Создание напряжения выше напряжения питания с помощью конденсаторов

Я хочу разработать схему, которая способна генерировать 8-10 В от источника питания 5 В с помощью параллельных конденсаторов и переключать их на последовательное соединение (с помощью транзисторов), чтобы они достигли желаемого напряжения. Я не знаю, как это сделать.

Вот что я подумал:

введите описание изображения здесь

Объяснение (пожалуйста, поправьте меня, если я ошибаюсь):

  • Шапки. соединены параллельно/последовательно серией биполярных транзисторов, управляемых тактовым сигналом (2 Гц).
  • Во время переднего фронта Q10, Q12 и Q13 включены, а все остальные BJT выключены. Это ставит C7и C8параллельно с блоком питания 5В, так они заряжаются.
  • Затем, во время спада, Q11 и Q2 включаются, а другие BJT отключаются. Которые выходят C7и C8заряжаются на 5В последовательно (так что они должны имитировать блок питания на 10В, если я не ошибаюсь), и параллельно с C9. Насколько я понимаю, в этот момент С9 должен заряжаться до 10В (без учета потерь).
  • Когда шапки. соединены параллельно, они соединены последовательно с резистором 220 Ом ( R34). Это дает постоянную времени 0.439ms( 220 ohms * 2e-6 farads). Учитывая, что часы работают на частоте 2 Гц, я думаю, у них должно быть более чем достаточно времени для зарядки.
  • Когда C7и C8соединены последовательно, а параллельно С9, резистора нет, поэтому они должны заряжаться C9очень быстро, верно? Разряд также будет очень быстрым, но пока я хочу увидеть только некоторые моменты ~8V при C9.
  • RL — это резистор, используемый для имитации нагрузки.

Результат, который я получаю C9после завершения моделирования, заключается в том, что оно остается на уровне 4 В. Если я удалю C9 и проверю напряжение на C7, оно переключается между ~ 4 и ~ 8 В в зависимости от того, подключены ли они последовательно или параллельно из-за действия часов.

(1) Как, например, C8 должен передать свой заряд C9? И Q11, и Q13 не будут проводить в нужном вам направлении. (Посмотрите на их эмиттерные стрелки.) (3) Если бы вам удалось соединить конденсаторы последовательно, как исчез бы R45, чтобы «они очень быстро заряжали C9»? (3) Каков уровень напряжения сигнала 2 Гц? Q2 подключен как эмиттерный повторитель, поэтому, если ваши 2 Гц представляют собой высокий уровень 5 В, то максимально возможное напряжение на его эмиттере составляет 4,3 В.
Ваша идея была изобретена раньше: схема называется зарядовым насосом. Вы можете посмотреть конструкции зарядного насоса в Интернете.
Поищите в Интернете «удвоитель напряжения», и вы увидите схемы подкачки заряда. Вы должны найти схему с прямоугольной частотой, выходящей на двухтактном драйвере, двух конденсаторах и двух диодах. Вы можете использовать мощный операционный усилитель, драйвер двигателя и т. д. в качестве двухтактного драйвера, если вам нужен больший ток. Таймер 555 подойдет, но есть и более элегантные решения по питанию. Или вы используете повышающий регулятор и делаете это правильно.

Ответы (1)

Ваша идея была придумана раньше, и она работает: схема называется зарядовым насосом. Вы можете найти множество конструкций зарядового насоса в Интернете. Они могут быть проще ваших (см. ниже).

Что касается вашего непосредственного вопроса, почему напряжение на C9 не превышает 4 В, хотя верхний конец C7 достигает 8 В:

Транзисторы - это не просто переключатели, в которых переключатель включается, если на базе есть напряжение - они становятся намного сложнее. В частности, обратите внимание, что транзистор определяет базовое напряжение по сравнению с эмиттером , а не по сравнению с 0 В. Если на базе 5 В, а на эмиттере 4 В, транзистор обнаруживает только базовое напряжение 1 В, а не 5 В.

И это именно то, что происходит здесь. Поскольку базовое напряжение Q2 не может быть выше 4,54 В (10/11 от 5,0 В), напряжение эмиттера Q2 не может подняться выше примерно 3,9 В до того, как Q2 выключится. Транзисторы являются аналоговыми устройствами, поэтому Q2 найдет равновесие, при котором напряжения база-эмиттер точно достаточно, чтобы предотвратить дальнейшее повышение напряжения эмиттера.

Это используется в схемах усилителя с «эмиттерным повторителем» или «общим коллектором»: напряжение эмиттера соответствует базовому напряжению минус примерно 0,6 В. Но это не то, что вы хотите здесь.

Обратите внимание, что Q12 не имеет этой проблемы, потому что на его эмиттере всегда 0 В. Для хорошего переключения вы хотите, чтобы все ваши транзисторы были как Q12. Если вы хотите, чтобы переключатель был подключен к +5 В, вы также можете использовать транзистор PNP, который использует противоположные напряжения и включится, когда базовое напряжение опустится ниже примерно -0,6 В по сравнению с эмиттером, который вы подключаете к +5 В. .

Q11 используется в «реверсивном активном» режиме. Когда он включен, ток течет от эмиттера к коллектору, который находится в обратном направлении. Транзисторы могут работать в этом режиме, но не так хорошо, как в обычном «прямом активном» режиме.

Обратите внимание, что вся цепь C8/Q13/Q11/Q12/и т. д. не нужна. Вы можете просто подключить нижнюю часть C7 к выходу инвертора, если только ваш инвертор не слишком слаб для подачи тока нагрузки - в этой конфигурации весь ток нагрузки выходит из инвертора. Q10 не требует активного переключения и может быть просто диодом. Q2 также не требует активного переключения и может быть просто диодом. Если вы сделаете эти изменения, вы обнаружите что-то вроде стандартной схемы удвоения напряжения накачки заряда:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Кстати: Различные конструкции зарядового насоса также могут использоваться для утроения напряжения и т. д., а также для создания отрицательных напряжений.

Вот учебник CircuitLab (с рабочей симуляцией) о создании удвоителя напряжения , очень похожего на схему, которую вы нарисовали.
@compumike Однако это другая схема - она ​​работает только от сети переменного тока.
да, он немного отличается, но его можно быстро переставить, чтобы он соответствовал вашему. Я только что сделал это для вашего удобства: удвоитель напряжения зарядного насоса с рабочей симуляцией, которая соответствует вашей схеме.
Создание напряжения выше напряжения питания с помощью конденсаторов
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v