Jak dynamicznie regulować napięcie wyjściowe

Zasilacze są zazwyczaj ustawione na konkretną wartość napięcia wyjściowego, aby dostarczać energię do obciążenia. Niektóre aplikacje wymagają jednak, aby napięcie można było regulować. Na przykład w niektórych przypadkach mikrokontroler może działać wydajniej, jeśli napięcie rdzenia jest regulowane adekwatnie do stanu pracy układu. W tym artykule pokażujemy jak dostosować napięcie wyjściowe zasilacza w locie za pomocą dedykowanych do tego celu przetworników cyfrowo-analogowych (DAC).

Napięcie wyjściowe przetwornicy jest zwykle ustawiane za pomocą rezystorowego dzielnika napięcia. Działa to bardzo dobrze w przypadku napięć stałych. Jeśli jednak napięcie wyjściowe ma się zmieniać, należy dostosować wartość jednego z rezystorów dzielnika. Można to zrobić dynamicznie za pomocą potencjometru.

Rysunek 1. Regulator impulsowy z potencjometrem w dzielniku rezystorowym do regulacji napięcia wyjściowego.

Niestety w wielu aplikacjach układ z potencjometrem, taki jak pokazano na rysunku 1, nie jest zbyt praktyczny. Napięcie wyjściowe często musi być ustawiane za pomocą sygnału cyfrowego. Jedną z lepszych opcji jest doprowadzenie małego dodatniego lub ujemnego prądu do węzła FB. Można do tego wykorzystać mały przetwornik cyfrowo-analogowy, który został opracowany pod kątem dynamicznej regulacji napięć wyjściowych.

Rysunek 2 pokazuje przykładowy obwód z pewną (nieokreśloną) przetwornicą napięcia i przetwornikiem cyfrowo analogowym LTC7106, który wpięto w tor sprzężenia zwrotnego. W zasadzie można w ten sposób sterować dowolną przetwornicą napięcia z dostępnym zewnętrznym pinem sprzężenia zwrotnego.

Układ LTC7106 posiada wyjście prądowe, które dostarcza prąd do rezystorowego dzielnika napięcia, dzięki czemu dla różnych napięć wyjściowych na pinie FB przetwornicy impulsowej pojawia się na napięcie odniesienia. Napięcie wyjściowe jest więc ustawiane, gdy pin FB otrzymuje wymagane napięcie regulujące.

W przeciwieństwie do wielu innych przetworników cyfrowo-analogowych z wyjściem prądowym, LTC7106 jest zaprojektowany w sposób uniemożliwiający przepływ prądu na pinie IDAC, dopóki nie otrzyma odpowiedniej cyfrowej komendy. W rezultacie, podczas uruchamiania obwodu nie występują niepożądane napięcia.

Rysunek 2. Przetwornik cyfrowo-analogowy LTC7106 z dynamiczną regulacją napięcia wyjściowego przetwornicy impulsowej.

LTC7106 to 7-bitowy przetwornik cyfrowo-analogowy, który może pracować z rozdzielczościami 1 µA/LSB lub 4 µA/LSB, w zależności od zastosowania. Najwyższą rozdzielczość osiąga się przy 1 µA/LSB. Zaleca się ustawienie rezystorowego dzielnika napięcia przetwornicy na rozdzielczość 1 µA na każdy najmniej znaczący bit układu LTC7106.

Wyjście prądowe przetwornika cyfrowo-analogowego ma dokładność ±0,8% w zakresie dodatnich  i ±1,5% w zakresie ujemnych prądów, w pełnym dopuszczalnym zakresie temperatury.

Rysunek 3. Przedstawia graficzny interfejs użytkownika LTpowerPlay®, który może być wykorzystany do łatwego zaprogramowania układu LTC7106.

Oczywiście nawet w obwodzie z układem LTC7106 istnieją ograniczenia co do zakresu regulacji napięcia wyjściowego. Regulator impulsowy (buck) lub liniowy może generować tylko napięcia, dla których jest przeznaczony. Zarówno jeden jak i drugi może generować tylko napięcie wyjściowe, które jest niższe od napięcia wejściowego. Wskazane jest również sprawdzenie obwodu regulacji napięcia, aby upewnić się, że stabilność pętli sterowania i tętnienia napięcia wyjściowego mieszczą się w rozsądnych zakresach dla żądanych napięć wyjściowych.

Dynamiczna regulacja napięcia wyjściowego jest bardzo łatwa dzięki przetwornikowi DAC o małym prądzie, takim jak LTC7106. Jego funkcjonalność została zaprojektowana tak aby zapewnić niezawodną pracę przy minimalnej ilości połączeń.

O autorze

Frederik Dostal studiował mikroelektronikę na Uniwersytecie w Erlangen w Niemczech. Rozpoczynając pracę w branży zarządzania energią w 2001 r., był aktywny na różnych stanowiskach aplikacyjnych, w tym 4 lata w Phoenix w Arizonie, gdzie pracował nad zasilaczami impulsowymi. Dołączył do Analog Devices w 2009 roku i pracuje jako inżynier aplikacji w zakresie zarządzania energią w ADI w Monachium. Można się z nim skontaktować pod adresem frederik.dostal@analog.com.

Artykuł został opublikowany dzięki uprzejmości firmy Analog Devices