En este artículo, aprendemos cómo hacer un par de circuitos duplicadores de voltaje CC a CC simples usando un solo IC 4049 e IC 555 junto con algunos otros componentes pasivos.
Si se está preguntando cómo se puede usar un IC 555 simple para hacer un circuito duplicador de voltaje poderoso, este artículo lo ayudará a comprender los detalles y construir el diseño en casa.
¿Qué es un doblador de voltaje?
Un duplicador de voltaje es un circuito que usa solo diodos y capacitores para elevar un voltaje de entrada a una salida de voltaje más alto, el doble de la magnitud de la entrada.
Si es nuevo en el concepto de duplicador de voltaje y desea aprender el concepto en profundidad, tenemos un buen artículo elaborado en este sitio web que explica diferentes circuitos multiplicadores de voltaje para tu referencia.
El concepto de multiplicador de voltaje fue descubierto y utilizado prácticamente por los físicos británicos e irlandeses John Douglas Cockcroft y Ernest Thomas Sinton Walton, de ahí que también se le llame Generador Cockcroft – Walton (CW).
Un buen ejemplo de un diseño de multiplicador de voltaje se puede estudiar a través de este artículo que explota el concepto de generar aire ionizado para purificar el aire en los hogares .
Un circuito duplicador de voltaje también es una forma de multiplicador de voltaje donde la etapa de diodo / capacitor está restringida a un par de etapas solamente, de modo que se permite que la salida produzca un voltaje que puede ser el doble del voltaje de suministro.
Dado que todos los circuitos multiplicadores de voltaje requieren obligatoriamente una entrada de CA o una entrada pulsante, un circuito oscilador se vuelve esencial para lograr los resultados.
Detalles de los pines del IC 555
Diagrama de circuito del duplicador de voltaje usando IC 555
En referencia al ejemplo anterior, podemos ver un circuito IC 555 configurado como una etapa multivibrador astable, que en realidad es una forma de oscilador, y está diseñado para producir una CC pulsante (ON / OFF) en su pin de salida # 3.
Si recuerdas, habíamos discutido un circuito de antorcha LED en este sitio web, que utiliza de manera bastante idéntica un circuito duplicador de voltaje, aunque la sección del oscilador se crea usando puertas IC 4049.
Básicamente, puede reemplazar la etapa IC 555 con cualquier otro circuito oscilador y aún así obtener el efecto de duplicación de voltaje.
Sin embargo, el uso de IC 555 tiene un ligero beneficio, ya que este IC puede generar más corriente que cualquier otro circuito oscilador basado en IC sin utilizar ninguna etapa de amplificación de corriente externa.
Cómo funciona la etapa del duplicador de voltaje
Como se puede ver en el diagrama anterior, la multiplicación de voltaje real se implementa mediante la etapa D1, D2, C2, C3, que están configuradas como una red multiplicadora de voltaje de 2 etapas de medio puente.
Simular esta etapa en respuesta a la situación del pin # 3 del IC 555 puede ser un poco difícil, y todavía estoy luchando para que funcione correctamente en mi cerebro.
Según mi simulación mental, el funcionamiento de la etapa de duplicación de voltaje mencionada se puede explicar como se indica en los siguientes puntos:
- Cuando el pin de salida de IC n. ° 3 está en su lógica baja o en el nivel del suelo, D1 puede cargar C2, ya que puede polarizarse hacia adelante a través de C2 y el potencial negativo del pin n. ° 3, también simultáneamente C3 se carga a través de D1 y D2 .
- Ahora, en el siguiente instante, tan pronto como el pin n. ° 3 se vuelve lógico alto o en el potencial de suministro positivo, las cosas se vuelven un poco confusas.
- Aquí C2 no puede descargar a través de D1, por lo que tenemos una salida de nivel de suministro de D1, de C2 y también de C3.
- Muchos de los otros sitios en línea dicen que en este punto se supone que el voltaje almacenado dentro de C2 y el positivo de D1 se combinan con la salida de C3 para producir un voltaje duplicado, sin embargo, eso no tiene sentido.
- Porque, cuando los voltajes se combinan en paralelo, el voltaje neto no aumenta. Los voltajes deben combinarse en serie para causar el efecto de aumento o duplicación deseado.
- La única explicación lógica que se puede derivar es que, cuando el pin # 3 se vuelve alto, el negativo de C2 está en el nivel positivo y su extremo positivo también se mantiene en el nivel de suministro, se ve obligado a producir un pulso de carga inversa que se suma al C3 carga, provocando un pico de potencial instantáneo que tiene un voltaje máximo dos veces mayor que el nivel de suministro.
