Повышающие преобразователи, как и другие импульсные преобразователи, традиционно получают управляющие сигналы от специальной схемы. Однако в последние время наблюдается тенденция к интеграции простейших блоков импульсных источников питания в универсальные устройства, такие как микроконтроллеры. Прекрасным примером этой концепции является микроконтроллер, объединяющий цифровую и аналоговую периферию и упрощающий построение простых источников питания. Дополнительным преимуществом при проектировании источников питания является возможность программирования микроконтроллера, особенно если есть желание поэкспериментировать с источниками.
 |
|
| Рисунок 1. | Эта схема отображает базовую топологию повышающего преобразователя. |
На Рисунке 1 показана простая схема повышающего преобразователя, основанного на использовании микроконтроллера. Базовая топология повышающего преобразователя на Рисунке 1 представляет собой разновидность обратноходовой схемы. При включении MOSFET Q ток, протекающий через дроссель L, начинает линейно нарастать (Рисунок 2), накапливая энергию в дросселе. Основная концепция проста для понимания. MOSFET закрывается раньше, чем дроссель достигнет насыщения. С этого момента дроссель отдает свою энергию в накопительный конденсатор C и нагрузку.
 |
|
| Рисунок 2. | Формы токов, протекающих через ключ и диод в схеме на Рисунке 1. |
Можно разработать простой повышающий преобразователь со следующими параметрами:
VIN = 9 В,
VOUT = 18 В,
RL = 72 Ом,
F = 1/T = 62.5 кГц – частота переключения,
η = 70%,
ΔVDROP = 50 mV,
где
RL – сопротивление нагрузки,
F – частота переключения,
η – КПД,
ΔVDROP – пульсации выходного напряжения.
Произведя некоторые расчеты, можно время включенного состояния tON, ток I, время спада тока tR, и общий период импульсов T выразить через индуктивность дросселя:
Затем рассчитывают пиковый ток дросселя IPEAK и значение индуктивности L:
Наконец, на основании пульсаций напряжения находят величину емкости:
Обратите внимание, что номиналы немного изменены для использования доступных в продаже дросселя 33 мкГн и конденсатора 220 мкФ. Отличие в величине индуктивности поглощается мертвым временем, как и потери мощности.
Схема управления может быть реализована в различных формах, особенно если выбрать такое устройство, как микроконтроллер PIC16C782. В нем реализован набор аналоговых периферийных устройств и блок ШИМ смешанных сигналов. Из показанной на Рисунке 3 схемы видно, что, за исключением драйвера полевого транзистора, основные элементы управления – аналогового и ШИМ – содержатся в PIC16C782. В этой управляющей схеме сочетаются аналоговое управление током и программное управление напряжением. Интересной частью является программа, расположенная непосредственно в цепи обратной связи по напряжению контура управления. С помощью программы можно изменять динамику работы контура управления, меняя функции в программе. Возможно, удастся разработать адаптивную систему управления мощностью, в которой фаза и коэффициент усиления будут регулироваться в соответствии с требованиями системы.
 |
|
| Рисунок 3. | Микроконтроллер содержит все элементы, необходимые для управления повышающим преобразователем. |
Размещение микропрограммы в контуре управления – не единственный вариант контроля системы; для этого можно использовать комбинацию программных и аппаратных средств. Поскольку аналоговая информация доступна микроконтроллеру, а аналоговыми функциями можно управлять внутри устройства PIC16C782, имеется возможность контролировать характеристики и работу активной системы. По сути, система приобретает функции самодиагностики для проверки устойчивости, тока нагрузки, условий на входе и выходе и всего остального, что может потребоваться системе. Можно также получать информацию о системе через последовательный порт или каким-либо другим способом, направляя данные на терминал или дисплей компьютера. Еще лучше то, что встроенная программа позволяет изменять функции без изменения аппаратной части. Такой подход облегчает экспериментирование; можно просто менять прошивку, а не проводить часы в лаборатории, добавляя или меняя детали.
 |
|
| Рисунок 4. | Рабочий пример повышающего преобразователя, в котором реализована базовая топология Рисунка 1, показывает коэффициент заполнения (вверху) и изменение тока (внизу) в схеме на Рисунке 1. |
На Рисунках 4 и 5 приведены осциллограммы рабочего примера повышающего преобразователя, в котором реализованы базовая топология Рису 1 и блок управления Рисунка 3. Время включенного состояния ключа равно приблизительно 5.9 мкс. Пиковый ток дросселя равен 0.3 мВ × 0.2 Ом = 1.5 А (Рисунок 4). Выходное напряжение на нагрузке 72 Ом равно 18 В (Рисунок 5). КПД составляет примерно 90%. Представленные здесь идеи проектирования и управления повышающим преобразователем – лишь некоторые из множества возможных вариантов использования устройства PIC16C782.
 |
|
| Рисунок 5. | Коэффициент заполнения (вверху) и выходное напряжение (внизу) схемы на Рисунке 1. |
Купить PIC16C782 на РадиоЛоцман.Цены
