Зарядовые насосы на микросхеме TLC555-Q1

Аннотация

В этой статье описывается альтернативное использование микросхемы TLC555-Q1 в качестве зарядового насоса. Прямоугольные выходные импульсы с размахом от напряжения питания до «земли» позволяют с помощью нескольких дополнительных конденсаторов и диодов сделать на основе этого устройства емкостной преобразователь с положительным или отрицательным выходным напряжением. Использование TLC555-Q1 в качестве зарядового насоса является простым и дешевым решением для удвоения, утроения или инвертирования напряжения питания.

Зарядовый насос можно использовать в автомобильных приложениях, требующих защиты от переполюсовки батареи. Зарядовый насос также способен управлять MOSFET с низким сопротивлением открытого канала.

Описание микросхемы

Это устройство содержит два оконных компаратора, RS-триггер, MOSFET с открытым стоком и двухтактный выходной каскад (Рисунок 1). Кроме того, микросхема имеет вывод RESET для разрешения и запрета выхода. Напряжение питания от 2 В до 15 В позволяет устройству работать в автомобильном оборудовании при полностью заряженной 12-вольтовой аккумуляторной батарее и при холодном запуске.

Рисунок 1.	Блок-схема таймера TLC555-Q1.

Зарядовый насос с положительным выходным напряжением

Микросхема TLC555-Q1 включена в типовой конфигурации таймера (Рисунок 2). Частота переключения и коэффициент заполнения устанавливаются времязадающими компонентами R1, R2 и C5. Два диода (D1, D2) и два керамических конденсатора (C3, C4) вырабатывают положительное выходное напряжение 2V_CC – 2V_F, где V_F – падение напряжения на диоде. Когда микросхема TLC555-Q1 выключена, выходное напряжение зарядового насоса равно V_CC – 2V_F. Чтобы при выключенном устройстве TLC555-Q1 выходное напряжение было равно 0 В, надо анод диода D2 соединить с выходом OUT (вывод 3).

Рисунок 2.	Схема зарядового насоса с положительным выходным напряжением.

Включение и выключение питания

Вывод RESET микросхемы может использоваться для включения и выключения зарядового насоса в соответствии с Таблицей 1.

Таблица 1.	Работа зарядового насоса с положительным выходным напряжением
RESET OUT (выв. 3) Зарядовый насос Выходное напряжение Высокий Переключение ВКЛ 2VCC – 2VF Низкий Низкий ВЫКЛ VCC – 2VF

Рисунок 3.	Включение питания – уровень на входе RESET меняется с низкого на высокий.

На Рисунке 3 показаны осциллограммы, иллюстрирующие процесс включения после изменения уровня на входе RESET с низкого на высокий. На Рисунке 4 показаны осциллограммы, иллюстрирующие процесс выключения после изменения уровня на входе RESET с высокого на низкий.

Рисунок 4.	Выключение питания – уровень на входе RESET меняется с высокого на низкий.

Характеристики

Работа удвоителя напряжения на зарядовом насосе проверялась при напряжении питания V_CC = 12 В. Выходное напряжение равно 2V_CC – 2V_F, где V_F – падение напряжения на диоде. На Рисунке 5 показана зависимость выходного напряжения зарядового насоса от тока нагрузки.

Рисунок 5.	Зависимость выходного напряжения зарядового насоса от тока нагрузки.

Зарядовый насос с отрицательным выходным напряжением

Микросхема TLC555-Q1 включена в типовой конфигурации таймера (Рисунок 6). Частота переключения и коэффициент заполнения устанавливаются времязадающими компонентами R1, R2 и C5. Два диода (D1, D2) и два керамических конденсатора (C3, C4) вырабатывают отрицательное выходное напряжение. Когда микросхема TLC555-Q1 выключена, выходное напряжение зарядового насоса равно 0 В.

Рисунок 6.	Схема зарядового насоса с отрицательным выходным напряжением.

Включение и выключение питания

Вывод RESET устройства может использоваться для включения и выключения зарядового насоса согласно Таблице 2.

Таблица 2.	Работа зарядового насоса с отрицательным выходным напряжением
RESET OUT (выв. 3) Зарядовый насос Выходное напряжение Высокий Переключение ВКЛ –VCC + 2VF Низкий Низкий ВЫКЛ 0

Рисунок 7.	Включение питания – уровень на входе RESET меняется с низкого на высокий.

На Рисунке 7 показаны осциллограммы, иллюстрирующие процесс включения после изменения уровня на входе RESET с низкого на высокий. На Рисунке 8 показаны осциллограммы, иллюстрирующие процесс выключения после изменения уровня на входе RESET с высокого на низкий.

Рисунок 8.	Выключение питания – уровень на входе RESET меняется с высокого на низкий.

Характеристики

Работа инвертора напряжения на зарядовом насосе проверялась при напряжении питания V_CC = 12 В. Выходное напряжение равно –V_CC + 2V_F, где V_F – падение напряжения на диоде. На Рисунке 9 показана зависимость выходного напряжения инвертора от тока нагрузки.

Рисунок 9.	Зависимость выходного напряжения зарядового насоса от тока нагрузки.

Краткий итог

С помощью небольшого количества внешних компонентов устройство TLC555-Q1 может быть включено в нескольких конфигурациях зарядового насоса. Его можно использовать в качестве меры экономии во многих приложениях.

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments TLC555-Q1