Предлагаю вниманию читателей усовершенствованный вариант преобразователя напряжения, описанного в моей статье "Маломощный двухполярный преобразователь напряжения" ("Радио", 2017, № 10, с. 15, 16). Новые качества удалось реализовать, использовав свободные ранее выводы микроконтроллера и переделав его программу.
Схема обновлённого преобразователя показана на рис. 1. Как и в исходном варианте, в нём имеется узел "мягкого" пуска преобразователя, состоящий из транзистора VT1, конденсатора C2 и резисторов R5 и R6. Однако затвор транзистора VT1 соединён через резистор R5 с выходом PB3 микроконтроллера, что позволяет программно управлять этим узлом.
Рис. 1. Схема обновлённого преобразователя
Часть плюсового выходного напряжения преобразователя поступает через делитель напряжения из резисторов R1 и R2 для контроля на вход ADC2 микроконтроллера, служащий в данном случае входом встроенного аналогового компаратора. При указанных на схеме номиналах резисторов делителя транзистор VT1 выключает силовую часть преобразователя при выходном напряжении любой полярности менее 6 В, так как при перегрузке минусового выхода снижается и напряжение на плюсовом. Одновременно программа включает светодиод HL1, сигнализируя о неполадке. Для повторного запуска преобразователя необходимо выключить и вновь включить его питание.
Сопротивление резисторов делителя напряжения выбрано исходя из того, что при выходных напряжениях, находящихся в допустимых пределах, напряжение на входе ADC2 должно быть больше 1,1 В, но меньше напряжения питания микроконтроллера. Так что программа микроконтроллера контролирует не ток нагрузки, а выходное напряжение. Выбор такого принципа работы защиты стал возможен вследствие относительно большого внутреннего противления преобразователя и достаточной перегрузочной способности его силовой части.
Преобразователь смонтирован на печатной плате размерами 40x28 мм, изображённой на рис. 2. Она изготовлена из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита. Переходные отверстия, показанные на рис. 2 залитыми, металлизированы или в них вставлены и пропаяны с двух сторон перемычки из отрезков неизолированного провода. Плата рассчитана на установку микроконтроллера ATtiny25-20PU в корпусе DIP-8, для которого предусмотрена панель, танталовых оксидных конденсаторов TECAP в корпусах C и D. Остальные конденсаторы и резисторы типоразмера 1206 для поверхностного монтажа.
Рис. 2. Печатная плата преобразователя и детали на ней
Для уменьшения числа переходных отверстий для выводов трансформатора предусмотрены разнесённые по плате контактные площадки, номера подключаемых к ним выводов трансформатора обозначены на рис. 2 цифрами красного цвета. Сам трансформатор T1 установлен поверх компонентов и зафиксирован каплей клея. Его намоточные данные приведены в упомянутой выше статье.
Конфигурация микроконтроллера DD1 должна быть запрограммирована в соответствии с таблицей. Она предусматривает его тактирование от внутреннего RC-генератора с частотой 8 МГц. Встроенный умножитель тактовой частоты (узел ФАПЧ) не используется, поэтому таймер-счётчик T/C1 работает на основной тактовой частоте. Дело в том, что, проверяя форму выходного напряжения, я обнаружил короткие выбросы, порождаемые работой узла ФАПЧ, и отказался от него, чтобы избежать проблем, связанных с подавлением этих выбросов в готовом устройстве.
Таблица
Старший байт | Младший байт | ||
Разряд | Знач. | Разряд | Знач. |
RSTDISBL | 1 | CKDIV8 | 1 |
DWEN | 1 | CKOUT | 1 |
SPIEN | 0 | SUT1 | 1 |
WOTON | 1 | 5UT0 | 0 |
EESAVE | 1 | CKSEL3 | 0 |
BODLEVEL2 | 1 | CKSEL2 | 0 |
BODLEVEL1 | 1 | CKSEL1 | 1 |
BODLEVEL0 | 1 | CKSEL0 | 0 |
1- не запрограммировано
0 - запрограммировано
После инициализации микроконтроллера и его узлов в программе предусмотрена небольшая (0,5 с) пауза перед включением защиты от перегрузки. Она предотвращает срабатывание защиты во время запуска преобразователя. В процессе работы программа периодически проверяет состояние выхода встроенного компаратора - разряда ACO регистра ACSR. Если ACO=1, она закрывает транзистор VT1, выключая преобразователь. Чтобы выйти из этого состояния, необходимо выключить напряжение питания преобразователя и вновь включить его.
В регистре DTPS1 микроконтроллера задан коэффициент деления предварительного делителя тактовой частоты таймера T/C1. Например, при тактовой частоте 8 МГц, коде 01 в разрядах DTPS11, DTSR10, соответствующем коэффициенту деления 2, и максимальном значении 15 в регистре "мёртвого времени" DT1A (DTVALA согласно tn25def.inc) будут сформированы бестоковые паузы длительностью 2x15/8=3,75 мкс. Оптимальную длительность этих пауз я подбирал опытным путём, ориентируясь на потребляемый преобразователем ток и отсутствие искажений формы импульсов на стоках ключевых транзисторов. При слишком коротких паузах силовые ключи не успевают закрываться, что ведёт к увеличению потребляемого тока, а при слишком длинных паузах появляются искажения, хорошо видимые на осциллограмме рис. 3. Она снята на стоке транзистора VT2.
Рис. 3. Осциллограмма импульсов
На рис. 4 изображена осциллограмма напряжения в той же точке при оптимальных бестоковых паузах. На ней виден и небольшой выброс напряжения в момент закрывания транзистора. В обоих случаях коэффициент отклонения луча по вертикали - 5 В/дел., а скорость развёртки - 5 мкс/дел. Осциллограммы импульсов на стоке транзистора VT3 аналогичны рассмотренным выше, но сдвинуты по оси времени на половину периода повторения.
Рис. 4. Осциллограмма напряжения
Пульсации выходного напряжения преобразователя довольно значительны - 35...70 мВэфф. Изменение ёмкости сглаживающих конденсаторов на пульсации влияет мало, поэтому в предлагаемом варианте преобразователя она уменьшена. Также существенно уменьшена ёмкость конденсатора C2 в узле запуска, что не ухудшило его работу.
Рис. 5. Схема LC-фильтра
Если для устройства, питаемого от преобразователя, потребуется ещё уменьшить пульсации, то сделать это можно с помощью LC-фильтра, схема которого показана на рис. 5, подклю-чив его между преобразователем и нагрузкой. Я использовал в качестве L1 и L2 дроссели EC24-101K индуктивностью 100мкГн. Конденсаторы C7 и C8 - керамические. Этот фильтр при нагрузке каждого выхода резистором сопротивлением 1 кОм понизил пульсации напряжения до 5...10 мВэфф.
Программа микроконтроллера имеется здесь.
Автор: Н. Салимов, г. Ревда Свердловской обл.