Si tiene una explicación mejor o técnicamente más correcta, no dude en explicarla a través de sus comentarios.
¿Cuánta corriente?
El pin n. ° 3 del IC está asignado para entregar un máximo de corriente de 200 mA, por lo tanto, se puede esperar que la corriente pico máxima esté en este nivel de 200 mA; sin embargo, los picos se volverán más estrechos dependiendo de los valores C2, C3. Los capacitores de valor más alto pueden permitir una transferencia de corriente más completa a través de la salida, por lo tanto, asegúrese de que los valores C2, C3 estén seleccionados de manera óptima, alrededor de 100uF / 25V será suficiente
Una aplicación práctica
Aunque un circuito duplicador de voltaje puede ser útil para muchas aplicaciones de circuitos electrónicos, una aplicación basada en un pasatiempo podría ser iluminar un LED de alto voltaje desde una fuente de bajo voltaje, como se muestra a continuación:
En el diagrama de circuito anterior, podemos ver cómo se usa el circuito para iluminar una bombilla LED de 9V desde una fuente de alimentación de 5V, lo que normalmente sería imposible si los 5V se aplicaran directamente en el LED.
Relación entre frecuencia, PWM y el nivel de salida de voltaje
La frecuencia en cualquier circuito duplicador de voltaje no es crucial, sin embargo, una frecuencia más rápida lo ayudará a obtener mejores resultados que las frecuencias más lentas.
De manera similar, para el rango PWM, el ciclo de trabajo debe ser aproximadamente del 50%, los pulsos más estrechos causarán corriente en la salida , mientras que los pulsos demasiado anchos no permitirán que los capacitores relevantes se descarguen de manera óptima, lo que nuevamente resultará en una potencia de salida ineficaz.
En el circuito astable IC 555 discutido, el R1 puede estar en cualquier lugar entre 10K y 100K, esta resistencia junto con el C1 decide la frecuencia. En consecuencia, C1 puede estar entre 50 nF y 0,5 uF.
R2 fundamentalmente le permitirá controlar el PWM, por lo tanto, esto se puede convertir en una resistencia variable a través de una olla de 100 K.
Usando puertas IC 4049 NOT
El siguiente circuito basado en CMOS IC se puede utilizar para duplicar cualquier voltaje de fuente de CC (hasta 15 V CC). El diseño presentado duplicará cualquier voltaje entre 4 y 15 V CC y podrá operar cargas a una corriente no superior a 30 mA.
Como se puede ver en el diagrama, este circuito duplicador de voltaje de CC emplea solo un IC 4049 para lograr el resultado propuesto.
Clavijas de IC 4049
Operación del circuito
El IC 4049 tiene seis puertas en total las cuales son todas efectivamente para generar las acciones de duplicación de voltaje discutidas. Dos de las puertas de las seis están configuradas como oscilador.
El extremo izquierdo del diagrama muestra la sección del oscilador.
La resistencia de 100 K y el condensador de 0,01 forman los componentes básicos que determinan la frecuencia.
Se requiere imperativamente una frecuencia si es necesario implementar acciones de escalonamiento de voltaje, por lo tanto, aquí también se hace necesaria la participación de un oscilador.
Esta oscilación resulta útil para iniciar la carga y descargar un conjunto de condensadores en la salida, lo que equivale a multiplicar el voltaje en el conjunto de condensadores de tal manera que el resultado se convierte en el doble del voltaje de suministro aplicado.
Sin embargo, la tensión del oscilador no se puede aplicar preferiblemente directamente a los condensadores, sino que se hace a través de un grupo de puertas del IC dispuestas en paralelo.
Estas puertas paralelas juntas producen una buena amortiguación de la frecuencia aplicada desde las puertas del generador de modo que la frecuencia resultante es más fuerte con respecto a la corriente y no vacila con cargas relativamente más altas en las salidas.
Pero aún teniendo en cuenta las especificaciones de un IC CMOS, no se puede esperar que la capacidad de manejo de la corriente de salida sea mayor a 40 mA.
Cargas más altas que esto resultarán en el deterioro del nivel de voltaje hacia el nivel de suministro.
Los valores del condensador de salida se pueden aumentar a 100 uF para obtener niveles de eficiencia razonablemente más altos del circuito.
Con 12 voltios como entrada de suministro al IC, se puede adquirir una salida de alrededor de 22 voltios de este circuito duplicador de voltaje basado en IC 4049.
Lista de partes
- R1 = 68 K,
- C1 = 680pF,
- C2, C3 = 100 uF / 25V,
- D1, D2 = 1N4148,
- N1, N2, N3, N4 = IC 4049,
- LEDs White = 3 nos.
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