Двухтактный стабилизированный преобразователь

Устройство, которое описал автор в своей статье [1], имеет недостаток. Его выходное напряжение не стабилизировано и поэтому изменяется пропорционально напряжению питания и довольно сильно зависит от нагрузки. Сегодня он предлагает читателям усовершенствованный вариант этого преобразователя со стабилизацией выходного напряжения программными средствами.

Предлагаемый преобразователь представляет собой полноценный двухполярный источник питания со стабилизацией выходного напряжения. Его схема показана на рис. 1 . Она мало отличается от опубликованной в [1] - добавлена стабилизирующая обратная связь, для чего общий провод выходных напряжений +15 В и -15 В соединён с общим проводом преобразователя (минусом его источника питания), и часть плюсового выходного напряжения с движка подстроечного резистора R2 поступает на линию PB2 микроконтроллера, программно сконфигурированную как инвертирующий вход встроенного в микроконтроллер компаратора напряжения. Вместо этой линии для формирования импульсов, управляющих одним из полевых транзисторов выходной двухтактной ступени преобразователя, использована линия PB3. Введена также съёмная перемычка S1, удаляя которую, отключают питание выходной ступени во время программирования микроконтроллера. Номиналы резисторов и конденсаторов, имевшихся в предыдущей конструкции, остались прежними.

Рис. 1. Схема преобразователя

Конфигурацией микроконтроллера, которая должна соответствовать табл. 1 , задано его тактирование частотой встроенного генератора 16 МГц, умноженной на четыре встроенным узлом ФАПЧ. Поэтому процессор микроконтроллера работает с тактовой частотой 64 МГц. Частота 16 МГц служит тактовой для таймера T1, работающего в режиме ШИМ и генерирующего импульсы с программируемыми частотой повторения и коэффициентом заполнения. Для управления транзисторами VT2 и VT3 использованы оба его канала ШИМ. В канале А действует его прямой выход OC1A (PB1), в канале В - инверсный выход OC1B (PB3). Нужную для предотвращения "сквозного" тока через транзисторы VT2 и VT3 паузу между спадающим перепадом импульса на одном выходе и нарастающим перепадом на другом обеспечивает включённый блок DTG (англ. Dead Time Generator - генератор "мёртвого" времени) микроконтроллера. Подробнее о работе таймера в режиме ШИМ и блока DTG можно узнать в [2].

Таблица 1

1 - не запрограммировано, 0 - запрограммировано.

Использование двух каналов ШИМ позволяет регулировать выходное напряжение преобразователя, изменяя коэффициент заполнения импульсами периода их повторения. Сигнал обратной связи с движка переменного резистора R2 поступает, как уже было сказано, на инвертирующий вход компаратора. К его неинвертирующему входу подключён внутренний источник образцового напряжения 1,1 В. Программа проверяет в разряде ACO регистра ACSR состояние выхода компаратора. Если ACO=1, выходное напряжение меньше номинального, поэтому программа увеличивает содержимое регистра OCR0A, а содержимое регистра OCR0B уменьшает. При ACO=0 выходное напряжение больше номинального, программа содержимое буферного регистра OCR0A уменьшает, а регистра OCRB увеличивает. Проверка состояния разряда ACO регистра ACSR выполняется с частотой 16 МГц, с такой же частотой изменяется и содержимое буферных регистров сравнения.

Программа также проверяет содержимое буферных регистров сравнения. По достижении граничного значения дальнейшее изменение содержимого регистра в туже сторону не происходит. Константам, задающим пределы, присвоены следующие значения: U_max = 80 для обоих каналов, U_{min A} = 10 для канала A и U_{min B} = 150 для канала B. При старте программа заносит в регистр OCRA значение U_ava = 50, а в регистр OCRB - значение U_avb =110.

Изучая исходный текст программы MODULATOR.asm, обратите внимание, что в ней имена некоторых регистров микроконтроллера отличаются от имеющихся в его документации. Например, регистр, называющийся согласно справочным данным DTPS1, назван DTPS, а имена DTPS0 и DTPS1 носят его разряды. Регистры DT1A и DT1B названы в файле DTVALA и DTVALB. Именно так они названы в используемом программой системном файле tn25def.inc, описывающем ресурсы микроконтроллера. Имена из этого же файла выведены в окне I/O View системы разработки AVR Studio. Если в программе называть регистры и их разряды другими именами, ассемблер зафиксирует ошибку.

Печатная плата преобразователя изготовлена по чертежу, изображённому на рис. 2. Подстроечный резистор R2 - многооборотный 3296W.

Рис. 2. Чертёж печатной платы преобразователя

Налаживание преобразователя начните с программирования микроконтроллера. Перед его началом обязательно снимите перемычку S1, а подвижный контакт резистора R2 переместите в верхнее по схеме положение. Завершив программирование, не забудьте поставить перемычку на место, но прежде чем подавать на преобразователь напряжение питания, обязательно подключите к его выходам нагрузку - два резистора сопротивлением по 1 кОм.

Прежде всего проверьте наличие импульсов на затворах транзисторов VT2 и VT3. Затем подстроечным резистором R2 установите на выходе преобразователя напряжение +15 В. Таким же по абсолютному значению должно стать и напряжение на выходе -15 В. Далее можно проверить стабильность выходного напряжения под влиянием изменения нагрузки, а также вычислить КПД преобразователя. Приведённые в табл. 2 сведения получены при испытании преобразователя с трансформатором T1, намотанным на ферритовом кольце К10х6х4 мм, первичная обмотка которого содержит (11 + 11) витков, вторичная - (39+39) витков.

Таблица 2

Программа микроконтроллера имеется здесь.

Литература

1. Салимов Н. Маломощный двухполярный преобразователь напряжения. - Радио, 2017, № 10, с. 15, 16.

2. ATtiny25/V / ATtiny45/V / ATtiny85/V. Atmel 8-bit AVR Microcontroller with 2/4/8K Bytes In-System Programmable Flash. - URL: http://www.atmel.com/Images/atmel-2586-avr-8-bit-microcontroller-attiny25-attiny45-attiny85_datasheet.pdf (19.09.17).

Автор: Н. Салимов, г. Ревда Свердловской обл.