Genere un voltaje superior al de la fuente de alimentación con condensadores

Quiero diseñar un circuito que sea capaz de generar 8-10V a partir de una fuente de alimentación de 5V cargando las tapas en paralelo y cambiándolas a una conexión en serie (mediante el uso de transistores) para que alcancen el voltaje deseado. No estoy seguro de cómo hacer esto.

Esto es lo que he pensado:

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Explicación (corríjanme cuando me equivoque):

  • las gorras se ponen en paralelo/serie por una serie de BJT controlados por una señal de reloj (2Hz).
  • Durante el flanco ascendente, Q10, Q12 y Q13 están habilitados y todos los demás BJT están apagados. Esto pone C7y C8en paralelo con la fuente de alimentación de 5V, por lo que se cargan.
  • Luego, durante el flanco descendente, se habilitan Q11 y Q2 y se desconectan los otros BJT. Eso sale C7y C8se carga a 5V en serie (por lo que deberían imitar una fuente de alimentación de 10V si no me equivoco), y en paralelo con C9. Según tengo entendido, en este momento se debe cargar C9 hasta llegar a 10V (ignorando pérdidas).
  • Cuando las gorras. están en paralelo, están en serie con una resistencia de 220 ohmios ( R34). Eso da una constante de tiempo de 0.439ms( 220 ohms * 2e-6 farads). Dado que el reloj funciona a 2 Hz, creo que deberían tener tiempo más que suficiente para cargar.
  • Cuando los C7y C8están en serie y en paralelo con C9, no hay resistencia, por lo que deberían cargarse C9muy rápido, ¿verdad? La descarga también será muy rápida, pero por ahora solo quiero ver algunos momentos de ~8V en C9.
  • RL es una resistencia utilizada para simular una carga.

El resultado que obtengo C9después de que finaliza la simulación es que permanece en 4V. Si elimino C9 y pruebo el voltaje en C7, cambia entre ~ 4 y ~ 8 V dependiendo de si están en serie o en paralelo debido a la acción del reloj.

(1) ¿Cómo, por ejemplo, se supone que C8 pasa su carga a C9? Tanto Q11 como Q13 no conducirán en la dirección deseada. (Mire las flechas de sus emisores). (3) Si tuviera éxito en poner los condensadores en serie, ¿cómo desaparecería R45 para que "deberían cargar C9 muy rápido"? (3) ¿Cuál es el nivel de voltaje de la señal de 2 Hz? Q2 está conectado como un seguidor de emisor, por lo que si sus 2 Hz tienen un nivel alto de 5 V, entonces el voltaje más alto posible en su emisor es de 4,3 V.
Su idea se ha inventado antes: el circuito se llama bomba de carga. Puede buscar diseños de bombas de carga en Internet.
Busque en Internet 'doblador de voltaje' y verá los circuitos de la bomba de carga. Deberías encontrar un circuito con una frecuencia de onda cuadrada que sale en un controlador push-pull, dos tapas y dos diodos. Puede usar un amplificador operacional de potencia, un controlador de motor, etc. como su controlador push-pull si necesita más corriente. Un temporizador 555 lo hará, pero hay soluciones de energía más elegantes. O usa un regulador elevador y lo hace correctamente.

Respuestas (1)

Su idea se ha inventado antes y funciona: el circuito se llama bomba de carga. Puede encontrar muchos diseños de bombas de carga en Internet. Pueden ser más sencillos que los suyos (ver más abajo).

En cuanto a su pregunta inmediata, ¿por qué el voltaje en C9 no supera los 4 V, a pesar de que el extremo superior de C7 llega hasta los 8 V?

Los transistores no son solo interruptores donde el interruptor se enciende si la base tiene voltaje, se vuelven mucho más complicados que eso. En particular, tenga en cuenta que el transistor detecta el voltaje base en comparación con el emisor , no en comparación con 0V. Si la base es de 5V y el emisor de 4V, el transistor solo detecta un voltaje de base de 1V, no de 5V.

Y eso es exactamente lo que está pasando aquí. Debido a que el voltaje base de Q2 no puede ser superior a 4,54 V (10/11 de 5,0 V), el voltaje del emisor de Q2 no puede superar los 3,9 V antes de que Q2 se apague. Los transistores son dispositivos analógicos, por lo que Q2 encontrará un equilibrio, donde el voltaje base-emisor es exactamente suficiente para evitar que el voltaje del emisor suba más.

Esto se usa en circuitos amplificadores de "seguidor de emisor" o "colector común": el voltaje del emisor rastrea el voltaje base, menos aproximadamente 0.6V. Pero eso no es lo que quieres aquí.

Tenga en cuenta que Q12 no tiene este problema, porque su emisor siempre es 0V. Para una buena conmutación, desea que todos sus transistores sean como Q12. Si desea tener un interruptor conectado a +5 V, también puede usar un transistor PNP, que usa voltajes opuestos, y se encenderá cuando el voltaje base baje de aproximadamente -0.6 V en comparación con el emisor, que se conecta a +5 V. .

Q11 se utiliza en el modo "reversa activa". Cuando está encendido, la corriente fluye del emisor al colector, que está al revés. Los transistores pueden funcionar en este modo, pero no tan bien como lo hacen en el modo habitual de "reenvío activo".

Tenga en cuenta que todo el circuito C8/Q13/Q11/Q12/etc es innecesario. Simplemente puede conectar la parte inferior de C7 a la salida del inversor, a menos que su inversor sea demasiado débil para suministrar la corriente de carga; en esta configuración, toda la corriente de carga sale del inversor. Q10 no necesita conmutación activa y puede ser simplemente un diodo. Q2 tampoco necesita conmutación activa y puede ser solo un diodo. Si realiza estos cambios, se encontrará con algo así como el circuito duplicador de voltaje de la bomba de carga estándar:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Por cierto: también se pueden usar diferentes diseños de bombas de carga para triplicar el voltaje, etc., y para crear voltajes negativos.

Aquí hay un tutorial de CircuitLab (con una simulación de trabajo) sobre cómo construir un duplicador de voltaje muy similar al esquema que dibujó.
@compumike Sin embargo, ese es un circuito diferente: ese solo funciona con CA.
sí, ese es ligeramente diferente, pero podría reorganizarse rápidamente para que coincida con el suyo. Lo acabo de hacer para su conveniencia: Cargue el duplicador de voltaje de la bomba con una simulación de trabajo que coincida con su esquema.
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