ในบทความนี้เราได้เรียนรู้วิธีสร้างวงจรสองเท่าของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเป็นกระแสตรงโดยใช้ IC 4049 และ IC 555 ตัวเดียวพร้อมกับส่วนประกอบแบบพาสซีฟอื่น ๆ

หากคุณสงสัยว่า IC 555 อย่างง่ายสามารถใช้ในการสร้างวงจรแรงดันไฟฟ้าสองเท่าได้อย่างไรบทความนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจรายละเอียดและสร้างการออกแบบที่บ้าน

แรงดันไฟฟ้า Doubler คืออะไร

แรงดันไฟฟ้าทวีคูณเป็นวงจรที่ใช้เฉพาะไดโอดและตัวเก็บประจุเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอินพุตไปยังเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นซึ่งมีขนาดเป็นสองเท่าของอินพุต

หากคุณยังใหม่กับแนวคิดแรงดันไฟฟ้าสองเท่าและต้องการเรียนรู้แนวคิดในเชิงลึกเรามีบทความที่ละเอียดรอบคอบในเว็บไซต์นี้ซึ่งอธิบายถึงสิ่งที่แตกต่างกัน วงจรตัวคูณแรงดันไฟฟ้า การอ้างอิงของคุณ.

แนวคิดตัวคูณแรงดันไฟฟ้าถูกค้นพบเป็นครั้งแรกและถูกนำมาใช้จริงโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษและชาวไอริชจอห์นดักลาสค็อกครอฟต์และเออร์เนสต์โธมัสซินตันวอลตันจึงเรียกอีกอย่างว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า Cockcroft – Walton (CW)

ตัวอย่างที่ดีของการออกแบบตัวคูณแรงดันไฟฟ้าสามารถศึกษาได้จากบทความนี้ซึ่งใช้ประโยชน์จากแนวคิดนี้ สร้างอากาศที่แตกตัวเป็นไอออนเพื่อทำให้อากาศบริสุทธิ์ในบ้าน .

วงจรแรงดันไฟฟ้าทวีคูณยังเป็นรูปแบบของตัวคูณแรงดันไฟฟ้าที่ขั้นตอนของไดโอด / ตัวเก็บประจุถูก จำกัด ไว้ที่สองสามขั้นตอนเท่านั้นดังนั้นเอาต์พุตจึงได้รับอนุญาตให้สร้างแรงดันไฟฟ้าที่อาจเป็นสองเท่าของแรงดันไฟฟ้า

“วิธีลดความซับซ้อนของผลิตภัณฑ์ของผลรวม ”

เนื่องจากวงจรตัวคูณแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดจำเป็นต้องมีอินพุต AC หรืออินพุตแบบพัลส์ดังนั้นวงจรออสซิลเลเตอร์จึงมีความสำคัญต่อการบรรลุผลลัพธ์

รายละเอียด Pinout IC 555

แผนภาพวงจรของแรงดันไฟฟ้า Doubler โดยใช้ IC 555

จากตัวอย่างข้างต้นเราจะเห็นวงจร IC 555 ที่กำหนดค่าเป็นสเตจมัลติไวเบรเตอร์แบบ Astable ซึ่งจริงๆแล้วเป็นรูปแบบของออสซิลเลเตอร์และได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้าง DC แบบพัลซิ่ง (เปิด / ปิด) ที่ขาเอาต์พุต # 3

ถ้าคุณจำได้เราได้พูดคุยกัน วงจรไฟฉาย LED ในเว็บไซต์นี้ซึ่งค่อนข้างใช้วงจรแรงดันไฟฟ้าสองเท่าแม้ว่าส่วนออสซิลเลเตอร์จะถูกสร้างขึ้นโดยใช้ประตู IC 4049

โดยทั่วไปคุณสามารถแทนที่ IC 555 สเตจด้วยวงจรออสซิลเลเตอร์อื่น ๆ และยังคงได้รับผลกระทบจากแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่า

อย่างไรก็ตามการใช้ IC 555 มีประโยชน์เล็กน้อยเนื่องจาก IC นี้สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าวงจรออสซิลเลเตอร์ที่ใช้ IC อื่น ๆ โดยไม่ต้องใช้ขั้นตอนการขยายกระแสภายนอกใด ๆ

วิธีการทำงานของ Voltage Doubler Stage

ดังที่เห็นได้จากแผนภาพด้านบนการคูณแรงดันไฟฟ้าจริงจะดำเนินการโดยขั้นตอน D1, D2, C2, C3 ซึ่งกำหนดค่าเป็นเครือข่ายตัวคูณแรงดันไฟฟ้าแบบครึ่งสะพาน 2 ขั้นตอน

