Схема дистанционной регулировки выходного напряжения источника питания

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2016

Chee Hua How

EDN

В этой статье описывается схема, позволяющая регулировать выходное напряжение источника питания, контролировать недо- и перенапряжение, отслеживать режимы нагрузки, программировать напряжение и выполнять ряд других функций.

Представленная на Рисунке 1 схема способна в двух направлениях подстраивать выходное напряжение источника питания путем управления величиной и направлением тока, вытекающего из узла обратной связи или втекающего в него. Схема может управляться либо вручную с помощью переключателей, либо дистанционно с использованием трех цифровых сигналов: S1 (STEP), S2 (RESET) и S3 (U/D).

Каждый положительный фронт на S1 увеличивает или уменьшает V_O на один шаг (в этой схеме – примерно на 95 мВ). S3 управляет направлением регулировки (больше/меньше), а S2 сбрасывает V_O в номинальное значение V_O(NOMINAL).

Одновибратор U4B обеспечивает:

1. Приращение на один шаг за одно нажатие (устраняет дребезг S1).
2. Период ожидания, достаточный для реакции схемы защиты регулируемого источника питания.

Секция регулировки, состоящая из усилителей U5 и U6, образует управляемый напряжением источник втекающего/вытекающего тока. U3B и U3C сдвигают опорную точку этого источника таким образом, чтобы:

1. Опорная точка совпала со значением V_{REF_PS}. Это означает, что в нейтральном положении (после сброса) V_W = ½V_REF1 ≈ V_REF2, I_TRIM ≈ 0 и V_O ≈ V_O(NOMINAL).
2. Питающаяся от единственного источника схема может вырабатывать как втекающий, так и вытекающий ток.

Дифференциальный усилитель U5 генерирует ток I_TRIM для управления величиной V_O, вырабатывая ток, вытекающий из узла V_TRIM для уменьшения V_O, и втекающий для увеличения V_O. Инструментальный усилитель U6 с коэффициентом передачи, равным 1, измеряя значение тока I_TRIM, формирует сигнал обратной связи для U5.

Схема на элементах U1 и U3C формирует два опорных напряжения V_REF1 и V_REF2. V_REF1 используется в качестве опорного напряжения для управляющего сигнала V_W. V_REF2 совпадает с опорным напряжением 1.25 В регулируемого источника.

Сконфигурировать схему под конкретные значения V_O можно с помощью формул (1), (2) и (3):

(1)

(2)

(3)

Далее, для примера, подставим в эти формулы параметры схемы на Рисунке 1:

Рисунок 1.	Схема для двунаправленной подстройки выходного напряжения источника питания.

Из формулы (1) мы имеем:

(4)

Таким образом, при изменении V_O на ±25% (т.е., от 30 В до 18 В), I_TRIM будет меняться в диапазоне от –26 мкА до +25 мкА.

V_W находится в пределах 0 … 2.5 В. Подстановка в (2) числовых значений дает R8 ≈ 48 кОм.

Из (3) следует:

(3а)

(3б)

Если R7 = 100 Ом, тогда V_A(V_W = 0) ≈ 0 В и V_A(V_W = 2.5 В) ≈ 2.5 В.

Каждый из 128 шагов микросхемы цифрового потенциометра U2 изменяет V_W, I_TRIM и V_O на 20 мВ, 406 нА и 95 мВ, соответственно.

На Рисунке 2 показаны осциллограммы сигналов в основных узлах схемы. В первой фазе напряжение V_O (Канал3) с каждым импульсом линейно понижают от номинального значения, пока оно не достигает насыщения в районе 18 В. Примерно на середине этого пути была нажата кнопка S2 для сброса V_O, а переключатель S3 замкнут. После этого V_O увеличивается с каждым тактовым импульсом до своего верхнего предела 29.5 В.

Рисунок 2.	Осциллограммы сигналов в основных узлах схемы: Канал1 – CLK, Канал 2 – VW, Канал 3 – VO, Канал 4 – падение напряжения на (R7+R8).

Любое несовпадение значений V_REF2 и V_{REF_PS} становится причиной смещения I_TRIM, когда движок U2 находится в среднем положении, что сдвигает напряжение V_O от его номинального значения. При желании это можно компенсировать подстройкой.

Схема питается напряжением 5 В, потребляя ток менее 2 мА. Это небольшой ток, поэтому для питания некоторых приложений вполне допустимо использовать напряжение V_O, понизив его с помощью линейного регулятора.

Материалы по теме