2つの簡単な電圧ダブラ回路について説明

2つの簡単な電圧ダブラ回路について説明

この記事では、単一のIC4049およびIC555と他のいくつかの受動部品を使用して、いくつかの単純なDC-DC電圧ダブラ回路を作成する方法を学習します。



シンプルなIC555を使用して強力な電圧ダブラ回路を作成する方法を知りたい場合は、この記事を参考にして、詳細を理解し、自宅で設計を構築してください。

電圧ダブラとは

電圧ダブラは、入力電圧を入力の2倍の大きさのより高い電圧出力に上げるためにダイオードとコンデンサのみを使用する回路です。





電圧ダブラの概念に不慣れで、概念を深く学びたい場合は、このWebサイトにさまざまなことを説明する詳細な記事があります。 電圧逓倍回路 ご参考に。

電圧マルチプライヤの概念は、英国とアイルランドの物理学者であるジョンダグラスコッククロフトとアーネストトーマスシントンウォルトンによって最初に発見され、実際に使用されたため、 コッククロフト・ウォルトン(CW)ジェネレーター。



電圧マルチプライヤの設計の良い例は、この記事を通じて研究することができます。 家庭内の空気を浄化するためのイオン化空気の生成 。

電圧ダブラ回路も電圧逓倍器の形式であり、ダイオード/コンデンサ段が2段のみに制限されているため、出力は供給電圧の2倍の電圧を生成できます。

すべての電圧逓倍回路は強制的にAC入力または脈動入力を必要とするため、結果を達成するには発振回路が不可欠になります。

IC555ピン配列の詳細

IC 555ピン配列の詳細、アース、Vcc、リセット、しきい値、放電、制御電圧

IC555を使用した電圧ダブラの回路図

IC555電圧ダブラ回路

上記の例を参照すると、非安定マルチバイブレータステージとして構成されたIC 555回路を見ることができます。これは実際には発振器の形式であり、出力ピン#3で脈流DC(ON / OFF)を生成するように設計されています。

あなたが思い出すなら、私たちは話し合った LEDトーチ回路 このウェブサイトでは、発振器セクションはIC 4049ゲートを使用して作成されていますが、電圧ダブラ回路をまったく同じように使用しています。

基本的に、IC 555ステージを他の発振回路に置き換えても、電圧ダブラ効果を得ることができます。

ただし、IC 555を使用すると、外部電流増幅器ステージを使用せずに、他のICベースの発振回路よりも多くの電流を生成できるため、わずかな利点があります。

電圧ダブラステージの動作方法

上の図からわかるように、実際の電圧乗算は、ハーフブリッジ2ステージ電圧マルチプライヤネットワークとして構成されたD1、D2、C2、C3ステージによって実装されます。

IC 555のピン#3の状況に応じてこの段階をシミュレートするのは少し難しいかもしれません、そして私はまだそれを私の脳で正しく動かすのに苦労しています。

私の心のシミュレーションによると、前述の電圧ダブラステージの動作は、次の点で説明できます。

  1. IC出力ピン#3がローロジックまたはグランドレベルにある場合、D1はC2を充電できます。これは、C2とピン#3の負の電位を介して順方向バイアスをかけることができるため、同時にC3をD1とD2を介して充電するためです。 。
  2. さて、次の瞬間、ピン#3がハイロジックまたは正の電源電位になるとすぐに、物事は少し混乱します。
  3. ここでは、C2はD1を介して放電できないため、D1、C2、およびC3からの供給レベル出力があります。
  4. 他の多くのオンラインサイトは、この時点でC2内に蓄積された電圧、およびD1からの正の電圧がC3の出力と結合して、2倍の電圧を生成すると考えられていますが、それは意味がありません。
  5. なぜなら、電圧が並列に結合すると、正味の電圧は増加しないからです。必要なブースティングまたはダブリング効果を発生させるには、電圧を直列に組み合わせる必要があります。
  6. 導き出せる唯一の論理的な説明は、ピン#3がハイになり、C2の負が正のレベルにあり、その正の端も供給レベルに保持されると、C3と加算される逆充電パルスを生成することを余儀なくされることです充電し、電源レベルの2倍のピーク電圧を持つ瞬間的な電位スパイクを引き起こします。

より良い、または技術的に正しい説明がある場合は、コメントを通じて説明してください。

どのくらいの電流?

