Trong bài viết này, chúng ta sẽ học cách tạo một vài mạch phân định điện áp DC đến DC đơn giản bằng cách sử dụng một IC 4049 và IC 555 cùng với một vài linh kiện thụ động khác.

Nếu bạn đang tự hỏi làm thế nào một IC 555 đơn giản có thể được sử dụng để tạo ra một mạch nghi ngờ điện áp mạnh mẽ, thì bài viết này sẽ giúp bạn hiểu chi tiết và xây dựng thiết kế tại nhà.

Bộ nhân đôi điện áp là gì

Bộ nghi ngờ điện áp là một mạch chỉ sử dụng điốt và tụ điện để nâng điện áp đầu vào thành điện áp đầu ra cao hơn, gấp đôi độ lớn của đầu vào.

Nếu bạn chưa quen với khái niệm bộ nghi ngờ điện áp và muốn tìm hiểu chuyên sâu về khái niệm này, chúng tôi có một bài viết chi tiết tốt trên trang web này giải thích sự khác biệt mạch nhân điện áp cho bạn tham khảo.

Khái niệm số nhân điện áp lần đầu tiên được các nhà vật lý người Anh và Ireland John Douglas Cockcroft và Ernest Thomas Sinton Walton phát hiện và sử dụng thực tế, do đó nó còn được gọi là Máy phát điện Cockcroft – Walton (CW).

Một ví dụ điển hình về thiết kế bộ nhân điện áp có thể được nghiên cứu thông qua bài viết này, bài viết này khai thác khái niệm tạo không khí ion hóa để lọc không khí trong nhà .

Mạch nghi ngờ điện áp cũng là một dạng nhân điện áp trong đó tầng diode / tụ điện chỉ được giới hạn ở một vài giai đoạn, để đầu ra được phép tạo ra điện áp có thể gấp đôi điện áp nguồn.

“động cơ cảm ứng xoay chiều ba pha ”

Vì tất cả các mạch nhân điện áp bắt buộc phải có đầu vào AC hoặc đầu vào tạo xung, nên mạch dao động trở nên cần thiết để đạt được kết quả.

Chi tiết sơ đồ IC 555

Chi tiết sơ đồ chân IC 555, nối đất, Vcc, đặt lại, ngưỡng, phóng điện, điện áp điều khiển

Sơ đồ mạch của bộ tách sóng điện áp sử dụng IC 555

Đề cập đến ví dụ trên, chúng ta có thể thấy một mạch IC 555 được cấu hình như một giai đoạn đa bộ điều khiển linh hoạt, thực chất là một dạng bộ dao động và được thiết kế để tạo ra một DC xung (BẬT / TẮT) tại chân ra số 3 của nó.

Nếu bạn nhớ lại, chúng tôi đã thảo luận một mạch đèn LED trong trang web này, nó sử dụng mạch nghi ngờ điện áp khá giống nhau, mặc dù phần dao động được tạo bằng cách sử dụng cổng IC 4049.

Về cơ bản, bạn có thể thay thế IC 555 bằng bất kỳ mạch dao động nào khác mà vẫn nhận được hiệu ứng tăng gấp đôi điện áp.

Tuy nhiên sử dụng IC 555 có một chút lợi ích vì IC này có thể tạo ra nhiều dòng điện hơn bất kỳ mạch dao động dựa trên IC nào khác mà không cần sử dụng bất kỳ tầng khuếch đại dòng điện bên ngoài nào.

Cách hoạt động của giai đoạn bộ nhân đôi điện áp

Như có thể thấy trong sơ đồ trên, nhân điện áp thực tế được thực hiện bởi giai đoạn D1, D2, C2, C3, chúng được cấu hình như một mạng nhân điện áp 2 giai đoạn nửa cầu.

Mô phỏng giai đoạn này theo tình huống pin số 3 của IC 555 có thể hơi khó khăn và tôi vẫn đang đấu tranh để làm cho nó chạy chính xác trong não của tôi.

Theo mô phỏng tâm trí của tôi, hoạt động của giai đoạn bộ nghi ngờ điện áp được đề cập có thể được giải thích như được đưa ra trong các điểm sau:

Khi chân ra số 3 của IC ở mức logic thấp hoặc mức đất, D1 có thể sạc C2, vì nó có thể được phân cực thuận thông qua điện thế âm của C2 và chân # 3, đồng thời C3 được sạc qua D1 và D2 .
Bây giờ, ngay sau khi chốt số 3 trở nên ở mức logic cao hoặc ở mức tiềm năng cung cấp dương, mọi thứ sẽ hơi khó hiểu.
Ở đây C2 không thể xả qua D1, vì vậy chúng tôi có đầu ra mức cung cấp từ D1, từ C2 và từ C3 cũng có.
Nhiều trang web trực tuyến khác nói rằng tại thời điểm này, điện áp được lưu trữ bên trong C2 và dương từ D1 được cho là kết hợp với đầu ra của C3 để tạo ra điện áp tăng gấp đôi, tuy nhiên điều đó không có ý nghĩa.
Bởi vì, khi các điện áp kết hợp song song, điện áp thuần không tăng. Các điện áp phải kết hợp nối tiếp để gây ra hiệu ứng tăng hoặc nhân đôi mong muốn.
Giải thích hợp lý duy nhất có thể được suy ra là, khi chân số 3 trở nên cao, âm của C2 ở mức dương và đầu dương của nó cũng được giữ ở mức cung cấp, nó buộc phải tạo ra một xung điện tích ngược cộng với C3 tích điện, gây ra đột biến điện thế tức thời có điện áp đỉnh gấp đôi điện áp của mức cung cấp.