การจำลองขั้นตอนนี้เพื่อตอบสนองต่อสถานการณ์พิน # 3 ของ IC 555 อาจเป็นเรื่องยากเล็กน้อยและฉันยังคงดิ้นรนเพื่อให้มันทำงานในสมองได้อย่างถูกต้อง

ตามการจำลองความคิดของฉันการทำงานของสเตจแรงดันไฟฟ้าที่กล่าวถึงสองเท่าสามารถอธิบายได้ดังที่ให้ไว้ในประเด็นต่อไปนี้:

เมื่อพินเอาต์พุต IC # 3 อยู่ในระดับลอจิกต่ำหรือระดับกราวด์ D1 จะสามารถชาร์จ C2 ได้เนื่องจากสามารถส่งต่อแบบเอนเอียงผ่านศักยภาพเชิงลบของ C2 และพิน # 3 ได้พร้อมกัน C3 จะถูกชาร์จผ่าน D1 และ D2 .
ตอนนี้ในทันทีที่พิน # 3 กลายเป็นตรรกะที่สูงหรือมีศักยภาพในการจัดหาเชิงบวกสิ่งต่าง ๆ จะสับสนเล็กน้อย
ที่นี่ C2 ไม่สามารถปล่อยผ่าน D1 ได้ดังนั้นเราจึงมีเอาต์พุตระดับอุปทานจาก D1 จาก C2 และจาก C3 ด้วย
เว็บไซต์ออนไลน์อื่น ๆ หลายแห่งกล่าวว่า ณ จุดนี้แรงดันไฟฟ้าที่เก็บไว้ภายใน C2 และค่าบวกจาก D1 ควรจะรวมกับเอาต์พุตของ C3 เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แต่ก็ไม่สมเหตุสมผล
เนื่องจากเมื่อแรงดันไฟฟ้ารวมกันแบบขนานแรงดันไฟฟ้าสุทธิจะไม่เพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าจะต้องรวมกันเป็นชุดเพื่อทำให้เกิดการเพิ่มที่ต้องการหรือผลที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
คำอธิบายเชิงตรรกะเดียวที่สามารถหาได้คือเมื่อพิน # 3 สูงขึ้นค่าลบของ C2 จะอยู่ที่ระดับบวกและปลายบวกของมันยังอยู่ที่ระดับอุปทานด้วยมันจะถูกบังคับให้สร้างพัลส์การชาร์จย้อนกลับซึ่งรวมกับ C3 ชาร์จทำให้เกิดการขัดขวางที่อาจเกิดขึ้นทันทีโดยมีแรงดันไฟฟ้าสูงสุดเป็นสองเท่าของระดับอุปทาน

หากคุณมีคำอธิบายที่ดีกว่าหรือถูกต้องกว่าในทางเทคนิคโปรดอธิบายผ่านความคิดเห็นของคุณ

Current เท่าไหร่?

Pin # 3 ของ IC ถูกกำหนดให้ส่งกระแสสูงสุด 200mA ดังนั้นกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่คาดว่าจะอยู่ที่ระดับ 200mA นี้อย่างไรก็ตามจุดสูงสุดจะแคบลงขึ้นอยู่กับค่า C2, C3 ตัวเก็บประจุที่มีค่าสูงกว่าอาจเปิดใช้งานการถ่ายโอนกระแสที่เต็มที่กว่าในเอาต์พุตดังนั้นตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เลือกค่า C2, C3 อย่างเหมาะสมที่สุดประมาณ 100uF / 25V ก็เพียงพอแล้ว

การใช้งานจริง

แม้ว่าวงจรแรงดันไฟฟ้าสองเท่าจะมีประโยชน์สำหรับการใช้งานวงจรอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก แต่แอปพลิเคชันที่ใช้งานอดิเรกอาจเป็นการส่องไฟ LED แรงดันสูงจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าต่ำดังที่แสดงด้านล่าง:

ในแผนภาพวงจรด้านบนเราจะเห็นว่าวงจรใช้สำหรับการส่องสว่างหลอด LED 9V จากแหล่งจ่าย 5V ซึ่งโดยปกติจะเป็นไปไม่ได้หากใช้ 5V กับ LED โดยตรง

ความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ PWM และระดับแรงดันเอาต์พุต

ความถี่ในวงจรแรงดันไฟฟ้าสองเท่าไม่สำคัญ แต่ความถี่ที่เร็วกว่าจะช่วยให้คุณได้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าความถี่ที่ช้าลง

