česky english Vítejte, dnes je úterý 05. červenec 2022

Zřídka kladené otázky. Řešení výstupu s nastavitelným napětím s využitím tlačítkového digitálního potenciometru

DPS 5/2021 | Součástky - články
Autor: Thomas Brand, Analog Devices

Jak bych mohl využít digitálního potenciometru při generování nastavitelného napětí?

Použitím tlačítkového digitálního potenciometru.

obr (jpg)

Tento článek popisuje úplné řešení, které umožňuje řídit napětí až 20 V jednoduše a účinně pomocí digitálního tlačítkového potenciometru. Úplné řešení představuje nastavitelný zdroj napětí, který je využitelný v nejrůznějších aplikacích, u nichž je vyžadováno nastavitelné napětí. Obr. 1 ukazuje odpovídající spínací regulátor s proměnným výstupním výkonem, osazený digitálním potenciometrem AD5116 a komparátorem ADCMP371, s integrovaným výstupním stupněm push-pull. Připojením spínače namísto tlačítka je možné napětí nastavovat mikrokontrolérem.

AD5116 má 64 možných poloh jezdce s tolerancí celkového odporu ±8 %. Obvod také obsahuje paměť EEPROM k uložení polohy jezdce, kterou lze ručně nastavit pomocí tlačítka. Tato funkce je užitečná v těch aplikacích, ve kterých je požadována jeho pevná výchozí poloha při zapnutí napájení.

obr. 1  (jpg)

Obvod je napájen napětím VIN, jehož hodnota může být až 20 V. Napájecí napětí VDD pro AD5116 a ADCMP371 lze rovněž vytvořit z VIN, např. prostřednictvím napěťového regulátoru, jako je ADP121.

OO Funkční princip obvodu

Výstupní napětí VOUT je řízeno prostřednictvím spínacího kmitočtu zpětnovazební sítě. Je vedeno zpět na vstup komparátoru přes dělič napětí a porovnáno se vztažným napětím nastaveným digitálním potenciometrem. Pokud je napětí odvozené z VOUT vyšší, než je vztažné napětí, výstup komparátoru přejde do nízké úrovně, čímž uzavře jak tranzistor NMOS T1, tak PMOS T2, což způsobí snížení VOUT. Pokud je napětí odvozené z VOUT nižší, výstup komparátoru přejde do vysoké úrovně a dvojice tranzistorů se otevře do saturace, což způsobí zvýšení výstupního napětí. Pomocí této funkce založené na porovnávání napěťových úrovní pracují tranzistory ve spínacím režimu on-off s krátkými pulzy, což udržuje jejich ztráty na nízké úrovni. Spínací kmitočet je ovlivněn velikostí zátěže při daném VOUT a také výstupním napětím potenciometru. Tak jak se výstupní napětí DA převodníku zvyšuje, T2 je zavřený delší čas a podle toho je výstup komparátoru na vysoké úrovni. Výstup komparátoru vytváří sérii rychlejších kladných pulzů o vyšším kmitočtu. Opačný proces nastane, když se výstupní napětí DA převodníku snižuje. Filtrované VOUT je určené rovnicí 1:

vzorec 1 (jpg)

kde VW je výstupní napětí DA převodníku na jezdci potenciometru.

Jmenovitá hodnota odporu mezi odbočkami A a B je 5 kΩ a je rozdělená do 64 kroků. Na dolním konci rozsahu klesne typická hodnota RW na 45 Ω až 70 Ω. Výstupní napětí v závislosti na potenciálu GND je:

vzorec 2 (jpg)

z čehož pro RWB platí:

vzorec 3 (jpg)

kde RWS je hodnota odporu mezi odbočkou W a GND na dolním konci rozsahu, RAB celková hodnota odporu potenciometru, VA je napětí na horním konci řetězce děliče: v tomto případě je rovno VDD, D je dekadický ekvivalent binárního kódu v registru RDAC AD5116.

obr. 2  (jpg)

Registr RDAC AD5116 je řízen pomocí tlačítek PD a PU. Výchozí poloha při zapnutí (například VOUT = 0 V) může být uložena v paměti EEPROM potenciometru prostřednictvím vývodu ASE.

Výstupní filtrace: Snížení zvlnění

K vyhlazení výstupního napětí Vout a snížení zvlnění způsobeného spínáním T1 a T2 se používá přídavný filtrační obvod (viz obr. 2). Při návrhu filtru je třeba přihlédnout k maximálnímu a minimálnímu spínacímu kmitočtu a rozsahu provozního napětí AD5116.

Spínací kmitočet obvodu na obr. 2 se mění v přibližném rozsahu 1,8 Hz až 500 Hz. Vzhledem k tomu, že se jedná o dosti nízké kmitočty, je obvykle třeba relativně vysokých hodnot R, L a C při dimenzování lomového kmitočtu filtru. Sériový odpor filtru a výstupní zátěž nicméně tvoří napěťový dělič, který snižuje výstupní napětí. Z toho důvodu je třeba volit hodnotu R relativně nízkou.

Do obvodu byla začleněna jednoduchá dolní propust RLC s hodnotami R = 50 Ω, C = 330 μF a L = 100 nH. Obvod lze případně vytvořit s modulátorem PWM k buzení tranzistorů a chybovým zpětnovazebním zesilovačem.

Článek byl přeložen a poskytnut firmou Amtek s. r. o. www.amtek.cz

Odkazy:

[1] CN-0405: High Voltage Output DAC with Push-Button Control. Analog Devices, Inc., March 2017

Partneři

eipc
epci
imaps
ryston-logo-RGB-web
mikrozone
mcu
projectik