Nếu bạn có cách viết tốt hơn hoặc đúng hơn về mặt kỹ thuật, vui lòng giải thích nó thông qua nhận xét của bạn.

Bao nhiêu hiện tại?

Chân số 3 của IC được chỉ định để cung cấp dòng điện tối đa 200mA, do đó dòng điện cực đại có thể được mong đợi ở mức 200mA này, tuy nhiên các đỉnh sẽ hẹp hơn tùy thuộc vào các giá trị C2, C3. Các tụ điện có giá trị cao hơn có thể cho phép truyền dòng điện đầy đủ hơn qua đầu ra, do đó hãy đảm bảo các giá trị C2, C3 được chọn tối ưu, khoảng 100uF / 25V là vừa đủ

Một ứng dụng thực tế

Mặc dù mạch nghi ngờ điện áp có thể hữu ích cho nhiều ứng dụng mạch điện tử, nhưng một ứng dụng dựa trên sở thích có thể là chiếu sáng đèn LED điện áp cao từ nguồn điện áp thấp, như hình dưới đây:

Mạch nghi ngờ điện áp IC 555 với đèn LED

Trong sơ đồ mạch trên, chúng ta có thể thấy cách mạch được sử dụng để chiếu sáng bóng đèn LED 9V từ nguồn cung cấp 5V, điều này thông thường sẽ không thể xảy ra nếu 5V được đặt trực tiếp trên đèn LED.

Mối quan hệ giữa tần số, PWM và mức đầu ra điện áp

Tần số trong bất kỳ mạch nghi ngờ điện áp nào không quan trọng, tuy nhiên tần số nhanh hơn sẽ giúp bạn thu được kết quả tốt hơn tần số chậm hơn.

Tương tự như vậy đối với phạm vi PWM, chu kỳ nhiệm vụ nên khoảng 50%, xung hẹp hơn sẽ gây ra hiện tại ở đầu ra , trong khi xung quá rộng sẽ không cho phép các tụ điện liên quan xả tối ưu, lại dẫn đến công suất đầu ra không hiệu quả.

Trong mạch ổn định IC 555 đã thảo luận, R1 có thể ở bất kỳ đâu trong khoảng từ 10K đến 100K, điện trở này cùng với C1 quyết định tần số. Do đó, C1 có thể nằm trong khoảng từ 50nF đến 0,5uF.

Về cơ bản, R2 sẽ cho phép bạn điều khiển PWM, do đó nó có thể được chế tạo thành một biến trở thông qua nồi 100K.

Sử dụng cổng NOT IC 4049

Mạch dựa trên IC CMOS sau đây có thể được sử dụng để tăng gấp đôi bất kỳ điện áp nguồn DC nào (lên đến 15 V DC). Thiết kế được trình bày sẽ tăng gấp đôi bất kỳ điện áp nào từ 4 đến 15 V DC và sẽ có thể vận hành tải ở dòng điện không quá 30 mA.

Như có thể thấy trong sơ đồ, mạch bộ nghi ngờ điện áp DC này chỉ sử dụng một IC 4049 duy nhất để đạt được kết quả đề xuất.

Sơ đồ chân IC 4049

Hoạt động mạch

IC 4049 có sáu cổng, tất cả đều có hiệu quả để tạo ra các hành động nhân đôi điện áp đã thảo luận. Hai trong số sáu cổng được cấu hình như một bộ dao động.

Cực bên trái của biểu đồ hiển thị phần dao động.

Điện trở 100 K và tụ điện 0,01 tạo thành các thành phần xác định tần số cơ bản.
Một tần số được yêu cầu bắt buộc nếu cần thực hiện các hành động bước điện áp, do đó ở đây sự tham gia của bộ dao động cũng trở nên cần thiết.

Dao động này trở nên hữu ích để khởi tạo quá trình sạc và phóng điện một bộ tụ điện ở đầu ra, nhân với hiệu điện thế trên bộ tụ điện theo cách sao cho kết quả trở thành hai lần điện áp cung cấp.

Tuy nhiên, tốt hơn là điện áp từ bộ dao động không thể được đặt trực tiếp vào các tụ điện, thay vì được thực hiện thông qua một nhóm các cổng của IC được sắp xếp theo cách song song.

Các cổng song song này cùng nhau tạo ra bộ đệm tốt cho tần số áp dụng từ các cổng máy phát điện để tần số kết quả mạnh hơn so với dòng điện và không bị chùn bước khi tải tương đối cao hơn ở các đầu ra.

Nhưng vẫn lưu ý đến các thông số kỹ thuật của một vi mạch CMOS, khả năng xử lý dòng điện đầu ra không thể lớn hơn 40 mA.

Tải cao hơn mức này sẽ dẫn đến suy giảm mức điện áp đối với mức cung cấp.

Giá trị tụ điện đầu ra có thể được tăng lên 100uF để đạt được mức hiệu suất cao hơn hợp lý từ mạch.

Với 12 volt làm đầu vào nguồn cung cấp cho IC, một đầu ra khoảng 22 volt có thể nhận được từ mạch bộ nghi ngờ điện áp dựa trên IC 4049 này.