Двухтактный стабилизированный преобразователь напряжения на ATtiny25-20SU

Устройство, которое описал автор в своей статье [1], имеет недостаток. Его выходное напряжение не стабилизировано и поэтому изменяется пропорционально напряжению питания и довольно сильно зависит от нагрузки.

Сегодня он предлагает читателям усовершенствованный вариант этого преобразователя со стабилизацией выходного напряжения программными средствами.

Принципиальная схема

Предлагаемый преобразователь представляет собой полноценный двухполярный источник питания со стабилизацией выходного напряжения. Его схема показана на рис. 1.

Она мало отличается от опубликованной в [1] - добавлена стабилизирующая обратная связь, для чего общий провод выходных напряжений +15 В и -15 В соединён с общим проводом преобразователя (минусом его источника питания), и часть плюсового выходного напряжения с движка подстроечного резистора R2 поступает на линию РВ2 микроконтроллера, программно сконфигурированную как инвертирующий вход встроенного в микроконтроллер компаратора напряжения.

Вместо этой линии для формирования импульсов, управляющих одним из полевых транзисторов выходной двухтактной ступени преобразователя, использована линия РВЗ.

Введена также съёмная перемычка S1, удаляя которую, отключают питание выходной ступени во время программирования микроконтроллера. Номиналы резисторов и конденсаторов, имевшихся в предыдущей конструкции, остались прежними.

Рис. 1. Принципиальная схема двухтактного стабилизированного преобразователя напряжения.

Конфигурацией микроконтроллера, которая должна соответствовать табл. 1, задано его тактирование частотой встроенного генератора 16 МГц, умноженной на четыре встроенным узлом ФАПЧ. Поэтому процессор микроконтроллера работает с тактовой частотой 64 МГц.

Частота 16 МГц служит тактовой для таймера Т1, работающего в режиме ШИМ и генерирующего импульсы с программируемыми частотой повторения и коэффициентом заполнения.

Для управления транзисторами VT2 и VT3 использованы оба его канала ШИМ. В канале А действует его прямой выход ОС1А (РВ1), в канале В - инверсный выход ОС1В (РВЗ).

Нужную для предотвращения "сквозного” тока через транзисторы VТ2 и VT3 паузу между спадающим перепадом импульса на одном выходе и нарастающим перепадом на другом обеспечивает включённый блок DTG (англ. Dead Time Generator - генератор "мёртвого" времени) микроконтроллера. Подробнее о работе таймера в режиме ШИМ и блока DTG можно узнать в [2].

Использование двух каналов ШИМ позволяет регулировать выходное напряжение преобразователя, изменяя коэффициент заполнения импульсами периода их повторения. Сигнал обратной связи с движка переменного резистора R2 поступает, как уже было сказано, на инвертирующий вход компаратора. К его неинвертирующему входу подключён внутренний источник образцового напряжения 1,1 В.

Программа

Программа проверяет в разряде АСО регистра ACSR состояние выхода компаратора. Если АСО=1, выходное напряжение меньше номинального, поэтому программа увеличивает содержимое регистра OCROA, а содержимое регистра OCROB уменьшает.

При АСО=0 выходное напряжение больше номинального, программа содержимое буферного регистра OCROA уменьшает, а регистра OCRB увеличивает. Проверка состояния разряда АСО регистра ACSR выполняется с частотой 16 МГц, с такой же частотой изменяется и содержимое буферных регистров сравнения.

Таблица 1.

Старший байт		Младший байт
Разряд	Сост.	Разряд	Сост.
RSTDISBL	1	CKDIV8	1
DWEN	1	CKOUT	1
5PIEN	0	SUT1	1
WDTON	1	SUT0	1
ЕЕ SAVE	1	CKSEL3	0
BODLEVEL2	1	CKSEL2	0
BODIEVEL1	1	CKSEL1	0
BODLEVEI.O	1	CKSEL0	1

1 - не запрограммировано. 0 - запрограммировано.

Программа также проверяет содержимое буферных регистров сравнения. По достижении граничного значения дальнейшее изменение содержимого регистра в ту же сторону не происходит. Константам, задающим пределы, присвоены следующие значения: Umax = 80 для обоих каналов, Umin A = 10 для канала А и Umin B = 150 для канала В. При старте программа заносит в регистр OCRA значение Uava, = 50, а в регистр OCR8 - значение Uavb, = 110.

Изучая исходный текст программы MODULATOR.asm, обратите внимание, что в ней имена некоторых регистров микроконтроллера отличаются от имеющихся в его документации. Например, регистр, называющийся согласно справочным данным DTPS1, назван DTPS, а имена DTPS0 и DTPS1 носят его разряды.

Регистры DT1A и DT1B названы в файле DTVALA и DTVALB. Именно так они названы в используемом программой системном файле tn25def.inc, описывающем ресурсы микроконтроллера.

Имена из этого же файла выведены в окне I/O View системы разработки AVR Studio. Если в программе называть регистры и их разряды другими именами, ассемблер зафиксирует ошибку.

Детали и налаживание

Печатная плата преобразователя изготовлена по чертежу, изображённому на рис. 2. Подстроечный резистор R2 - многооборотный 3296W. Налаживание преобразователя начните с программирования микроконтроллера.

Перед его началом обязательно снимите перемычку S1, а подвижный контакт резистора R2 переместите в верхнее по схеме положение. Завершив программирование, не забудьте поставить перемычку на место, но прежде чем подавать на преобразователь напряжение питания, обязательно подключите к его выходам нагрузку - два резистора сопротивлением по 1 кОм.

Рис. 2. Печатная плата для схемы стабилизированного преобразователя напряжения.

Прежде всего проверьте наличие импульсов на затворах транзисторовVТ2 и VТ3. Затем подстроечным резистором R2 установите на выходе преобразователя напряжение +15 В.

Таким же по абсолютному значению должно стать и напряжение на выходе -15 В. Далее можно проверить стабильность выходного напряжения под влиянием изменения нагрузки, а также вычислить КПД преобразователя.

Таблица 2.

Напряжение питания, В	5	5
Потребляемый ток, мА	80	350
Выходное напряжение, В	+/-15,2	+/-14,9
Ток нагрузки, мА	7,6	46
кпд,%	59	84

Приведённые в табл. 2 сведения получены при испытании преобразователя с трансформатором Т1, намотанным на ферритовом кольце К 10x6x4 мм, первичная обмотка которого содержит (11 + 11) витков, вторичная - (39+39) витков.

Программа и прошивка для МК - stab-dc-dc-converter-attiny25

Н. Салимов, г. Ревда, Свердловской обл. Р-11-17.

Литература:

Салимов Н. Маломощный двухполярный преобразователь напряжения. - Радио, 2017, № 10. с. 15, 16
ATtiny25/V / ATtiny45/V / ATtiny85/V. Atmel 8-bit AVR Microcontroller with 2/4/8K Bytes In-System Programmable Flash - www.atmel.com

1 3014 На микроконтроллерах