Dans cet article, nous apprenons à créer quelques circuits doubleurs de tension CC à CC simples en utilisant un seul IC 4049 et IC 555 avec quelques autres composants passifs.

Si vous vous demandez comment un simple IC 555 peut être utilisé pour créer un puissant circuit doubleur de tension, cet article vous aidera à comprendre les détails et à construire la conception à la maison.

Qu'est-ce qu'un doubleur de tension

Un doubleur de tension est un circuit qui utilise uniquement des diodes et des condensateurs pour élever une tension d'entrée dans une sortie de tension plus élevée, deux fois la magnitude de l'entrée.

Si vous êtes nouveau dans le concept de doubleur de tension et que vous souhaitez apprendre le concept en profondeur, nous avons un bon article élaboré dans ce site Web expliquant les différents circuits multiplicateurs de tension pour votre référence.

Le concept de multiplicateur de tension a été découvert et utilisé pratiquement pour la première fois par les physiciens britanniques et irlandais John Douglas Cockcroft et Ernest Thomas Sinton Walton, d'où il est également appelé le Générateur Cockcroft – Walton (CW).

Un bon exemple de conception d'un multiplicateur de tension peut être étudié à travers cet article qui exploite le concept de générer de l'air ionisé pour purifier l'air dans les maisons .

Un circuit doubleur de tension est également une forme de multiplicateur de tension où l'étage diode / condensateur est limité à quelques étages uniquement, de sorte que la sortie est autorisée à produire une tension qui peut être le double de la tension d'alimentation.

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Etant donné que tous les circuits multiplicateurs de tension nécessitent obligatoirement une entrée CA ou une entrée pulsée, un circuit oscillateur devient indispensable pour obtenir les résultats.

Détails du brochage de l'IC 555

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Schéma de circuit du doubleur de tension utilisant IC 555

En se référant à l'exemple ci-dessus, nous pouvons voir un circuit IC 555 configuré comme un étage multivibrateur astable, qui est en fait une forme d'oscillateur, et est conçu pour produire un courant continu pulsé (ON / OFF) à sa broche de sortie n ° 3.

Si vous vous souvenez, nous avions discuté un circuit de torche LED sur ce site Web, qui utilise de manière assez identique un circuit doubleur de tension, bien que la section oscillateur soit créée à l'aide de portes IC 4049.

Fondamentalement, vous pouvez remplacer l'étage IC 555 par n'importe quel autre circuit d'oscillateur et obtenir toujours l'effet de doublement de tension.

Cependant, l'utilisation de l'IC 555 présente un léger avantage car cet IC est capable de générer plus de courant que tout autre circuit oscillateur basé sur IC sans utiliser d'étage d'amplification de courant externe.

Fonctionnement de la scène du doubleur de tension

Comme on peut le voir dans le schéma ci-dessus, la multiplication de tension réelle est mise en œuvre par l'étage D1, D2, C2, C3, qui sont configurés comme un réseau multiplicateur de tension à 2 étages en demi-pont.

Simuler cette étape en réponse à la situation de la broche n ° 3 de l'IC 555 peut être un peu difficile, et j'ai encore du mal à le faire fonctionner correctement dans mon cerveau.

Selon ma simulation mentale, le fonctionnement de l'étage doubleur de tension mentionné peut être expliqué comme indiqué dans les points suivants:

Lorsque la broche de sortie n ° 3 du circuit intégré est à son niveau logique bas ou au niveau de la terre, D1 est capable de charger C2, car il est capable de se polariser en direct via C2 et le potentiel négatif de la broche n ° 3, également simultanément C3 est chargé via D1 et D2 .
Maintenant, dans l'instant suivant, dès que la broche n ° 3 devient à logique élevée ou au potentiel d'alimentation positif, les choses deviennent légèrement confuses.
Ici, C2 est incapable de se décharger via D1, nous avons donc une sortie de niveau d'alimentation de D1, de C2 et de C3 également.
De nombreux autres sites en ligne disent qu'à ce stade, la tension stockée à l'intérieur de C2 et le positif de D1 sont censés se combiner avec la sortie de C3 pour produire une tension doublée, mais cela n'a pas de sens.
Car, lorsque les tensions se combinent en parallèle, la tension nette n'augmente pas. Les tensions doivent se combiner en série pour provoquer l'augmentation souhaitée ou l'effet de doublement.
La seule explication logique qui peut être déduite est que, lorsque la broche n ° 3 devient haute, le négatif de C2 étant au niveau positif et son extrémité positive également maintenue au niveau de l'alimentation, il est forcé de produire une impulsion de charge inverse qui s'additionne avec le C3 charge, provoquant un pic de potentiel instantané ayant une tension de crête deux fois celle du niveau d'alimentation.

Si vous avez une explication meilleure ou techniquement plus correcte, n'hésitez pas à l'expliquer à travers vos commentaires.

Combien de courant?

La broche n ° 3 du circuit intégré est assignée pour fournir un courant maximum de 200 mA, par conséquent, le courant de crête maximal peut être attendu à ce niveau de 200 mA, mais les pics deviendront plus étroits en fonction des valeurs C2, C3. Des condensateurs de valeur plus élevée peuvent permettre un transfert de courant plus complet à travers la sortie, assurez-vous donc que les valeurs C2, C3 sont sélectionnées de manière optimale, environ 100uF / 25V suffiront

Une application pratique

Bien qu'un circuit doubleur de tension puisse être utile pour de nombreuses applications de circuits électroniques, une application basée sur le loisir pourrait consister à éclairer une LED haute tension à partir d'une source basse tension, comme indiqué ci-dessous:

Circuit doubleur de tension IC 555 avec LED

Dans le schéma ci-dessus, nous pouvons voir comment le circuit est utilisé pour éclairer une ampoule LED 9V à partir d'une source d'alimentation 5V, ce qui serait normalement impossible si le 5V était directement appliqué sur la LED.

Relation entre la fréquence, PWM et le niveau de sortie de tension

La fréquence de tout circuit doubleur de tension n'est pas cruciale, mais une fréquence plus rapide vous aidera à obtenir de meilleurs résultats que des fréquences plus lentes.

De même pour la gamme PWM, le cycle de service doit être d'environ 50%, des impulsions plus étroites entraîneront une baisse courant à la sortie , alors que des impulsions trop larges ne permettront pas aux condensateurs concernés de se décharger de manière optimale, ce qui entraîne à nouveau une puissance de sortie inefficace.

Dans le circuit astable IC 555 discuté, le R1 peut être n'importe où entre 10K et 100K, cette résistance avec le C1 décide de la fréquence. C1 peut par conséquent être n'importe où entre 50 nF et 0,5 uF.

R2 vous permettra fondamentalement de contrôler le PWM, donc cela peut être transformé en une résistance variable via un pot 100K.

Utilisation des portes IC 4049 NOT

Le circuit CMOS IC suivant peut être utilisé pour doubler toute tension de source CC (jusqu'à 15 V CC). La conception présentée doublera toute tension entre 4 et 15 V CC et pourra faire fonctionner des charges à un courant ne dépassant pas 30 mA.

Comme on peut le voir sur le schéma, ce circuit doubleur de tension continue n'emploie qu'un seul circuit intégré 4049 pour obtenir le résultat proposé.

Brochage IC 4049

Fonctionnement du circuit

L'IC 4049 a six portes en tout qui sont toutes efficaces pour générer les actions de doublement de tension discutées. Deux des portes sur les six sont configurées comme un oscillateur.

L'extrême gauche du diagramme montre la section de l'oscillateur.

La résistance de 100 K et le condensateur 0,01 forment les composants de base de détermination de la fréquence.
Une fréquence est impérativement requise si une action de pas de tension doit être mise en œuvre, donc ici aussi l'implication d'un oscillateur devient nécessaire.

Ces oscillations deviennent utiles pour initialiser la charge et la décharge d'un ensemble de condensateurs en sortie qui revient à multiplier la tension aux bornes de l'ensemble de condensateurs de telle sorte que le résultat devienne le double de la tension d'alimentation appliquée.

Cependant, la tension de l'oscillateur ne peut pas être appliquée de préférence directement aux condensateurs, mais plutôt à travers un groupe de portes du circuit intégré disposées en parallèle.

Ces grilles parallèles produisent ensemble une bonne mise en mémoire tampon de la fréquence appliquée à partir des grilles du générateur de sorte que la fréquence résultante est plus forte par rapport au courant et ne faiblit pas avec des charges relativement plus élevées aux sorties.

Mais en gardant toujours à l'esprit les spécifications d'un circuit intégré CMOS, la capacité de traitement du courant de sortie ne peut pas être supérieure à 40 mA.

Des charges plus élevées que cela entraîneront la détérioration du niveau de tension vers le niveau d'alimentation.

Les valeurs du condensateur de sortie peuvent être augmentées à 100 uF pour obtenir des niveaux d'efficacité raisonnablement plus élevés du circuit.

Avec 12 volts comme entrée d'alimentation du circuit intégré, une sortie d'environ 22 volts peut être acquise à partir de ce circuit doubleur de tension basé sur IC 4049.