2 Circuits doubleurs de tension faciles discutés

Dans cet article, nous apprenons à faire un couple de circuits doubleurs de tension DC à DC simples en utilisant un seul IC 4049 et IC 555 ainsi que quelques autres composants passifs.

Si vous vous demandez comment un simple IC 555 peut être utilisé pour fabriquer un puissant circuit doubleur de tension, alors 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 en une tension de sortie plus élevée, deux fois la magnitude de l’entrée.

Si vous êtes nouveau au concept de doubleur de tension et que vous désirez apprendre le concept en profondeur, nous avons un bon article élaboré dans ce site web expliquant différents circuits de multiplicateur de tension pour votre référence.

Le concept de multiplicateur de tension a été d’abord découvert et utilisé pratiquement 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 pour 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 un couple d’étages seulement, de sorte que la sortie est autorisée à produire une tension qui peut être le double de la tension d’alimentation.

Puisque tous les circuits multiplicateurs de tension nécessitent obligatoirement une entrée en courant alternatif ou une entrée pulsée, un circuit oscillateur devient essentiel pour accomplir les résultats.

Détails du brochage de l’IC 555

Diagramme de circuit du doubleur de tension utilisant l’IC 555

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

Si vous vous souvenez, nous avions discuté d’un circuit de torche LED dans ce site web, qui utilise de manière assez identique un circuit doubleur de tension, bien que la section oscillateur soit créée en utilisant un IC 4049 gates.

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

Cependant, l’utilisation de l’IC 555 a un léger avantage puisque cet IC est capable de générer plus de courant que tout autre circuit oscillateur basé sur l’IC sans utiliser d’étage amplificateur de courant externe.

Comment fonctionne l’étage doubleur de tension

Comme on peut le voir dans le diagramme 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 cet étage en réponse à la situation de la broche #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 donné dans les points suivants :

1. Lorsque la broche de sortie du CI#3 est dans son niveau logique bas ou à la masse, D1 est capable de charger C2, puisqu’il est capable d’être polarisé en avant par C2 et le potentiel négatif de la broche#3, aussi simultanément C3 est chargé via D1, et D2.
2. Maintenant, à l’instant suivant, dès que la broche#3 devient au niveau logique haut ou au potentiel d’alimentation positif, les choses deviennent légèrement confuses.
3. Ici C2 est incapable de se décharger via D1, donc nous avons une sortie de niveau d’alimentation de D1, de C2, et de C3 également.
4. Beaucoup d’autres sites en ligne disent qu’à ce moment-là la tension stockée à l’intérieur de C2, et le positif de D1 est censé se combiner avec la sortie de C3 pour produire une tension doublée, cependant cela n’a pas de sens.
5. Parce que, lorsque les tensions se combinent en parallèle, la tension nette n’augmente pas. Les tensions doivent se combiner en série pour provoquer le boosting désiré ou l’effet de doublement.
6. La seule explication logique qui peut être dérivée est, lorsque la broche#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 à la charge de C3, provoquant une pointe de potentiel instantanée ayant une tension de crête deux fois supérieure à celle du niveau d’alimentation.

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

Combien de courant ?

La broche#3 du CI est assignée pour délivrer un maximum de 200mA de courant, donc on peut s’attendre à ce que le pic de courant maximum soit à ce niveau de 200mA, cependant les pics deviendront plus étroits en fonction des valeurs de C2, C3. Des condensateurs de valeur plus élevée pourraient permettre un transfert de courant plus complet à travers la sortie, donc assurez-vous que les valeurs de C2, C3 sont sélectionnées de manière optimale, environ 100uF/25V sera juste suffisant

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 hobby pourrait être d’illuminer une LED haute tension à partir d’une source basse tension, comme indiqué ci-dessous :

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

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

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

De même pour la gamme PWM, le rapport cyclique devrait être d’environ 50%, des impulsions plus étroites entraîneront un courant plus faible à la sortie, tandis que des impulsions trop larges ne permettront pas aux condensateurs concernés de se décharger de manière optimale, ce qui entraînera 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 ainsi que le C1 décide de la fréquence. C1 peut par conséquent être n’importe où entre 50nF et 0,5uF.

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

Utilisation de portes NOT IC 4049

Le circuit suivant basé sur un IC CMOS peut être utilisé pour doubler n’importe quelle tension de source continue (jusqu’à 15 V DC). La conception présentée doublera n’importe quelle tension entre 4 et 15 V DC et sera capable de faire fonctionner des charges à un courant ne dépassant pas 30 mA.

Comme on peut le voir dans le diagramme, ce circuit doubleur de tension DC emploie juste un seul IC 4049 pour atteindre le résultat proposé.

Pinages du CI 4049

Fonctionnement du circuit

Le CI 4049 possède 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 de 0,01 forment les composants de base déterminant la fréquence.
Une fréquence est impérativement requise si des actions d’étagement de tension doivent être mises en œuvre, donc ici aussi l’implication d’un oscillateur devient nécessaire.

Ces oscillations deviennent utiles pour initier la charge et la décharge d’un ensemble de condensateurs à la sortie, ce 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 provenant de l’oscillateur ne peut pas être de préférence appliquée directement aux condensateurs, plutôt son fait à travers un groupe de portes du CI disposées de manière parallèle.

Ces portes parallèles produisent ensemble un bon tamponnage de la fréquence appliquée à partir des portes 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 CI 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 jusqu’à 100uF pour obtenir des niveaux d’efficacité raisonnablement plus élevés du circuit.

Avec 12 volts comme entrée d’alimentation au CI, une sortie d’environ 22 volts peut être acquise à partir de ce circuit doubleur de tension basé sur le CI 4049.

Liste de pièces

• R1 = 68K,
• C1 = 680pF,
• C2, C3 = 100 uF/ 25V,
• D1, D2 =1N4148,
• N1, N2, N3, N4 = IC 4049,
• LEDs blanches = 3 nos.