeugen, indem die Diode in umgekehrter Polarität angeschlossen wird. Der Hauptvorteil der Ladungspumpe besteht darin, dass sie hocheffizient und einfach zu konstruieren sind.