¿Puede ofrecer sugerencias para este circuito de inversión de voltaje?

Lo siento, pero no creo que este sea un gran circuito para lo que estás tratando de hacer. Dijiste que solo necesitas un poco de poder para cosas como el poder negativo para opamps. Eso no debería ser más que unos pocos mA a menos que esté haciendo algo inusual.

Particularmente no me gusta el hecho de que el controlador de onda cuadrada se haya detenido pasivamente. Eso no le dará mucho impulso y desperdiciará mucha energía, como notó cuando se quemó un dedo.

El oscilador no es excelente, ya que usa 2 transistores, 4 resistencias y 2 capacitores solo para hacer un cuadrado básico, y luego a una frecuencia impredecible. También va a tomar algo de poder considerando los pullups de 470 ohmios. Hay formas más fáciles, más eficientes y más predecibles de hacer una onda cuadrada solo para hacer funcionar una bomba de carga. Sin embargo, en este caso, parece que está haciendo su trabajo lo suficientemente bien y este no es su problema.

Alguien más sugirió cambiar Q3 / R5 a una unidad de tótem. No estoy de acuerdo con eso, ya que la conducción será difícil para evitar que ambos transistores se activen al mismo tiempo. Hay formas de hacerlo, pero no lo recomiendo a alguien que viene aquí para hacer preguntas básicas sobre una bomba de carga.

En cambio, sugiero reemplazar Q3 y R5 con un seguidor de emisor complementario. Use un par complementario, como 2N4401 / 4403 o muchos otros. Las dos bases están unidas y accionadas desde la salida del oscilador. Los dos emisores están unidos y son la salida que impulsa a C3. El colector de la NPN va a Vcc y el colector de la PNP a tierra. Eso será básicamente un búfer de impedancia para la salida del oscilador, de modo que pueda impulsar más potencia. Perderá 2 caídas de voltaje de unión en el proceso, pero si solo desea un suministro de opamp negativo para que los opamps tengan espacio para la salida a tierra, debería ser suficiente. Puedes recuperar algo del voltaje perdido cambiando los dos diodos a Schottkeys.

También como han dicho otros, aumenta la frecuencia de conmutación. La salida de corriente de una bomba de carga es directamente proporcional a la frecuencia de conmutación.

Un truco que he usado varias veces exactamente en esta situación (el suministro negativo para el espacio libre opamp a 0 V) es usar un pin de salida del oscilador del microcontrolador para impulsar el seguidor del emisor directamente. Si tienes un micro en el circuito, esta señal usualmente está disponible de forma gratuita o al costo de usar un solo pin. A veces uso un PIC 10F204 para ejecutar una fuente de alimentación. Estos se han incorporado en los osciladores de 4MHz, y los pines de salida del oscilador se activan a 1MHz. Eso es perfecto para conducir el par de seguidores emisores que luego impulsa la bomba de carga.

Puede ver un ejemplo de esto en la página 3 de mi esquema USBProg enlace . El PIC está ejecutando una fuente de alimentación de conmutación para hacer 17V, y GP0 se configura como el oscilador de 1 MHz / salida 4 que impulsa la bomba de carga en la esquina inferior derecha. En este caso usé diodos de silicio regulares y obtuve -2.2V. Schottkeys habría cedido un poco más, pero -2.2V estaba bien. Tenga en cuenta que las tapas de la bomba de carga eran de cerámica. Realmente no usaría electrolíticos en su caso, especialmente si aumenta la frecuencia de conmutación.

No he modelado esto pero probaría frecuencias de conmutación más altas. Si no se opone a usar un IC discreto, puede usar un temporizador 555 o similar para permitir un ajuste más fácil de la frecuencia del oscilador. Entonces, de nuevo, si no se opusiera a los CI discretos, asumí que en primer lugar estaría usando una bomba de carga invertida o algo similar ...

