Электропитание
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Двухтактный преобразователь с защитой от перегрузкиРаспечатать: Двухтактный преобразователь с защитой от перегрузки

Двухтактный преобразователь с защитой от перегрузки



Предлагаю вниманию читателей усовершенствованный вариант преобразователя напряжения, описанного в моей статье "Маломощный двухполярный преобразователь напряжения" ("Радио", 2017, № 10, с. 15, 16). Новые качества удалось реализовать, использовав свободные ранее выводы микроконтроллера и переделав его программу.

Схема обновлённого преобразователя показана на рис. 1. Как и в исходном варианте, в нём имеется узел "мягкого" пуска преобразователя, состоящий из транзистора VT1, конденсатора C2 и резисторов R5 и R6. Однако затвор транзистора VT1 соединён через резистор R5 с выходом PB3 микроконтроллера, что позволяет программно управлять этим узлом.

Схема обновлённого преобразователя

Рис. 1. Схема обновлённого преобразователя

Часть плюсового выходного напряжения преобразователя поступает через делитель напряжения из резисторов R1 и R2 для контроля на вход ADC2 микроконтроллера, служащий в данном случае входом встроенного аналогового компаратора. При указанных на схеме номиналах резисторов делителя транзистор VT1 выключает силовую часть преобразователя при выходном напряжении любой полярности менее 6 В, так как при перегрузке минусового выхода снижается и напряжение на плюсовом. Одновременно программа включает светодиод HL1, сигнализируя о неполадке. Для повторного запуска преобразователя необходимо выключить и вновь включить его питание.

Сопротивление резисторов делителя напряжения выбрано исходя из того, что при выходных напряжениях, находящихся в допустимых пределах, напряжение на входе ADC2 должно быть больше 1,1 В, но меньше напряжения питания микроконтроллера. Так что программа микроконтроллера контролирует не ток нагрузки, а выходное напряжение. Выбор такого принципа работы защиты стал возможен вследствие относительно большого внутреннего противления преобразователя и достаточной перегрузочной способности его силовой части.

Преобразователь смонтирован на печатной плате размерами 40x28 мм, изображённой на рис. 2. Она изготовлена из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита. Переходные отверстия, показанные на рис. 2 залитыми, металлизированы или в них вставлены и пропаяны с двух сторон перемычки из отрезков неизолированного провода. Плата рассчитана на установку микроконтроллера ATtiny25-20PU в корпусе DIP-8, для которого предусмотрена панель, танталовых оксидных конденсаторов TECAP в корпусах C и D. Остальные конденсаторы и резисторы типоразмера 1206 для поверхностного монтажа.

Печатная плата преобразователя и детали на ней

Рис. 2. Печатная плата преобразователя и детали на ней

Для уменьшения числа переходных отверстий для выводов трансформатора предусмотрены разнесённые по плате контактные площадки, номера подключаемых к ним выводов трансформатора обозначены на рис. 2 цифрами красного цвета. Сам трансформатор T1 установлен поверх компонентов и зафиксирован каплей клея. Его намоточные данные приведены в упомянутой выше статье.

Конфигурация микроконтроллера DD1 должна быть запрограммирована в соответствии с таблицей. Она предусматривает его тактирование от внутреннего RC-генератора с частотой 8 МГц. Встроенный умножитель тактовой частоты (узел ФАПЧ) не используется, поэтому таймер-счётчик T/C1 работает на основной тактовой частоте. Дело в том, что, проверяя форму выходного напряжения, я обнаружил короткие выбросы, порождаемые работой узла ФАПЧ, и отказался от него, чтобы избежать проблем, связанных с подавлением этих выбросов в готовом устройстве.

Таблица

Старший байт

Младший байт

Разряд

Знач.

Разряд

Знач.

RSTDISBL

1

CKDIV8

1

DWEN

1

CKOUT

1

SPIEN

0

SUT1

1

WOTON

1

5UT0

0

EESAVE

1

CKSEL3

0

BODLEVEL2

1

CKSEL2

0

BODLEVEL1

1

CKSEL1

1

BODLEVEL0

1

CKSEL0

0

1- не запрограммировано

0 - запрограммировано

После инициализации микроконтроллера и его узлов в программе предусмотрена небольшая (0,5 с) пауза перед включением защиты от перегрузки. Она предотвращает срабатывание защиты во время запуска преобразователя. В процессе работы программа периодически проверяет состояние выхода встроенного компаратора - разряда ACO регистра ACSR. Если ACO=1, она закрывает транзистор VT1, выключая преобразователь. Чтобы выйти из этого состояния, необходимо выключить напряжение питания преобразователя и вновь включить его.

В регистре DTPS1 микроконтроллера задан коэффициент деления предварительного делителя тактовой частоты таймера T/C1. Например, при тактовой частоте 8 МГц, коде 01 в разрядах DTPS11, DTSR10, соответствующем коэффициенту деления 2, и максимальном значении 15 в регистре "мёртвого времени" DT1A (DTVALA согласно tn25def.inc) будут сформированы бестоковые паузы длительностью 2x15/8=3,75 мкс. Оптимальную длительность этих пауз я подбирал опытным путём, ориентируясь на потребляемый преобразователем ток и отсутствие искажений формы импульсов на стоках ключевых транзисторов. При слишком коротких паузах силовые ключи не успевают закрываться, что ведёт к увеличению потребляемого тока, а при слишком длинных паузах появляются искажения, хорошо видимые на осциллограмме рис. 3. Она снята на стоке транзистора VT2.

Осциллограмма импульсов

Рис. 3. Осциллограмма импульсов

На рис. 4 изображена осциллограмма напряжения в той же точке при оптимальных бестоковых паузах. На ней виден и небольшой выброс напряжения в момент закрывания транзистора. В обоих случаях коэффициент отклонения луча по вертикали - 5 В/дел., а скорость развёртки - 5 мкс/дел. Осциллограммы импульсов на стоке транзистора VT3 аналогичны рассмотренным выше, но сдвинуты по оси времени на половину периода повторения.

Осциллограмма напряжения

Рис. 4. Осциллограмма напряжения

Пульсации выходного напряжения преобразователя довольно значительны - 35...70 мВэфф. Изменение ёмкости сглаживающих конденсаторов на пульсации влияет мало, поэтому в предлагаемом варианте преобразователя она уменьшена. Также существенно уменьшена ёмкость конденсатора C2 в узле запуска, что не ухудшило его работу.

Схема LC-фильтра

Рис. 5. Схема LC-фильтра

Если для устройства, питаемого от преобразователя, потребуется ещё уменьшить пульсации, то сделать это можно с помощью LC-фильтра, схема которого показана на рис. 5, подклю-чив его между преобразователем и нагрузкой. Я использовал в качестве L1 и L2 дроссели EC24-101K индуктивностью 100мкГн. Конденсаторы C7 и C8 - керамические. Этот фильтр при нагрузке каждого выхода резистором сопротивлением 1 кОм понизил пульсации напряжения до 5...10 мВэфф.

Программа микроконтроллера имеется здесь.

Автор: Н. Салимов, г. Ревда Свердловской обл.


Дата публикации: 10.01.2018

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.


Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics