Cyfrowo sterowany stabilizator napięcia

Na temat stabilizatorów napięcia napisano już wiele różnych artykułów. Czy więc jest to kolejny wariant, który będzie kompilacją dotychczasowych rozważań? Oczywiście, w pewnym stopniu nie jest to konstrukcja odkrywcza, jednak ma ciekawe rozwiązania. Jakie? Wystarczy przeczytać.

W praktyce warsztatowej przydatny jest zasilacz umożliwiający regulację napięcia wyjściowego. Jednak nie chodzi o ustawienie na wyjściu dowolnego napięcia, lecz jednego z kilku możliwych wariantów. Dodatkowo nie musi mieć dużej wydajności prądowej, wystarczy kilkaset miliamperów prądu obciążenia. Prowadząc doświadczenia z różnymi układami potrzebuję ściśle określonego napięcia do zasilania eksperymentalnej konstrukcji. Klasyczne układy cyfrowe potrzebują +5 V aby poprawnie działać. Nowszym układom cyfrowym niezbędne jest napięcie +3,3 V lub nawet 2,5 V. Z kolei analogówka zadowoli się zasilaniem w granicach 8,5…9 V. Te wartości napięć występują najczęściej (przynajmniej w zakresie moich potrzeb). Można do takiej konstrukcji użyć popularnego układu LM317 z odpowiednio dobranym potencjometrem do regulacji napięcia, ale nie każdemu chce się kręcić gałką. Mnie na przykład marzy się rozwiązanie z przełącznikiem, który naciskam i mam na wyjściu zasilacza odpowiednie napięcie.

Koncepcja rozwiązania

Zamiast potencjometru można zastosować przełącznik (jak pokazuje rysunek 1) lub zestaw isostatów zależnych (po wciśnięciu jednego z przycisków inny, aktualnie wciśnięty, „wyskoczy”), który będzie w ten sposób łączył jeden z rezystorów do masy. Odpowiednio dobrane rezystory pozwolą uzyskać wymagane napięcie wyjściowe.

Ta naturalnie nasuwająca się koncepcja ma jedną poważną wadę. W chwili przełączenia przełącznika (bez względu na wybrany typ) zaistnieje stan, gdy żaden z rezystorów nie będzie przyłączony do masy. Powstanie układ widoczny na rysunku 2, który stanie się źródłem prądowym.

Napięcie na wyjściu nawet trudno jest oszacować, gdyż zależne jest od obciążenia. Przy braku obciążenia będzie praktycznie tożsame z napięciem VIN, które może doprowadzić do uszkodzenia zasilanego układu (niskonapięciowe układy cyfrowe nie będą tolerowały przykładowo napięcia +12 V). Ten stan nie będzie trwał długo, niemniej zaistnieje i może być przyczyną problemów. Potrzebne jest rozwiązanie, które będzie miało zerowy czas komutacji (przełączenie rezystora na inny). Tu przychodzą nam z pomocą układy cyfrowe.

Przerzutnik wielostanowy

Bazując na przerzutnikach RS (o których sporo można się dowiedzieć z artykułu „Podstawy układów cyfrowych – układy sekwencyjne, część 1” [D052, Zrozumieć Elektronikę, sierpień 2023]) można stworzyć zespół przerzutników zależnych, gdzie ustawienie jednego powoduje wyzerowanie wszystkich innych (rysunek 3).

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze styczniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 1/2025). Pełną wersję czasopisma znajdziesz pod tym linkiem. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 1/2025 znajduje się tutaj.

Andrzej Pawluczuk
apawluczuk@vp.pl

 

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć archiwalne numery znajdują się na stronie: https://piotr-gorecki.pl/n11

Chodzi o ZE 1/2025.