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Ladungspumpen


engl. charge pump

Dienen der Vervielfachung einer Spannung und/oder der Umpolung einer Spannung. Eine Besonderheit von Ladungspumpen ist, dass diese ohne Induktivitäten aufgebaut werden können.



Klassische Ladungspumpen zum transformieren einer Wechselspannung.



Ladungspumpe zum anheben einer Wechselspannung in den positiven Bereich.

Schaltungssimulation der Villard-Schaltung.

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Die Ausgangsspannung U_A(t) ist die Eingangsspannung U_E(t), die um die Amplitude von U_E(t) angehoben (Offset) wurde, abzüglich der Vorwärtsspannung einer Diode U_D .

Latex formula: U_A(t) = U_E(t) + \hat U_E - U_D


Weiterführende Quellen:



Umwandeln einer Wechselspannung in Gleichspannung.

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Simulationsergebnisse:
ua: MAX(v(out))=8.65947 FROM 0 TO 0.1
ud: MAX(v(z)-v(out))=0.664004 FROM 0.08 TO 0.1

Eingangsspannungsamplitude: U_E = 5 V
Diodenvorwärtsspannung: U_D = 0.664 V

Aus der Schaltung hergeleitete Formel:

Latex formula: U_A = 2 \cdot (\hat U_E - U_D)

Berechnete Ausgangsspannung: 8,672
Simulierte Ausgangsspannung: 8.660



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Simulationsergebnisse:
uab: MAX(v(a)-v(b))=9.684 FROM 0 TO 0.1
ua: MAX(v(a))=4.85305 FROM 0 TO 0.1
ub: MIN(v(b))=-4.85308 FROM 0 TO 0.1


Nuehrmann1998, Band 3, S. 2586
Rose1996, S. 240




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vo1: MAX(v(o1))=19.4829 FROM 0 TO 1.4
vo2: MAX(v(o2))=38.9767 FROM 0 TO 1.4




Ladungspumpen, die mit rechteck-förmigen Spannungen oder Strömen getaktet werden.


Spannungsvervielfachung, Spannungsverdopplung, Spannungsinvertierung

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vo1: MAX(v(o1))=9.67516 FROM 0 TO 1.99994
vo2: MAX(v(o2))=14.4 FROM 0 TO 1.99994

U_B: Betriebspannung (5 V in der Simulation)
U_D: Diodenvorwärtsspannung (Annahme 600 mV)
n : Anzahl der Stufen (Im Beispiel sind es zwei)


Allgemeine Berechnungsgleichung für eine beliebige Anzahl von n Stufen
Latex formula: U_A = U_B - n \cdot (U_B - U_D)

BerechnungSimulation
Stufe 19,4 V9.68 V
Stufe 213,8 V14,4 V


Delon-Schaltung
http://www.sprut.de/electronic/switch/schalt.html


Beispiel:
Kaskadenladungspumpe mit Oszillator von 12 V auf -20 V
Ladungspumpe555 Beispiel-Projekt mit Praxistest






Siehe auch
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