Wiki source for Ladungspumpen
=====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
----
Siehe auch {{backlinks}}
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"}}
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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 .
{{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=
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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
HorowitzHill1996, Teil 1, S. 67
=a=Kaskade=a=
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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
==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
----
Siehe auch {{backlinks}}