Es necesario que cargue completamente C3 durante el tiempo alto del oscilador. El valor de R5 también entrará en juego aquí, pero en general, cuanto más rápido se puede cargar y descargar C3, más se cobra su transferencia y más corriente puede proporcionar.

También puede pasar a diodos con menor caída de tensión directa, lo más probable es que los diodos schottky tengan la clasificación adecuada. Esto reducirá la caída de voltaje, que tiene un par de ventajas, como estar más cerca de una verdadera inversión de Vcc y cargar C3 más rápido al aumentar la caída de voltaje cuando el oscilador está alto. Ahora mismo está limitado a - (Vcc-2) para su salida debido a las dos caídas de diodos. Esto podría reducirse a algo más cercano a - (Vcc-1) o inferior con diodos schottky. Tenga en cuenta que este es un valor teórico máximo, en la práctica hay varias cosas en este circuito que podrían limitar el voltaje de salida real.

Si no es parcial con esta topología, puede deshacerse de todos los diodos e ir con una topología de bomba de carga más común, utilizando transistores y un reloj para controlar el ciclo de carga / descarga.

  

Una cosa que he notado es que no   al igual que las cargas de baja impedancia en él -   La tensión de salida a través de la carga.   cae en una cantidad notable en comparación   con una carga de alta impedancia (que puede   solo sé yo aunque).

Por supuesto, se puede construir un suministro no regulado. Si necesita un voltaje constante, deberá agregar un regulador después de este inversor. También hay un límite a la cantidad de carga que puede empujar a través de C3, lo que limita la corriente de salida.

EDITAR: Reemplazo de R5 con un FET de canal P:

Esto reemplaza R5 con un FET complementario. Idealmente Q3 / Q4 son pares emparejados o complementarios. Puede obtener paquetes individuales con ambos mosfets dentro, estos tienen la mejor coincidencia. Para esta aplicación, probablemente no es necesario que estén perfectamente combinados a menos que planifiques aumentar la corriente.

Es posible que aún desee una pequeña resistencia en el lado alto (fuente del canal de p) para permitir el control de la constante de tiempo del capacitor. Sin ningún tipo de resistencia, el pico de corriente en Vcc podría ser alto, solo limitado por Rd en el mosfet. Tampoco sé qué tipo de condensador C3 es, pero algunos tipos podrían ser destruidos por las puntas actuales sin una resistencia que lo limite.

Realmente no me gusta el uso de un pull-up pasivo (R5). Le sugiero que coloque un PFET en serie con R5, y lo conecte con el mismo voltaje que Q3 (para que cambie en los momentos opuestos). El uso de un transistor adicional permitiría que R5 fuera mucho más pequeño, lo que mejoraría en gran medida la eficiencia del circuito.

En estado estable, C4 tendrá una corriente promedio cero a través de él, por lo que su corriente de salida está limitada por la cantidad de energía que se puede almacenar en C3 durante su período de carga. Cuando C3 se está cargando, la corriente de salida será suministrada por C4, y en la otra mitad del período, C3 debe suministrar corriente a la carga y reponer la carga en C4. La mitad de 166 Hz es 83, y la energía almacenada en C3 en medio período de conmutación es aproximadamente \ $ \ frac {1} {2} C (V-0.6) ^ 2 \ $. Suponiendo que el suministro es de 5 voltios, lo que da unos 20 mW, pero la mitad de la energía debe ir a la reposición de C4, por lo que la potencia de salida real disponible sería de unos 10 mW. Más que eso, y el circuito ya no estará en estado estable y la tensión de salida comenzará a disminuir. Para obtener más potencia de salida, deberá aumentar el tamaño de los condensadores y aumentar la frecuencia de conmutación. Edición: lo anterior tampoco tiene en cuenta el efecto de la ESR de los condensadores.

Además, R5 es un asesino de gran eficiencia. ¡Está quemando 2.5 vatios cuando el MOSFET está encendido para suministrar milivatios de potencia de salida! Debería considerar reemplazarlo con un MOSFET complementario.