ICのピン#3は最大200mAの電流を供給するように割り当てられているため、最大ピーク電流はこの200mAレベルであると予想できますが、C2、C3の値に応じてピークが狭くなります。より高い値のコンデンサは、出力全体でより完全な電流伝達を可能にする可能性があるため、C2、C3の値が最適に選択されていることを確認してください。約100uF / 25Vで十分です。

実用的なアプリケーション

電圧ダブラ回路は多くの電子回路アプリケーションに役立ちますが、趣味ベースのアプリケーションは、以下に示すように、低電圧源から高電圧LEDを点灯することです。

LED付きIC555電圧ダブラ回路

上の回路図では、5V電源から9V LED電球を照明するために回路がどのように使用されているかを見ることができます。これは、5VがLEDに直接印加された場合は通常不可能です。

周波数、PWM、および電圧出力レベルの関係

電圧ダブラ回路の周波数は重要ではありませんが、周波数が速いほど、遅い周波数よりも良い結果が得られます。

同様に、PWM範囲の場合、デューティサイクルは約50%である必要があり、パルスが狭いほど低くなります 出力の電流 、一方、パルスが広すぎると、関連するコンデンサが最適に放電できなくなり、出力電力が無効になります。

説明したIC555非安定回路では、R1は10Kから100Kの間のどこでもかまいません。この抵抗は、C1とともに周波数を決定します。したがって、C1は50nFから0.5uFの間のどこかになります。

R2は基本的にPWMを制御できるようにするため、100Kポットを介してこれを可変抵抗器にすることができます。

IC 4049NOTゲートの使用

次のCMOSICベースの回路は、任意のDC電源電圧(最大15 V DC)を2倍にするために使用できます。提示された設計は、4〜15 V DCの電圧を2倍にし、30mA以下の電流で負荷を動作させることができます。

図からわかるように、このDC電圧ダブラ回路は、提案された結果を達成するために1つのIC4049のみを採用しています。

IC4049のピン配列

IC4049ピン配列図の仕様

回路動作

IC 4049には全部で6つのゲートがあり、これらはすべて、説明した電圧ダブラ動作を効果的に生成するためのものです。 6つのうち2つのゲートは発振器として構成されています。

図の左端は発振器セクションを示しています。

100 Kの抵抗と0.01のコンデンサは、基本的な周波数決定コンポーネントを形成します。
電圧ステッピングアクションを実装する必要がある場合は、周波数が必須であるため、ここでも発振器の関与が必要になります。

これらの発振は、出力でコンデンサのセットの充電と放電を初期化するのに役立ちます。これは、結果が印加供給電圧の2倍になるように、コンデンサのセットの両端の電圧を乗算することになります。

しかしながら、発振器からの電圧は、好ましくはコンデンサに直接印加することはできず、むしろ、並列に配置されたICのゲートのグループを通して行われる。

これらの並列ゲートは一緒になって、ジェネレータゲートから適用される周波数に対して良好なバッファリングを生成するため、結果として得られる周波数は電流に対してより強く、出力での比較的高い負荷で低下しません。

ただし、CMOS ICの仕様を念頭に置いておくと、出力電流処理能力が40mAを超えることは期待できません。

これより高い負荷は、供給レベルに向かって電圧レベルを低下させる結果になります。

回路から適度に高い効率レベルを得るために、出力コンデンサの値を100uFに増やすことができます。

ICへの電源入力として12ボルトを使用すると、このIC4049ベースの電圧ダブラ回路から約22ボルトの出力を取得できます。

ゲート電圧ダブラ回路ではありません

パーツリスト

  • R1 = 68K、
  • C1 = 680pF、
  • C2、C3 = 100 uF / 25V、
  • D1、D2 = 1N4148、
  • N1、N2、N3、N4 = IC 4049、
  • 白色LED = 3個



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