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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.
1. Ladungspumpen für Sinus-förmige Wechselspannungen
Klassische Ladungspumpen zum transformieren einer Wechselspannung.
1.1Villard-Schaltung
Ladungspumpe zum anheben einer Wechselspannung in den positiven Bereich.
Schaltungssimulation der Villard-Schaltung.
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 .
Yes
Code: U_A(t) = U_E(t) + \hat U_E - U_D
Weiterführende Quellen:
1.2Grainacher-Schaltung
Umwandeln einer Wechselspannung in Gleichspannung.
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:
Yes
Code: U_A = 2 \cdot (\hat U_E - U_D)
Berechnete Ausgangsspannung: 8,672
Simulierte Ausgangsspannung: 8.660
1.3Zweiweg Grainacher-Schaltung
1.4Delton-Schaltung
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
HorowitzHill1996, Teil 1, S. 67
1.5Kaskade
vo1: MAX(v(o1))=19.4829 FROM 0 TO 1.4
vo2: MAX(v(o2))=38.9767 FROM 0 TO 1.4
2. Getaktete Ladungspumpen
Ladungspumpen, die mit rechteck-förmigen Spannungen oder Strömen getaktet werden.
2.1Kaskade
Spannungsvervielfachung, Spannungsverdopplung, Spannungsinvertierung
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
Yes
Code: U_A = U_B - n \cdot (U_B - U_D)
Berechnung | Simulation | |
Stufe 1 | 9,4 V | 9.68 V |
Stufe 2 | 13,8 V | 14,4 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 •