=====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.


==a==Ladungspumpen für Sinus-förmige Wechselspannungen==a==

Klassische Ladungspumpen zum transformieren einer Wechselspannung.


=a=Villard-Schaltung=a=

Ladungspumpe zum anheben einer Wechselspannung in den positiven Bereich.

Schaltungssimulation der Villard-Schaltung.

{{image url="images/VillardCirc.png"}}

{{image url="images/VillardGraph.png"}}

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 .

{{lf code="U_A(t) = U_E(t) + \hat U_E - U_D"}}


Weiterführende Quellen:
- [[http://www.spicelab.de/villard.htm Villard-Schaltung]]
- http://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_doubler



=a=Grainacher-Schaltung=a=

Umwandeln einer Wechselspannung in Gleichspannung.

{{image url="images/GreinacherCirc.png"}}

{{image url="images/GreinacherGraph.png"}}

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:

{{lf code="U_A = 2 \cdot (\hat U_E - U_D)"}}

Berechnete Ausgangsspannung: 8,672
Simulierte Ausgangsspannung: 8.660

HorowitzHill1996, Teil 1, S. 68


=a=Zweiweg Grainacher-Schaltung=a=

{{image url="http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/d/dc/Voltage_quadrupler.svg/240px-Voltage_quadrupler.svg.png"}}


HorowitzHill1996, Teil 1, S. 67


=a=Delton-Schaltung=a=

{{image url="images/DeltonCirc.png"}}

{{image url="images/DeltonPlot.png"}}

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


=a=Kaskade=a=

{{image url="images/KaskadeCirc.png"}}

{{image url="images/KaskadeGraph.png"}}

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



==a==Getaktete Ladungspumpen==a==

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

=a=Kaskade=a=

Spannungsvervielfachung, Spannungsverdopplung, Spannungsinvertierung

{{image url="images/Kaskade2circ.png"}}

{{image url="images/Kaskade2plot.png"}}

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
{{lf 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||


[[http://www.spicelab.de/delon.htm 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





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Siehe auch {{backlinks}}