Большинство аналоговых электронных цепей требуют двух шин питания для правильной сбалансированной работы; это становится особенно критичным, если мы разрабатываем схемы с операционными усилителями. 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 генерация такого источника питания с напряжением-5 В, как правило, дорогая и неэффективная, если мы используем большое количество дискретных и интегральных компонентов.
Итак, в этом уроке мы узнаем, как создать простую слаботочную двойную цепь питания 5 В и -5 В, которая может питаться от портов USB.
Хотя существует много способов разделения одного напряжения на две шины, их виртуальный потенциал земли не будет постоянным. Если мы используем две батареи для получения напряжения двойной полярности, со временем одна батарея будет разряжаться быстрее, чем другая, и становится трудно поддерживать сбалансированное напряжение двойной полярности. Если вы используете резисторный делитель потенциала, некоторая мощность рассеивается, так как тепло и разделенное будут напряжение нестабильны. Чтобы преодолеть эти проблемы, мы будем использовать микросхему преобразователя напряжения ICL7660 от Renesas.
ICL7660 и ICL7660A - это монолитные КМОП-преобразователи напряжения с подкачкой заряда, 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 комплектации преобразователя отрицательного напряжения, за исключением двух внешних конденсаторов. Работу устройства лучше всего понять по теории идеального преобразователя напряжения, приведенной ниже.
В течение первого полупериода переключатели S1 и S3 замкнуты (переключатели S2 и S4 открыты в течение этого полупериода). Конденсатор С1 заряжается до напряжения V+. Во время второго полупериода работы переключатели S2 и S4 замкнуты (переключатели S1 и S3 открыты в течение этого полупериода). Напряжение на конденсаторе С1 отрицательно сдвигается на V+ вольт. Затем заряд переносится с С1 на С2, при условии идеальных переключателей и отсутствия нагрузки на С2. Таким образом, инвертированное напряжение V+ доступно через C2. Работа ICL7660 и ICL7660A аналогична этой идеальной работе преобразователя напряжения.
Конденсатор C2 должен быть расположен рядом с IC2, чтобы предотвратить защелкивание устройства. Не давайте больше 10 В на ICL7660, 12 В на ICL7660A. Не подключайте клемму низкого напряжения LV к заземлению при напряжении питания более 3,5 В. Буферный конденсатор может быть подключен через входной источник питания, если расстояние между проводом USB и цепью велико. Выходной ток этой цепи ограничен до 40 мА. При токе до 100 мА вместо U1 может использоваться микросхема MAX660.
Полная схема источника питания ± 5В с использованием ICL760 показана ниже. Входное напряжение +5 В может быть получено с любого USB-порта ноутбука / компьютера или зарядного устройства / адаптера.
Цепь основана на микросхеме ICL7660 (U1) вместе с двумя конденсаторами (C1 и C2). Выход 5 В от USB подается на вывод 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, две шины питания 5В доступно на разъеме J2.
Можно смоделировать схему в Proteus, прежде чем реализовать ее в «железе».
Соберите схему на печатной плате или макетной плате в соответствии с принципиальной схемой, показанной выше. Поместите конденсатор C2 как можно ближе к микросхеме U1. После того, как цепь питания 5 В будет собрана, она должна выглядеть примерно так:
Чтобы проверить цепь, подключите разъем USB к ноутбуку или к блоку питания. Проверьте выходное напряжение на J2 с помощью мультиметра относительно земли. Оно должно быть в районе -5 В (например, -4,9 В).
© digitrode.ru