Недорогой генератор напряжения смещения для ЖКИ использует микроконтроллер как управляющую ИС

Управление повышающим импульсным преобразователем с помощью того же самого микроконтроллера, который посылает данные на ЖКИ.

В схеме ЖКИ требуется напряжение –10 В при токе от 2 до 15 мА для смещения ИС-драйвера графического ЖКИ. Эта задача, обычно, решается с использованием внешней микросхемы зарядового насоса, такой как ICL7660 компании Maxim, но такое решение увеличивает стоимость разработки. Вместо этого, можно управлять повышающим преобразователем напряжения, используя тот же самый микроконтроллер, который посылает данные на ЖКИ. Кроме того, можно организовать программное управление мощностью, как это требуется для некоторых типов контроллеров ЖКИ.

Схема построена на базе IC₁, микроконтроллера Attiny15 компании Atmel (рис.1), который обеспечивает стабилизацию напряжения с амплитудой пульсаций менее 200 мВ при токе нагрузки 30 мА и выходном напряжении –10 В. На листинге 1 приведен исходный код, который, для получения необходимого уровня стабилизации, использует всего лишь 4.8% общего времени CPU, даже при относительно невысокой тактовой частоте 1.6 МГц.

Для минимизации временных затрат CPU, программа использует 8-разрядный внутренний ШИМ (широтно-импульсный модулятор), чтобы управлять ключевым транзистором Q1. При работающем в режиме непрерывного преобразования АЦП, микроконтроллер генерирует аппаратные прерывания с частотой 7.69 кГц. Использование прерываний имеет только один недостаток: если они останавливаются, то схема может выйти из режима регулирования. Таким образом, необходимо позаботиться о том, чтобы время обработки прерываний было минимальным. Микроконтроллер Attiny15 использует внутреннюю схему ФАПЧ (фазовая автоподстройка частоты) с умножением на 16 для управления таймерами ШИМ. Частота ШИМ в данной схеме может достигать 100 кГц, что позволяет использовать в качестве C1 недорогой конденсатор малой емкости.

Две константы в исходном коде позволяют изменять напряжение смещения выходного напряжения схемы. Эти константы используют базовую теорию повышающего импульсного стабилизатора напряжения. Следующее уравнение задает максимальное значение 8-разрядной константы, или порог, которую АЦП считывает из микроконтроллера:

51.2×{V_CC–[(V_CC–V_MAX)/(R₄+R₅)]R₅},

где V_MAX – максимально допустимое выходное напряжение и V_CC – напряжение питания схемы. Для достижения оптимальной эффективности, при необходимости получения большего напряжения увеличивается ширина выходных импульсов ШИМ.

Для определения оптимальной ширины импульса 8-разрядного ШИМ используется следующее уравнение:

255–VOUT/(VOUT–VIN)×255,

где V_OUT и V_IN – выходное и входное напряжение, соответственно. На практике, однако, если значение выходного тока составляет менее 2 мА, эти требования становятся менее существенными.

Максимально допустимое значение тока нагрузки для данной схемы определяется максимально допустимым значением коллекторного тока транзистора Q₁. Этот ток будет максимальным пиковым током, при котором схема может безопасно работать. Значение этого тока можно вычислить из следующего уравнения:

I_OUTMAX=(V_IN×0.08)/V_OUT,

где I_OUTMAX – максимальное значение выходного тока. Если для вашей разработки необходим больший ток, то в качестве Q₁ необходимо использовать более мощный транзистор, чем BC327.

Кроме того, катушка должна иметь максимально допустимое значение среднеквадратичного тока в два раза большее, чем пиковый ток схемы и обладать малым эквивалентным последовательным сопротивлением для максимальной эффективности схемы.