Большинству аналоговых электронных схем для правильной сбалансированной работы требуются двойные шины питания; это становится особенно важным, если мы разрабатываем схемы операционного усилителя. Отрицательное напряжение питания также требуется в цифровых системах, таких как аналого-цифровые преобразователи, операционные усилители и компараторы. Во всех этих случаях требования к току будут низкими, но создание такого источника питания -5 В обычно является дорогостоящим и неэффективным, если мы используем большое количество дискретных и интегральных компонентов. Итак, в этом руководстве мы узнаем, как построить простую схему двойного слаботочного источника питания 5 В, которая может питаться от наших портов USB. Точно так же мы ранее построили схему двойного питания +12 В и -12 В.
Хотя существует множество методов разделения одного напряжения, их виртуальный потенциал земли не будет постоянным. Если мы используем две батареи для получения напряжения двойной полярности, со временем одна батарея разряжается быстрее, чем другая, и становится трудно поддерживать сбалансированное напряжение двойной полярности. Если вы используете резисторный делитель потенциала, некоторая мощность рассеивается в виде тепла, и разделенное напряжение нестабильно. Чтобы решить эти проблемы, мы будем использовать ИС преобразователя напряжения CMOS под названием ICL7660 от Renesas.
ICL7660
ICL7660 и ICL7660A - это монолитные преобразователи напряжения с накачкой заряда CMOS, которые преобразуют диапазоны входного напряжения от + 1,5 В до + 10,0 В в диапазоны выходного напряжения от -1,5 В до -10,0 В.
ICL7660 и ICL7660A содержат все необходимые схемы для завершения преобразователя отрицательного напряжения, за исключением двух внешних конденсаторов. Работу устройства лучше всего можно понять с помощью приведенной ниже теории идеального преобразователя напряжения.
Во время первого полупериода переключатели S1 и S3 замкнуты (Примечание: переключатели S2 и S4 разомкнуты в течение этого полупериода). Конденсатор С1 заряжается до напряжения V +. Во время второго полупериода работы переключатели S2 и S4 замкнуты (Примечание: переключатели S1 и S3 разомкнуты в течение этого полупериода). Напряжение на конденсаторе С1 сдвигается отрицательно на V + вольт. Затем заряд передается от C1 к C2, при условии идеальных переключателей и отсутствия нагрузки на C2. Таким образом, инвертированное напряжение V + доступно на C2. Работа ICL7660 и ICL7660A аналогична этой идеальной работе преобразователя напряжения.
Советы по применению ICL7660:
- Конденсатор C2 должен быть размещен рядом с IC2, чтобы предотвратить защелкивание устройства. Не подавайте более 10 В для ICL7660, 12 В для ICL7660A.
- Не подключайте клемму LV к ЗЕМЛЕ для напряжений питания выше 3,5 В.
- При использовании поляризованных конденсаторов клемма «+» на C1 должна быть подключена к контакту 2 ICL7660 и ICL7660A, а клемма «+» на C2 должна быть подключена к ЗАЗЕМЛЕНИЮ.
- Для достижения наилучших характеристик используйте конденсаторы с низким значением ESR вместо конденсаторов C1 и C2.
- Буферный конденсатор можно подключить к входному источнику питания, если расстояние между USB и цепью велико.
- Выходной ток этой схемы ограничен до 40 мА. Для требований по току до 100 мА вместо U1 можно использовать IC MAX660.
Цепь питания 5 В и работа:
Полная принципиальная схема источника питания ± 5 В с использованием ICL760 показана ниже. Входное напряжение +5 В можно получить с любого USB-порта ноутбука / компьютера или зарядного устройства / адаптера.
Схема построена примерно на ICL7660 (U1) вместе с двумя конденсаторами (C1 и C2). Выход 5 В от USB подается на контакт 8 U1. Микросхема U1 и конденсаторы (C1 и C2) образуют секцию инвертора напряжения, которая преобразует + 5В в -5В. Преобразованное питание -5 В доступно на выводе 5 U1. Таким образом, на разъеме J2 доступен двойной источник питания 5 В.
Мы смоделировали схему в Proteus, прежде чем строить ее на оборудовании:
Тестирование двойной (±) цепи питания USB 5 В:
Соберите схему на печатной / макетной плате в соответствии со схемой, показанной выше. Поместите конденсатор C2 как можно ближе к микросхеме U1. Микросхема должна быть закреплена надлежащим основанием, если схема припаяна к печатной плате. После того, как схема источника питания 5 В будет построена, она должна выглядеть примерно так
Чтобы проверить схему, подключите USB к ноутбуку или блоку питания или к любому USB для питания цепи. Проверьте выходное напряжение на J2 с помощью мультиметра относительно земли. В приведенном ниже видео тестирования мультиметр подключен к положительной шине, когда он показывает 4,9 В. Затем мультиметр подключается к выходу микросхемы (т.е. к выводу 5 ICL7660), и он показывает -4,7 В.
Ниже представлена симуляция
Надеюсь, вы поняли схему и узнали, как построить схему с двумя источниками питания с использованием ICL7660 IC. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев или воспользуйтесь нашим форумом для получения дополнительных технических вопросов. Также проверьте другие схемы источника питания, которые включают в себя различные схемы, такие как схема повышающего преобразователя, схема понижающего преобразователя, схема переменного источника питания, схема SMPS, схема блока питания и т. Д.