ในทำนองเดียวกันสำหรับช่วง PWM รอบการทำงานควรอยู่ที่ประมาณ 50% พัลส์ที่แคบลงจะทำให้ต่ำลง กระแสที่เอาต์พุต ในขณะที่พัลส์ที่กว้างเกินไปจะไม่อนุญาตให้ตัวเก็บประจุที่เกี่ยวข้องปล่อยออกมาอย่างเหมาะสมที่สุดส่งผลให้กำลังขับที่ไม่มีประสิทธิภาพอีกครั้ง

ในวงจร Astable IC 555 ที่กล่าวถึง R1 สามารถอยู่ระหว่าง 10K ถึง 100K ตัวต้านทานนี้พร้อมกับ C1 จะตัดสินใจความถี่ ดังนั้น C1 จึงสามารถอยู่ระหว่าง 50nF ถึง 0.5uF ได้

โดยพื้นฐานแล้ว R2 จะช่วยให้คุณสามารถควบคุม PWM ได้ดังนั้นจึงสามารถสร้างเป็นตัวต้านทานแบบแปรผันผ่านหม้อ 100K

ใช้ IC 4049 ไม่เกต

วงจรที่ใช้ IC CMOS ต่อไปนี้สามารถใช้เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย DC เป็นสองเท่า (สูงสุด 15 V DC) การออกแบบที่นำเสนอจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่าระหว่าง 4 ถึง 15 V DC และจะสามารถทำงานโหลดที่กระแสไม่เกิน 30 mA

ดังที่เห็นได้ในแผนภาพวงจร DC แรงดันไฟฟ้า doubler นี้ใช้ IC 4049 เพียงตัวเดียวเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เสนอ

IC 4049 Pinouts

การทำงานของวงจร

IC 4049 มีประตูทั้งหมดหกประตูซึ่งทั้งหมดนี้มีประสิทธิภาพในการสร้างแรงดันไฟฟ้าที่กล่าวถึงเป็นสองเท่า สองประตูจากหกประตูถูกกำหนดค่าเป็นออสซิลเลเตอร์

ด้านซ้ายสุดของแผนภาพแสดงส่วนออสซิลเลเตอร์

ตัวต้านทาน 100 K และตัวเก็บประจุ 0.01 เป็นส่วนประกอบกำหนดความถี่พื้นฐาน
จำเป็นต้องใช้ความถี่หากจำเป็นต้องมีการดำเนินการสเต็ปแรงดันไฟฟ้าดังนั้นที่นี่จึงจำเป็นต้องมีส่วนร่วมของออสซิลเลเตอร์ด้วย

การสั่นเหล่านี้มีประโยชน์สำหรับการเริ่มต้นการชาร์จและการปล่อยชุดของตัวเก็บประจุที่เอาต์พุตซึ่งมีค่าเท่ากับการคูณของแรงดันไฟฟ้าในชุดของตัวเก็บประจุในลักษณะที่ผลลัพธ์จะกลายเป็นสองเท่าของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

อย่างไรก็ตามไม่สามารถใช้แรงดันไฟฟ้าจากออสซิลเลเตอร์โดยตรงกับตัวเก็บประจุได้แทนที่จะทำผ่านกลุ่มประตูของ IC ที่จัดเรียงแบบขนาน

ประตูคู่ขนานเหล่านี้ร่วมกันทำให้เกิดการบัฟเฟอร์ที่ดีกับความถี่ที่ใช้จากประตูเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อให้ความถี่ผลลัพธ์นั้นแรงขึ้นเมื่อเทียบกับกระแสและไม่สะดุดกับโหลดที่ค่อนข้างสูงกว่าที่เอาต์พุต

แต่ยังคงรักษาข้อกำหนดของ CMOS IC ไว้ในใจความสามารถในการจัดการกระแสเอาท์พุตไม่สามารถคาดว่าจะมีขนาดใหญ่กว่า 40 mA

โหลดที่สูงกว่านี้จะส่งผลให้ระดับแรงดันไฟฟ้าลดลงไปสู่ระดับแหล่งจ่าย

ค่าตัวเก็บประจุเอาท์พุทสามารถเพิ่มได้ถึง 100uF เพื่อให้ได้ระดับประสิทธิภาพที่สูงขึ้นอย่างสมเหตุสมผลจากวงจร

ด้วย 12 โวลต์เป็นอินพุตจ่ายให้กับ IC เอาต์พุตประมาณ 22 โวลต์อาจได้มาจากวงจรแรงดันไฟฟ้าสองเท่าของ IC 4049 นี้