Регулируемые источники питания – удобные инструменты, которые можно найти на хорошо оборудованных лабораторных столах разработчиков электроники. Еще более удобны симметричные источники питания, которые выдают на выходах одинаковые напряжения противоположной полярности. Представленный на Рисунке 1 вариант симметричного лабораторного блока питания 0–10 В, 1.5 А реализует дополнительное удобство: программирование через один выход ШИМ компьютера.
 |
|
| Рисунок 1. | LM337, LM317 и CD4053 объединяют усилия в симметричном источнике питания от 0 до ±10 В, программируемом сигналом ШИМ. |
В интерфейсе ШИМ ЦАП на Рисунке 1 однополюсные двухпозиционные КМОП коммутаторы U1a и U1b, принимая 5-вольтовый сигнал ШИМ частотой 10 кГц, формируют для регулятора U2 управляющий сигнал «ADJ» от +1.25 В до –8.75 В. Поскольку VOUT = ADJ – 1.25 В, при ADJ = 1.25 В выходное напряжение равно нулю, и регулятор U3 отслеживает его. На другом конце диапазона ADJ = –8.75 В, и выходное напряжение равно 10 В. Источник тока на транзисторе Q1 уменьшает ошибку смещения нуля (в основном) за счет устранения тока смещения 65 мкА (типичное значение) вывода ADJ регулятора LM337.
Коммутатор U1c вырабатывает инверсию сигнала ШИМ, обеспечивая активное подавление пульсаций посредством аналогового вычитания. Для других частот ШИМ схему можно адаптировать путем пропорционального масштабирования емкостей конденсаторов фильтра C1 и C2.
Обратная связь, установленная через резисторы R2 и R3, делает выходной сигнал полной шкалы 10 В пропорциональным внутреннему опорному напряжению регулятора U2, как упоминалось ранее. Это делает выходное напряжение точной функцией коэффициента заполнения ШИМ D с функциональностью (D в диапазоне от 0 до 1), определяемой…
… как показано на Рисунке 2.
 |
|
| Рисунок 2. | Зависимость выходного напряжения VOUT (от 0 до –10 В и до +10 В) от коэффициента заполнения импульсов ШИМ D (от 0 до 1). Черная кривая – выходное напряжение LM317, равное 1.25·D/(1 – 0.875·D). Красная кривая – выходное напряжение LM337, равное –1.25·D/(1 – 0.875·D). |
На Рисунке 3 показан график, обратный графику на Рисунке 2, дающий значение коэффициента заполнения ШИМ, необходимое для получения любого желаемого напряжения VOUT.
 |
|
| Рисунок 3. | Коэффициент заполнения сигнала ШИМ, необходимый для любого требуемого напряжения VOUT, равен |VOUT|/(0.875 |VOUT| + 1.25). |
Код DBYTE управления генератором 8-битного сигнала ШИМ, устанавливающий выходное напряжение VOUT:
На самом деле, как показано на Рисунке 4, зависимость VOUT от коэффициента заполнения на удивление близка к логарифмической.
 |
|
| Рисунок 4. | Зависимость коэффициента заполнения D (ось X) от выходного напряжения VOUT (ось Y) (достаточно) близка к логарифмической функции, что позволяет эффективно использовать ограниченное 8-битное разрешение ШИМ. |
Для обеспечения минимального запаса для регуляторов U2 и U3 входные напряжения шин питания должны быть не менее 13 В. Вход отрицательной шины ограничен максимальным значением 15 В в соответствии с допустимым напряжением 20 В микросхемы U1.
Выходное напряжение регулятора U2 от 0 до –10 В инвертируется дифференциальным усилителем на транзисторах Q2, Q3, Q4 и через обратную связь подается на вход ADJ микросхемы U3, заставляя ее отслеживать напряжение U2. В результате получаются симметричные выходные напряжения, показанные на Рисунке 2. Транзистор Q5 обеспечивает минимальное сопротивление нагрузки для выхода регулятора U3, в то время как для U2 эту работу выполняет резистор R6.
Регуляторы U2 и U3, разумеется, должны быть снабжены подходящими теплоотводами, соответствующими рассеиваемой ими мощности, которая равна выходному току, умноженному на разность VIN и VOUT. Следовательно, максимальный нагрев (до 20 Вт) происходит при большом токе и низком напряжении.
Купить CD4053B на РадиоЛоцман.Цены
